这个烧掉10亿欧元的科研项目,正一步步走向败局

人类大脑计划的创始人亨利·马克拉姆(Henry Markram)。图片来源:Ralph Orlowski/Reuters


十年之前,一位神经科学家信誓旦旦,宣称要在十年内模拟一整个人类大脑,还在短短几年后获得了欧盟十亿欧元的资助。如今项目即将期满,它怎么样了?


撰文丨Ed Yong

翻译丨祖玮佳

编辑丨戚译引

来源丨科研圈(ID:keyanquan)


2009 年 7 月 22 日,英国牛津举行的 TED 全球大会上,神经科学家亨利·马克拉姆(Henry Markram)走到台前告诉观众,他将在一台计算机中模拟复杂程度难以想象的人脑。他志存高远:“这或许能帮助我们理解感知、理解现实,甚至理解物理实在(即意识所创造的事实)。” 马克拉姆的时间规划也是野心勃勃:“我们将在 10 年内实现对人脑的模拟,如果成功的话,我们就能通过全息图像的形式出现在 TED 的舞台发表演讲。”如果当时存在那种在大脑里塞进一个星系的图片的话,用作演讲配图真是再好不过了。


现在, 10 年已经过去,马克拉姆没能成功


可能有人会争辩说,先驱者的本性就是高瞻远瞩又高谈阔论,再说科学界本来就不缺少失败者,单独把任何一个拎出来都是不礼貌的。(科学记者们戏称,人们口中的突破性药物和技术总会在 5 至 10 年后诞生,这个说法滚动播放。)但马克拉姆的承诺仍然值得回顾,有两个原因。其一,这个项目的赌注巨大:2013 年,欧盟委员会对马克拉姆的倡议“人类大脑计划”(Human Brain Project ,简称 HBP)注资 10 亿欧元(当时价值约 14.2 亿美元)。其二,人类大脑计划的努力方向,以及它受到的强烈反对,暴露了神经科学家在如何看待大脑、应该如何研究大脑方面巨大的分歧。


荒谬的策略


马克拉姆的目标远远不只是制造一个简化版的大脑,他要创造的是一个精妙绝伦的复刻品,精细到组成大脑的神经元和流经它们的电活动,甚至内部处在开启或关闭状态的基因。打从一开始,这种方法就受到了广泛批评,许多神经科学家认为,这种自下而上的策略实在不靠谱,简直可以说是荒谬的人脑极其错综复杂,对于神经元如何连接与合作、记忆如何形成、决策如何做出,我们不了解的比了解还多,根本不可能在短短十年之内对其进行足够细致的解码,以据此构建一个复制品。描绘只有 302 个神经元的秀丽隐杆线虫大脑并据此建模已经足够艰难,更别说人脑内的 860 亿个神经元了。“大家认为这不切实际,甚至算不上一个合理的目标,”神经科学家格蕾斯·林赛(Grace Lindsay)说,她正在写一本关于大脑建模的书。


那么这一切意义何在?人类大脑计划的目的并不是解决任何特定的研究问题,也不是验证某些关于大脑工作原理的假设。模拟本身似乎就是目标——一个对于不存在的问题的繁复答案,一个找寻用途的工具。马克拉姆还成立了一个相关的风险投资项目,蓝脑计划(Blue Brain Project)。该项目在 2015 年发布了对 30000 个大鼠神经元的模拟——这不过是啮齿动物小脑袋里 0.15% 的神经元。批评者称这耗费了大量的工作时间,却没有揭示任何新信息。即使它能在项目时限内扩展到人脑的规模,这样做又有什么价值?“如果模拟成功的话,你会有一个计算机里的大脑,可之前你本就有一个头盖骨里的大脑,”林赛说,“那计算机里的大脑又能告诉你什么呢?”


马克拉姆解释道,他从来不指望让这个模拟实验做到太多事情,这和他在 TED 演讲中所说的可不一样。他不是为了制造人工智能,也不是为了通过图灵测试。相反,他只把这当做一个实验台,一种让科学家不用刺激动物脑袋就能检验假设的手段。“那将是非常有价值的,”林赛说,但它陷入了循环论证。这种模拟确实可能让研究人员检验关于大脑的各种想法,但首先这方面的研究必须极其先进,才能让模拟实验成为现实。“一旦神经科学‘修成正果’,我们应该能做到模拟大脑;但将其作为探索路途上的中间步骤,这似乎难以实现。”


美国冷泉港实验室的安妮·丘奇兰德(Anne Churchland)补充道:“我不清楚这样超大规模的模拟能实现怎样的效果。”例如,她的团队通过模拟神经网络来研究大脑如何整合视觉和听觉信息。“我可以用几十万个神经元来实现这一点,但如果有 700 亿个神经元,我真不知道那会给我带来什么。”



尴尬境地


最近,在一篇题为《大脑模拟的科学案例》的论文中,几位人类大脑计划的科学家提出,大型模拟“在填补从神经元研究到大脑系统水平之间的空缺方面很可能是不可或缺的”。换言之:科学家能够研究神经元具体如何工作,也可以研究整个生物体的行为,但他们需要通过模拟来了解前者如何引发了后者。论文作者们将其与天气预报进行了类比:借助对各个区域物理和化学状况的了解,我们可以准确预测全球的气温、降水和风力。


但华盛顿大学的神经科学家阿德里安·费尔霍尔(Adrienne Fairhall)说,这种类比是行不通的。费尔霍尔有着物理学背景,她指出,大型模拟确实有助于理解气候和星系,但是,“行星系统就是行星系统,和其他任何事物无关。然而大脑就是为关注其他事物而生的。”也就是说,大脑接纳来自外部世界的信息,控制人类和动物的身体对信息作出响应,进而影响外部世界。如果把大脑困在一个虚拟的缸中,不与眼睛、耳朵和四肢产生联系,我们又能从这样一个脱离躯壳的大脑中学到什么东西?费尔霍尔说:“你可以用一块脑组织进行所有的物理学上的研究,但这无法让你了解它所有的信息。生物学研究有意义的物质。单纯模拟组织可以,但毫无意义。”


缸中之脑。图片来源:Wikipedia


这就把人类大脑项目放在了一个相当尴尬的位置,人们批评它既过于浮夸,又过于狭隘与笔者交谈过的对该项目持怀疑态度的人中,没有一个人反对模拟部分大脑的想法,但所有人都认为,这样的努力应由某些实际的研究问题驱动。例如,纽约大学的神经生物学家汪小京建立了模型,展示了如果神经元之间以某种特定的方式连接,就能在没有受到刺激的情况下保持电活动——这就是我们所说的工作记忆的本质,或者说大脑中暂时保存一些想法的能力。又比如,滑铁卢大学的克里斯·埃利亚史密斯(Chris Eliasmith)建立了一个名为“斯潘(Spaun)的模型,利用 250 万个虚拟神经元的集合构建了一个“简化版”大脑,能进行简单算术和解决基础的推理问题。



何去何从?


流向人类大脑计划吸取的资金本可能用来支持无数类似的项目,这在很大程度上解释了人类大脑计划为何引来了这么多的怒火。2014 年,近 800 名神经科学家向欧盟委员会写了一封公开信,称“人类大脑计划既不构思精巧,也未实施到位,不适合成为欧洲神经科学的核心。一年后,一个调解委员会与这些批评者达成一致,要求人类大脑计划重新调整方向,关注“少数优先级较高的活动”,并重组其非正统的管理结构。


人类大脑计划默许了。它有效地将自己重新包装成一个软件项目,目的是管理人类现有的大脑研究数据,提供搜索这些数据的工具,并开发允许其他研究人员建立自己模型的模拟器。随着大笔研发经费将于 2023 年到期,该团队最近的论文读起来像是在恳请更多投资,他们写道:“开发高质量的大脑模拟器需要长期的资源投入。”


这听起来或许挺有说服力,不过,笔者联系到的人很难说出人类大脑计划在过去十年中做出的哪怕一项重大贡献。虽然这个项目并不是毫无建树,但他们似乎没能产出和预算相符的成果。或者说,人类大脑计划还需要重新赢回学术团体的信任,那是他们因炒作而失去的信任。


马克拉姆似乎不屈不挠,在最近的一篇论文中,他和同事 Xue Fan 不满足于将大脑模拟局限于神经科学领域,更坚定地将其推广到了整个西方哲学和人类文明的范畴。在一封电子邮件中,他告诉我:“该项目受到的政治阻力(而非科学)实在是大大拖慢了进度,但这绝不能、也不会令我们停下脚步。”他特别指出,蓝脑计划仍有 140 个员工,最近得到了 5 位外部评审员的正面评价,以及在“对越来越大的大脑区域建立精准的生物模型”方面, 该项目的能力正在“指数增长”。


这次没有了时间约束,但对神经科学的未来口出狂言的人一向不缺。2014 年,我出席了 TED 在温哥华主会场的会议,并观看了麻省理工学院媒体实验室创始人尼古拉斯·内格罗蓬特(Nicholas Negroponte)所做的开场演讲。演讲结束时,他声称在 30 年内,“我们将真正消化信息。吞一颗药丸就能学会英语,吞一颗药丸就能了解莎士比亚。而这一切将通过血液循环实现。一旦进入血液,药丸就能在其中传输,最终进入大脑。而一旦察觉到进了大脑,药丸就会解体,并把不同碎片分别置入妥当的地方。”


我的左后方,有人低声轻呼:“哇。”


马克拉姆近期发表的论文:

A Brief History of Simulation Neuroscience



本文转载自公众号“科研圈”(ID:keyanquan)


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