惹争议的人脑制造计划

（文 / 曹玲）

( 神经科学家亨利·马克拉姆 )

尼泊尔会议起争论

瑞士洛桑联邦工学院大脑认知科学研究所的神经科学家亨利·马克拉姆（Henry Markram）正在参与一项重要的竞争。今年底，欧盟将从6个竞争项目中选取两个，在未来的10年内分别提供高达10亿欧元的研究经费。

马克拉姆所领导的项目被称为“人脑计划”，他试图建立模拟大脑的超级计算机，从只有小鼠的智力逐渐发展到人脑的智慧，它将会思考，会表达，会记忆，甚至可能会感受爱情、愤怒、悲伤、痛苦与快乐等人类情绪。

这会让很多人想起玛丽·雪莱笔下的《弗兰肯斯坦》，马克拉姆工作的地方距离弗兰肯斯坦的诞生地不远。但与弗兰肯斯坦不同的是，马克拉姆构想的科学怪人只有人的心智，并没有肉体，实际上更接近电影《2001太空漫游》里的超级电脑HAL9000，或是《人工智能》中的机器人小男孩大卫。

今年1月20日，瑞士科学院在伯尔尼召开的会议上，对神经科学领域大型计算机建模做了概述。马克拉姆对本刊记者说：“脑科学人员每年发表6万篇文章，这些文章都很漂亮，很美妙，但基本上都集中在某一个小的角落，不是这个分子，就是那个大脑部位，不是这种功能，就是那个脑图。”他表示，他主持的人脑计划能整合所有这些不同角度的发现，并且创造出一些模型来探索神经回路的组织方式，以及如何产生行为和认知，这是目前神经科学领域最深的奥秘。他还表示，人脑计划可以帮助研究人员找到治疗一些疾病的途径，如阿尔茨海默氏症。“如果我们没有一个整体的视角，就无法理解认识这些疾病。”

( 电影《人工智能》剧照 )

然而，很多人对马克拉姆的观点表示不解。一些神经科学家们认为他的想法构思拙劣，特别是马克拉姆研究大脑模拟的特殊方式让他们觉得奇异荒诞。他们认为该项人脑计划是大肆炒作，铺天盖地的媒体都在报道它可能会带来的成果，而且就算此计划有新的理论支撑，马克拉姆也未必能完成。

苏黎世大学和瑞士联邦理工学院联合成立的神经信息学研究所主任罗德尼·道格拉斯（Rodney Douglas）对本刊记者说：“我们需要神经科学的多样性。人们对大脑了解的程度非常低，我们需要更多的人有更多不同的观点。”但如果少得可怜的神经科学研究经费都转向单一研究的话，这样对观点多样化是不利的。

不过马克拉姆并没有望而却步。他认为，目前神经科学家们对于如何对大脑有完整深入的理解一筹莫展，“因此才有我们的这个计划，建立统一的大脑模型”。

2009年，马克拉姆就很乐观地预计：“现在构建一个人类的大脑是不可能的，但在10年时间里我们将能够做到。如果我们正确地构建它，它应该像人一样说话，有智力，像人一样行动。”然而，做到这一点需要的超级计算机要比现在的超级计算机运算能力强2万倍。

妨碍他实现这个庞大目标的障碍在哪儿呢？对他来说，问题很简单，那就是钱。他说：“这不是多少年的问题，是钱的问题，是一个社会是否想要它实现的问题。如果他们想在10年实现，过10年他们就会拥有；如果他们想在1000年实现，那我们就继续等待。”对他而言，欧盟的两个高风险旗舰项目10亿欧元的资金，是他接近目标的重要机会。今年5月，他提交了完整的计划提案。

从“蓝脑计划”到“人脑计划”

马克拉姆最初在南非开普敦大学读精神病学，后来他放弃了，觉得这个专业只是把人放在诊断台上，根据不同情况给他们用药而已，“不可能告诉我们人脑的结构和功能”。于是他转向了其他研究，并进入了开普敦大学一位年轻的神经科学家道格拉斯的实验室。在那里，马克拉姆被迷住了，他决心深入研究人脑，弄清楚它的运作，揭开大脑的细微秘密。

他在以色列魏茨曼科学研究所读了博士，在美国国立卫生研究院和德国马克斯·普朗克医学研究所完成了博士后工作。1995年，在魏茨曼科学研究所工作期间，他证明了神经元突触可塑性对精确放电时间的依赖性（STDP），在这个生物过程中，神经连接的强度随脉冲的到达和离开发生相应的变化。这个发现让他在业内赢得声誉。

到20世纪90年代中期，他意识到在接下来的25年，甚至30年，即便自己可以这样做下去，也依然无法帮他理解大脑的结构和功能。大约20万名科学家目前正在研究大脑的方方面面，产生了无数令人眼花缭乱的信息碎片，很多研究都产生了自己的模型。马克拉姆想用计算机将所有的模型联合起来，不管是离子通道的分子结构，还是大脑皮层回路的活动，这有利于研究者们发现他们知识结构中的差距和相互矛盾之处，再来确认如何实验才能够解决问题。

事实上，早在20世纪初，科学家就一直在设计神经活动的数学模型。20世纪50年代之后，科学家开始使用计算机来完成相关工作。但马克拉姆的野心太大了，他要做的不是给一个神经元建模，那只是巨大的神经网络中的一个点。他想做的是将这些网络中所有的点串联起来统一建模，完成其间无数的离子通道，给整个大脑建立一个模型。用他的话说，就是“从基因层面，分子层面，神经元和神经突触层面，神经微回路如何形成，还有脑部区域，直到我们弄明白如何将这些层面结合起来，弄清楚大脑如何控制行为和认知”。

要完成大脑统一的计算，计算机要执行每秒1018次运算，这在上世纪90年代不啻为天方夜谭。但他相信，计算机的运算能力大约18个月就会翻倍，这意味着到2020年会出现百万兆级计算机，“神经科学家应该为此做好准备”。

2002年，马克拉姆于洛桑联邦理工学院任职，该学院想大力发展计算机和生物医药研究领域。他向IBM购买了一台“蓝色基因”（Blue Gene）巨型计算机，这是当时最新的用于大型模拟的超级计算机。2005年，洛桑联邦理工学院安装好计算机，马克拉姆因此启动了“蓝脑计划”，这是他在综合神经科学领域的第一个实验，现在回过头看，也是“人脑计划”的一个雏形。

计划启动后，他从小鼠的大脑皮层搜集数据入手。这项工作他很熟悉，从20世纪90年代开始就着手了。到2005年底，马克拉姆的团队将资料的相关部分整合形成单一的神经元模型。2008年，研究人员已经完成了大约1万个这样的模型，组成管状皮质模型，被称为皮层柱。目前，利用一个更加先进的“蓝色基因”计算机版本，他们已经模拟出100个互联的单元。

在他看来，建模要从最基础的层面开始。为此他着眼于离子通道，因为它们能够决定一个神经元何时被激活，然后传递下去。这是让很多神经科学家咬牙切齿的地方。他们中大多数人已经使用简单的神经元模型探索高级功能，比如模式识别。而马克拉姆自下而上的研究方式，风险在于只见树木不见森林。伯尔尼会议上很多人达成共识，他的模型太具体，没法理解真正的大脑。批评者认为，根据“蓝脑计划”在过去6年里的成果来看，这个项目可能无果而终。

如果“人脑计划”没有实现，没有获得大笔资金的话，道格拉斯说：“所有这些都是小题大做。”他问道：欧洲一定要花费10亿欧元用于支持一个人的热情吗？不过他也承认，有些高瞻远瞩的想法需要推动才能进步，“但万一他们是一时激情的错误呢？”

还有很多同行表现出担心甚至愤怒，因为马克拉姆通过新闻媒体报道他的研究，而不是通过发表论文、学术会议或者其他科学的渠道。记者们报道的大多是：马克拉姆高大、有魅力，表达观点清晰明了，引经据典，是已故科学家卡尔·萨根的南非版人物。批评者认为，这会带来太多的新闻报道，留给人们的印象是“人脑计划”将根除用动物做实验。

马克拉姆对于人们指责他故意炒作很恼火，他反击：“我从来没有说过人脑计划要取代动物实验。我说的是模拟可以帮你选择最佳的实验方式。”马克拉姆坚定地认为历史站在他的一边。在伯尔尼会议上他表示：“模拟研究是无法阻挡的趋势。即使我不这样做，它还是会出现。在科学的很多领域现在都是这么做的，同样，在生命科学领域里它将再续辉煌。” 人脑争议计划制造