超級計算機：研究大腦如何思考

科學家們將使用強大快速的超級計算機來研究以前沒有可能去研究的領域，即我們是如何思考的？精神紊亂是如何產生的？

在6月1日，代號為blue brain的超級計算機將要誕生了，這是大腦研究歷史上非同尋常的時刻，瑞士洛桑市EPFL腦與認知科學奠基人神經科學家Henry Markram說，這個事件可能展示出有關人類大腦活動狀態科學發現新的時代。

這臺代號為Blue Brain的超級電腦是IBM最近安裝的新型BlueGene/L系統，一個在超級計算機設計方面從根本上革新的系統。EPFL的機器有一個最高的速度大約22.8 teraflops（1 Teraflop表示每秒鐘可完成1萬億次浮點計算）——意思是它能從理論上完成每秒鐘22.8萬億的運算能力，如此強的速度應該使Blue Brain成為世界上頂級的15臺超級計算機之一（世界冠軍是BlueGene系統在Lawrence Livermore國家實驗室——當今年完成后，它的速度將達到367 teraflops）。與IBM 研究人員通力協作的Markram 的EPFL團隊將使用Blue Brain來產生一個詳細的新大腦皮層電腦模型，它是最大和最復雜的人類大腦部分。“這會花掉2到3年的時間，”他說。

BlueGene/P將有較快的處理器，同時最終可能接近petaflops的速度——即每秒計算千的五次方。“我們有一個非常長期的計劃，” Markram解釋。“為了世界范圍的研究，我們正在產生一個獨特的工具。” 在約克鎮IBM的研究分支機構，領導Blue Brain 項目的IBM的研究員Charles Peck補充說，“現在有一個巨大的機會來做過去幾乎沒有可能實現的科學。”

Blue Brain項目將研究搜索觀察人類是如何思考和記憶的。另外，通過對大腦過程的精確模擬，“我們將能夠研究出神經紊亂以及它們是如何產生的”， Markram說。科學家們相信孤獨癥、精神分裂癥和抑郁癥以及其他的心理疾病是由于大腦內缺陷的智商和故障線路引起的。

帕金森氏癥是另一個目標，Markram補充說：“在中腦里有一組縱深的細胞能產生治腦部神經的藥物多巴胺，當這些細胞開始死亡，多巴胺產生得較少時，就得了帕金森，”他解釋說。“我們能夠模仿它，”創造仿真品。

研究大腦是怎樣活動的已經成為科學家們最大的挑戰之一。研究人員仍然沒有全盤地領會我們是如何思考的。一個原因是：大多數的研究到目前為止仍然采用“濕”實驗——刺激或解剖老鼠的大腦或其他動物的大腦。Markram解釋說：“一些‘濕’實驗難以置信地復雜。”歷時3年，花掉100萬美元。

由于Blue Brain的模擬，他預言，“我們將可能在白天、甚至每秒都做同樣的事情，這將是非常顯著的現象。”

經常不斷的改變線路。Markram首先產生這個想法是基于五年前協作BlueGene，確切的時間是IBM公布超級電腦系統之后。“甚至在那之前，Henry已經想放棄這個計算機模擬這條路了，” IBM的Peck說。“但現在它恰恰是切實可行的。”

那是因為大腦是格外地復雜以至于需要非凡能量的計算機。大腦的物理結構和化學的運轉是非常復雜的。更進一步復雜的情況是它不斷地變化內在的線路。“當你早晨醒來時，大腦與中午相比處于非常不同的狀態，” Markram指出。

50年前，他解釋說，“我們不清楚記憶是如何進入我們的大腦的。但我們的實驗室（神經電子EPFL實驗室）已經成為新理論的主要傳播者之一，這個理論表明大腦是始終不斷地處于動態狀態。它不斷地重組——自身始終不斷地進行組織和改造。”

如果大腦線路處于一種常態，Markram堅持認為長期的記憶是不能保持的。為了解釋記憶怎樣被保存，他和他的同事偽造虛構了“液體計算”理論。確認Blue Brain這個概念。 “那是可能的事情，”IBM研究機構副總裁Tilak Agerwala說。“但我們仍然完全不能理解大腦是如何運作的，”可是，這個概念已經有一個奇特的名字：生態電腦。

目前，Markram看見BlueGene體系結構是大腦模型最好的工具。它有大約8000個處理器，通過繪制一個或兩個模擬的大腦神經細胞到每一個處理器，計算機將變成一個10000個神經細胞硅元素的復制品。“接著我們將用我們已經設計出來的大腦功能的規則（在軟件里）來互相連接他們，” Markram說。

“神經腦皮層是智慧和適應性的開始，” Markram補充。“它標志著從爬行動物跳躍到哺乳動物。”

自從神經腦皮層40年前首次發現，研究人員已經辛苦地對其進行研究，看它如何使人類具有創造性。“這是我的熱情所在，也是我10年的使命，” Markram說。“現在，我們知道信息是怎樣從一個神經細胞轉移到其他神經細胞的。我們知道它們如何運轉。我們已經把這些指定出來了。”