13億美元的 「大腦」

重現「弗蘭肯斯坦實驗」

英國著名小說家瑪麗·雪萊（Mary Shelley）創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》的創作地不遠的地方，神經學家亨利·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，完全模擬出人腦中全部的860億個神經元的功能，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系統疾病的了解，解開人類大腦之謎。

這項計劃起源于2005年，馬克萊姆經過多年的試驗發現大腦中的億萬個神經元，通過離子通道，彼此密切地傳遞收發信息，大約每1萬個神經元就會組成一個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上。它們結構上彼此相同，如同計算機機芯上的每個晶體管。這樣的結構，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，之后馬克萊姆帶領研究小組開始研究和操控大腦皮質柱的計算機模擬，這是哺乳動物大腦組織最小的積木結構之一，這便是著名的「藍腦計劃」。

「藍腦計劃」穩步運行了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想：未來10年內將在「藍腦計劃」的基礎上創造出一個「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%是由皮層結構組成的，記憶、思考以及交流等復雜的情感都有賴大腦皮層產生。然而人類的大腦皮層是由數以萬計的神經元組成的，而以現有的技術水平，依靠「藍色基因」計算機只能模擬出包含1億個神經元的大腦，而這一數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。

同時馬克萊姆也發現，人類的神經元并非一個個孤立的個體，它借由種種電信號互聯和交通，僅將小鼠的大腦皮層作為模板，只能初步模擬出神經元是如何連接的，要想模擬出整個大腦的構造，這就要另外借助樹突和軸突，了解每個神經元以及周圍數千個神經元信息的來往。

從小鼠的新大腦皮質來看，其中的一小部分有2970個突觸通路，現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構的基礎上，構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，因為他已經在先前的實驗中找到了有關神經突觸部分最重要數據，只需要通過這些數據構建出一個框架，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，在模擬中觀察它們的協同合作，隨后在實驗室里進行測量，測量結果顯示，模擬得出的數據是正確的。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絡，而電子信號由其中的化學物質調節，當神經遞質達到足夠數量時，便會促使神經元沿著一條名為軸突的通道發射信號，軸突末端有突觸，是該神經元與另一神經元的交會之處。在電子脈沖的作用下，神經遞質在突觸處釋放，進而依附在相鄰神經元的受體上，并通過打開或關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遞質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歷高潮時的活動區域。他發現，遍布人腦的神經細胞，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。行為則與發射模式有關。

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細胞的工作機制，小鼠大腦的互連結構便會繪制出來，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的活動，因此可以說「藍色基因」實際上就是1萬塊神經元的硅片復制品。科學家利用相關軟件打破各個細胞之間的聯系，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，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，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。

終結精神障礙

在2004年，就有一種名為「神經植入」的裝置，將人腦和電腦直接連接并在顱骨內植入電極后，患者就可以僅靠大腦神經信號來控制肢體。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計只是科學家研制出來替代大腦某個神經系統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。科學技術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1000億個神經元，當我們搞清楚其活動機制以后，神經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鍵。

現在醫學界有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，繼而引發病癥。科學家經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，再現這種疾病的發病過程，那么研制相關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「大腦」模擬疾病的發作，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系。神經學家通過在虛擬的三維環境下，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即可完成。

而且馬克萊姆還認為人類還尚未實現自己的潛能，據神經學家觀察，大腦中的神經元數目增加已經遠遠超過了人類顱骨內體積增加的速度，大腦不斷折疊形成充滿褶皺和溝回結構就已經表明了我們可以開發出更多大腦的潛能。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。可以將其改造成機器人，研制全新的人工智能技術，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）的神經學家摩西·艾伯勒斯（Moshe Abeles）來說，馬克萊姆的設想并不是那么樂觀，因為不同的大腦會因人而異，而且大腦處于不同時刻狀態也會有所不同，以現在的水平，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構、特定基因和區域之間的關聯）、美國國立衛生研究院人腦連接組計劃（運用非介入成像技術來展示人腦中神經束連接的部位，以及這些神經束的連接方式）以及奧巴馬總統于4月宣布的大腦活動圖計劃等。這幾項計劃已經為加入人造大腦計劃的眾多實驗室建立了標準化協議，而且對馬克萊姆來說，這幾項計劃的實驗結果會為人造大腦計劃積累海量的數據，其中人腦連接組計劃會為檢驗人造大腦計劃的數據提供手段，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；人造大腦作為一個可以即插即用的「大腦」，深入其內部，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據才能不斷發展，由此看來，人造大腦計劃從技術上講，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上作出了更為驚人的設想，他認為人造大腦計劃的實現將會使人類與電腦融合，出現「超級人類」。超人類會像終結者里的天網一樣，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，人腦與機器人結合的時間點被稱為「奇點」。「奇點」的出現就是超級人類出現的時間。據庫茲韋爾推算，大約34年以后，人類與機器融合，人類文明將結束。