電腦能模擬大腦嗎？

好幾年前，Henry Markram便已聲稱自己能在十年之內用電腦模擬出人類的大腦。終于，在2013年1月23日這一天，歐盟委員會讓他去證明自己的這一設想——經過兩年的競爭，他充滿野心的人類大腦工程（HBP），終于打敗了其他幾個同樣宏偉的計劃，獲得了歐盟委員會前所未有、高達10億歐元的巨資贊助。

不過，十年之內，他能實現自己的許諾嗎？人類腦殼里面那一坨由860億個神經元組成、重達1.4公斤的集群，已然是世界上最強力的計算機了，用電子計算機來模擬它，真的有可能嗎？

構建神經元細胞網絡

光是用計算機模擬人腦這個主意，便已在許多神經科學家中引起了騷動，而在現在這樣科學研究經費拮據的時期，人類大腦工程竟能得到如此巨額資助，更是非同小可。普遍的反對意見認為，大腦這個東西實在是太復雜，無法模擬，何況我們對大腦的理解還停留在非常初級的階段。

然而，Markram有他自己的策略。自上世紀五十年代起，神經科學家們已經建立了許多模擬神經元的計算機程序，但其中的絕大部分都把這些細胞當作單個的抽象點來對待。Markram說，他想要的是，把神經元按照其本來的形態來模擬，包括其中的任何細節，以及充斥在細胞中的活性基因和電流活動。

在所有信息中最關鍵的一塊拼圖，也是Markram團隊投入最多時間來攻關的問題，就是關于哪些基因在哪些神經元中具有活性的一個完整清單。

神經元并不是完全相同的，它們分為很多種類，分別扮演不同的角色，并激活不同的基因。Markram很有信心，只要他能獲得這個完整的列表，他就能推斷出在大腦的各個部分中不同神經元是如何混合在一起的，進而復制出每一類細胞的電行為，甚至模擬出神經元細胞是如何從無到有地長出其樹枝狀結構。Markram說：“我們正在揭示出將大腦組裝成形的生物學原理。”

在過去二十多年中，Markram的研究小組已梳理出老鼠的神經元的基本細節，并且建立起了一系列虛擬的圓柱形大腦切片，稱為大腦皮質柱。目前的模擬程序含有100個這樣的皮質柱，而每一個又含有大約1萬個神經元——這相當于老鼠大腦中神經元總量的2%，也僅相當于人類大腦的0.001%出頭。

“我們先對嚙齒類動物實施模擬，因為我們需要確認這樣的方法的確適用，然后靠選點抽查來檢驗同樣方法可以移用到人類身上。”Markram說道。

來自布雷因公司的Eugene Izhikevich曾經參與建立過一個包含1000億個神經元的模型。他確信，我們的能力足以建立一個從解剖結構到聯結方式都與真實大腦無異的網絡模型，即便讓一個專家來把它切開，也無法發現有任何不同。

理解人腦 功能第一

沒錯，那無疑將會是個極好的大腦模型，只不過是一個空缸子里的死的大腦。一個真正的活大腦可是充滿了電的脈動——從沿著神經元線路傳播的小規模電流，到橫掃整片腦葉的大型波浪。再者，真正的大腦居于人體之中，會與周圍的環境互動。如果我們的模型能把所有這些機制都包括在內，又會冒出些什么來呢？學習能力、智能，甚至意識？

“人們以為我想做出的神奇模型有一天將會開口說話，或者做出別的什么有趣的事來，”Markram說，“事實上，這個模型能夠做什么是次要的。我們并非想嘗試讓機器具有類似人的行為，我們想做的只是把數據給組織起來。”

加拿大安大略省滑鐵盧大學的神經科學家Chris Eliasmith對此表達了憂慮：“這項工程令人印象深刻，但也有可能讓人產生疑惑：怎么會有人投入這么多的時間和精力，卻只是為了造出一個什么功能也實現不了的東西呢。”

Eliasmith所走的是一條完全不同的道路，他要把功能放在第一位。去年11月，他就推出了一個叫做“Spaun”的模型，盡管只模擬了區區250萬個神經元，但卻顯示出了行為。該模型也還是模擬了單個神經元的生理和連結方式，但是依據了我們關于大腦的架構的已有知識來組織這些神經元。它能夠記憶和拷貝數列，進行簡單的算術運算，還能解決基本的推理問題。甚至連它犯錯的方式都與我們相像——例如，它更容易記住一個列表的最前面幾項和最后面幾項。

神經學的測試平臺

然而做“Spaun”的目標也不是要造出一個人工的大腦。不如說它是一個神經科學的測試平臺——我們可以利用它來理解大腦的工作原理。想知道區域X是否控制著功能Y？那就把它做出來看看是不是吧。如果我們把區域X敲掉，Spaun是否會變成某種特定的腦殘？試試看就知道了。

這一類的實驗如果要用人類大腦工程那樣自下而上的架構來做，可就困難了。即便模型真的顯示出智能或之類的屬性，也很難理解清楚這些屬性到底從何而來。如果你是想真正地理解大腦，然后你又對大腦做出了非常完美的模擬，那么問題來了……你通過模擬所得到的也就是一坨大腦而已，而大腦還是非常復雜。

除此之外，Izhikevich又指出另一問題：科技已經在許多原本人腦擅長的領域迅速趕超人腦。“比起靠自己的腦子，我在計算器上做算術可以做得更好；計算機下國際象棋更是比你強……”他說。即便有朝一日模擬的大腦已經進步到，可以完美復制人腦的一切功能，到那時其他的技術又可以把同樣的功能實現得更快更好了。Izhikevich表示，到那時，“這個課題也就不再有趣”。

這么說來，模擬人的大腦本身并不是目標，而是實現某些目標的手段。它是將工具、專家和數據組織起來的一種方式。如Izhikevich所說，“攀登的過程才是最重要的”。

（文章選自BBC 譯者：kirejt）