13億美元的 「大腦」

重現(xiàn)「弗蘭肯斯坦實驗」

英國著名小說家瑪麗·雪萊（Mary Shelley）創(chuàng)作的文學史上第一部科幻小說《弗蘭肯斯坦實驗》講述了科學家利用高科技創(chuàng)造出一個「人」，并用閃電將其激活的故事。巧合的是在百年之后，距《弗蘭肯斯坦實驗》的創(chuàng)作地不遠的地方，神經(jīng)學家亨利·馬克萊姆（Henry Markram）也宣布了一項相似的計劃——人造大腦計劃，即在未來10年內(nèi)，完全模擬出人腦中全部的860億個神經(jīng)元的功能，以及其間100萬億個連接。

這個人造大腦將建立起一個從突觸到腦半球的完整的人腦模型，并專門用于對阿爾茨海默病和帕金森癥等神經(jīng)系統(tǒng)疾病的了解，解開人類大腦之謎。

這項計劃起源于2005年，馬克萊姆經(jīng)過多年的試驗發(fā)現(xiàn)大腦中的億萬個神經(jīng)元，通過離子通道，彼此密切地傳遞收發(fā)信息，大約每1萬個神經(jīng)元就會組成一個0.5毫米寬、2毫米高的柱狀基本功能單位，這些功能單位就像蜂巢中的小個子一樣，密密麻麻地排列在皮質(zhì)上。它們結(jié)構(gòu)上彼此相同，如同計算機機芯上的每個晶體管。這樣的結(jié)構(gòu)，非常適合用計算機來模擬。馬克萊姆希望用計算機來模擬大腦的這一想法與瑞士聯(lián)邦理工學院（Swiss Federal Institute of Technology）院長帕特里克·埃比舍（Patrick Aebischer）一拍即合，于是埃比舍買下了IBM公司的「藍色基因」——號稱是這個世界上運算速度最快的超級計算機之一，之后馬克萊姆帶領(lǐng)研究小組開始研究和操控大腦皮質(zhì)柱的計算機模擬，這是哺乳動物大腦組織最小的積木結(jié)構(gòu)之一，這便是著名的「藍腦計劃」。

「藍腦計劃」穩(wěn)步運行了3年后，直至2009年8月11日的TED大會上，馬克萊姆再一次提出一個驚人的設(shè)想：未來10年內(nèi)將在「藍腦計劃」的基礎(chǔ)上創(chuàng)造出一個「活動的大腦」—即人造大腦計劃。

仿生「鼠腦」

人類的大腦組織有80%是由皮層結(jié)構(gòu)組成的，記憶、思考以及交流等復雜的情感都有賴大腦皮層產(chǎn)生。然而人類的大腦皮層是由數(shù)以萬計的神經(jīng)元組成的，而以現(xiàn)有的技術(shù)水平，依靠「藍色基因」計算機只能模擬出包含1億個神經(jīng)元的大腦，而這一數(shù)量級與兩周歲的小鼠大腦相似，因此馬克萊姆選擇以小鼠的大腦皮層作為模擬對象。

同時馬克萊姆也發(fā)現(xiàn)，人類的神經(jīng)元并非一個個孤立的個體，它借由種種電信號互聯(lián)和交通，僅將小鼠的大腦皮層作為模板，只能初步模擬出神經(jīng)元是如何連接的，要想模擬出整個大腦的構(gòu)造，這就要另外借助樹突和軸突，了解每個神經(jīng)元以及周圍數(shù)千個神經(jīng)元信息的來往。

從小鼠的新大腦皮質(zhì)來看，其中的一小部分有2970個突觸通路，現(xiàn)在的科技手段僅能夠測量其中的20個左右，但想要模擬出完整的大腦模型必須得知全部信息才行。因此，馬克萊姆面臨的問題在于，他需要在得知大腦少量結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，構(gòu)建出最完整的大腦模型。

但是馬克萊姆一點也不為此感到擔心，因為他已經(jīng)在先前的實驗中找到了有關(guān)神經(jīng)突觸部分最重要數(shù)據(jù)，只需要通過這些數(shù)據(jù)構(gòu)建出一個框架，再把空缺一點點填滿就可以了。馬克萊姆選擇用間接的方式抵達未知領(lǐng)域。于是他通過僅有的20個突觸通路找出了整個突觸通路的框架，借此得出剩余2950個通路的參數(shù)，在模擬中觀察它們的協(xié)同合作，隨后在實驗室里進行測量，測量結(jié)果顯示，模擬得出的數(shù)據(jù)是正確的。馬克萊姆將這一過程稱為預測性逆向工程，整個實驗就像在拼一個少了很多片的拼圖一樣。

馬克萊姆第一步走得很成功，接下來需要從復制鼠腦過渡到人腦的模擬，然而依靠電腦創(chuàng)造出來的人腦到底是如何思考的？真的可以完全像馬克萊姆設(shè)想的那樣嗎？

會「思考」的電腦

去年，馬克萊姆在「藍色基因」上模擬出小鼠大腦的腦波圖像，雖然僅僅持續(xù)了幾秒鐘，但是這樣短暫的意識，的確證明了電腦曾像人類一般「思考」過的痕跡。但是電腦到底是如何做到思考呢？

人類的大腦就像是一個錯綜復雜的電子網(wǎng)絡，而電子信號由其中的化學物質(zhì)調(diào)節(jié)，當神經(jīng)遞質(zhì)達到足夠數(shù)量時，便會促使神經(jīng)元沿著一條名為軸突的通道發(fā)射信號，軸突末端有突觸，是該神經(jīng)元與另一神經(jīng)元的交會之處。在電子脈沖的作用下，神經(jīng)遞質(zhì)在突觸處釋放，進而依附在相鄰神經(jīng)元的受體上，并通過打開或關(guān)閉離子通道的方式改變電壓。

馬克萊姆通過分子生物學方法預測到神經(jīng)遞質(zhì)在某一時刻對離子通道的影響，并通過功能性磁共振成像來追蹤大腦在觀看球賽或經(jīng)歷高潮時的活動區(qū)域。他發(fā)現(xiàn)，遍布人腦的神經(jīng)細胞，彼此之間可利用非常小的電脈沖進行交流，于是連接「藍色基因」之后，大腦的突觸就等同于電路中的邏輯閥，而軸突就像是電線。它們的組合決定了輸出。記憶通過改變布線的方式得以存儲。行為則與發(fā)射模式有關(guān)。

為了演示這一點，馬克萊姆向人們展示了一臺機器，這個機器由一個直徑61厘米的輪子以及圍繞在輪子四周的12根玻璃輻條組成。馬克萊姆利用玻璃輻條將小鼠的大腦切片，然后連接「藍色基因」，「藍色基因」利用源自大腦組織切片的信息，開始模擬其中的神經(jīng)細胞的工作機制，小鼠大腦的互連結(jié)構(gòu)便會繪制出來，變成電腦代碼。

「藍色基因」整合了大約8000塊處理器，每一塊處理器中映射了一到兩塊大腦神經(jīng)的活動，因此可以說「藍色基因」實際上就是1萬塊神經(jīng)元的硅片復制品。科學家利用相關(guān)軟件打破各個細胞之間的聯(lián)系，分開來研究各部分的功能，進而破譯大腦的秘密。

人造大腦就類似于解剖技術(shù)，將人腦一個個細胞分解后，再通過「藍色基因」分析重組。

馬克萊姆打造出來的大腦是真實大腦的藍本，除了通過軟件而不是血肉重現(xiàn)，其他功能和人腦一樣，是具有意識和情感的「人」，具備認知和自主決策能力。

終結(jié)精神障礙

在2004年，就有一種名為「神經(jīng)植入」的裝置，將人腦和電腦直接連接并在顱骨內(nèi)植入電極后，患者就可以僅靠大腦神經(jīng)信號來控制肢體。這項研究繞開了癱瘓的肢體，直接讓大腦的指令得到有效的執(zhí)行。四肢癱瘓的病人可以成功地運用意念，操控計算機和電視。

但是馬克萊姆認為以上設(shè)計只是科學家研制出來替代大腦某個神經(jīng)系統(tǒng)或是模仿大腦部分功能的零件，其實對于高級認知活動的大腦回路幾乎一無所知?？茖W技術(shù)不能永遠使用動物實驗的方法來研究人類的大腦，而且對于大腦中這1000億個神經(jīng)元，當我們搞清楚其活動機制以后，神經(jīng)學家將能理解人類疾病和技能紊亂的原因，例如治愈阿爾茲海默病和自閉癥的關(guān)鍵。

現(xiàn)在醫(yī)學界有600種已知的大腦功能障礙還無法找到正確的病因和治療方法。而人造大腦最有可能的就是了解這600種疾病的故障模式并找到治療點所在。

傳統(tǒng)的臨床實驗，多以動物為研究對象，不僅方法復雜而且還要耗時許久。實驗經(jīng)費更是動輒上億美元。

以帕金森綜合征為例，這種疾病的病因在于大腦中產(chǎn)生多巴胺的細胞大量死亡，導致多巴胺水平急劇下降，繼而引發(fā)病癥?？茖W家經(jīng)過多年的臨床試驗卻依舊找不到有效的辦法治療這種疾病。但是如果「人腦」得以建成，通過對「人腦」施加刺激，再現(xiàn)這種疾病的發(fā)病過程，那么研制相關(guān)藥物可能就更有成效。

對于馬克萊姆來說，很多精神疾病與其找到各種癥狀的治療方法，倒不如反過來，通過建立特定的受損模型來誘發(fā)「大腦」模擬疾病的發(fā)作，然后清楚地觀察到損傷的原因并找到有效的解決方法。馬克萊姆曾經(jīng)將大腦模型與布滿傳感器的機器人相連，當機器人探索周邊環(huán)境時記錄下其想法和看法，然后把這些視聽信號和一個受損的大腦模擬程序相聯(lián)系。神經(jīng)學家通過在虛擬的三維環(huán)境下，回放剛才機器人的所見所感，就能夠一邊觀察精神疾病患者產(chǎn)生的想法，一邊以患者的視角審視這個世界。

人造大腦的強大之處在于，對于任何精神疾病，醫(yī)生都可以站在病人的角度看問題，而且即使是重復多次的病變實驗都可以在「人腦」建立的模型中無盡地模擬下去。

科學家推測，過去需要多年才能完成的醫(yī)學課題，借助人造大腦的力量或許在一天甚至幾個小時之內(nèi)即可完成。

而且馬克萊姆還認為人類還尚未實現(xiàn)自己的潛能，據(jù)神經(jīng)學家觀察，大腦中的神經(jīng)元數(shù)目增加已經(jīng)遠遠超過了人類顱骨內(nèi)體積增加的速度，大腦不斷折疊形成充滿褶皺和溝回結(jié)構(gòu)就已經(jīng)表明了我們可以開發(fā)出更多大腦的潛能。而「人造大腦」正是一種契機幫助我們對大腦的工作機制更加了如指掌。

利用人造大腦，我們可以更清楚地了解自我，甚至是人類本身，從而更客觀地看待身邊的事 物。

反對與支持

按照馬克萊姆的設(shè)想，人造大腦最終將由硅、金和銅等金屬組成，并具備人的思維、感知能力，甚至還能墜入愛河?？梢詫⑵涓脑斐蓹C器人，研制全新的人工智能技術(shù)，同時還可以戴上一副特制的3D眼鏡體驗他人甚至是自己大腦的活動狀況。

但是對于以色列巴伊蘭大學（Bar-Ilan University）的神經(jīng)學家摩西·艾伯勒斯（Moshe Abeles）來說，馬克萊姆的設(shè)想并不是那么樂觀，因為不同的大腦會因人而異，而且大腦處于不同時刻狀態(tài)也會有所不同，以現(xiàn)在的水平，連單獨一個人的大腦都不可能研究透徹，更別說制造出一個通用于任何類型的人類大腦。同摩西一樣持懷疑態(tài)度的還有英國帝國理工學院的伊戈爾·亞歷山大（Igor Aleksander） 教授，他認為人的大腦每秒鐘至少能夠進行10的24次方的運算，超過目前性能最優(yōu)秀的超級計算機1000倍，即使馬克拉姆可以造出與人腦相媲美的計算機，也只不過是一個空殼子，不可能具有人類的意識能力，而13億美元的投資只會創(chuàng)造出世界上最為昂貴的「寶寶」。

對此馬克萊姆解釋，雖然全面復制人腦在今天是完全不可能的事情，但是小鼠大腦的腦波圖像的產(chǎn)生讓他對未來充滿了信心。他說，既然老鼠的大腦可以復制，為什么人類大腦不可以？

并且馬克萊姆團隊并不是唯一一個試圖開發(fā)人造大腦的研究組織，還有艾倫人腦圖譜（致力于繪制人腦和鼠腦中特定結(jié)構(gòu)、特定基因和區(qū)域之間的關(guān)聯(lián)）、美國國立衛(wèi)生研究院人腦連接組計劃（運用非介入成像技術(shù)來展示人腦中神經(jīng)束連接的部位，以及這些神經(jīng)束的連接方式）以及奧巴馬總統(tǒng)于4月宣布的大腦活動圖計劃等。這幾項計劃已經(jīng)為加入人造大腦計劃的眾多實驗室建立了標準化協(xié)議，而且對馬克萊姆來說，這幾項計劃的實驗結(jié)果會為人造大腦計劃積累海量的數(shù)據(jù)，其中人腦連接組計劃會為檢驗人造大腦計劃的數(shù)據(jù)提供手段，而大腦活動圖計劃會為人造大腦計劃的仿真模型注入活力。源源不斷的資助也讓馬克萊姆信心倍增。其中包括瑞士政府，私營企業(yè)以及歐盟委員會的13億美元的支持，其中IBM專門為他制造的藍色基因P系列，成為人腦計劃成功的原動力。

其實對于馬克萊姆來說，最讓他擔憂的不是能否建立起人造大腦，而是人造大腦將會帶來的一系列道德問題。例如，如果「大腦」妄自發(fā)號施令怎么辦？又或許人造大腦可能被用于軍用，研制具有人類智慧的殺人工具等。正是出于這個原因，馬克拉姆決定將人造大腦計劃的部分電腦編碼作為機密不對外公布，而且研究人造大腦的初衷是用于醫(yī)學檢驗。即使將來遭遇了難以想象的倫理問題，馬克萊姆也會以自己的方式及時制止。

曾經(jīng)模擬過人類大腦的多倫多心理學家家蘭迪·麥金托什（Randy McIntosh）給予了馬克拉姆支持，他認為人了解基因組的排序，就能治療遺傳疾病，并了解人類行為的遺傳學基礎(chǔ)；人造大腦作為一個可以即插即用的「大腦」，深入其內(nèi)部，便能找出大腦疾病的成因，那時科學家將摒棄使用動物實驗的方法來研究人類的疾病，真正理解人類疾病和機能紊亂的原因。而且基因組學已經(jīng)證實，生物學同天文學和物理學一樣，只有依賴于計算機大數(shù)據(jù)才能不斷發(fā)展，由此看來，人造大腦計劃從技術(shù)上講，要做到這點還是可行的。我們應該像看待人類基因組計劃那樣看待人造大腦計劃。

但計算機科學家雷蒙德·庫茲韋爾在基于人們對于人造大腦反對與贊成的基礎(chǔ)上作出了更為驚人的設(shè)想，他認為人造大腦計劃的實現(xiàn)將會使人類與電腦融合，出現(xiàn)「超級人類」。超人類會像終結(jié)者里的天網(wǎng)一樣，超越人類的智慧和人類的身體并借助科技能力達到永生。在信息學上，人腦與機器人結(jié)合的時間點被稱為「奇點」?！钙纥c」的出現(xiàn)就是超級人類出現(xiàn)的時間。據(jù)庫茲韋爾推算，大約34年以后，人類與機器融合，人類文明將結(jié)束。