美國啟動腦科學(xué)“阿波羅”計劃

梁坤

30年前，美國政府啟動人類基因組計劃—— 一個長達(dá)13年的測序及繪制所有人類基因的研究項目。盡管項目一開始遭到了懷疑乃至反對，但是該計劃卻讓遺傳學(xué)研究領(lǐng)域從此煥然一新，并被認(rèn)為是歷史上最成功的科學(xué)計劃之一。

現(xiàn)在，美國情報系統(tǒng)下設(shè)的情報先進研究計劃署（IARPA）已為一項類似的雄心勃勃的計劃投資了1億美元。皮層網(wǎng)絡(luò)機器智能計劃（MICrONS）旨在逆向建造1立方毫米的大腦，研究大腦進行運算活動的方式，并將研究結(jié)果更好地應(yīng)用于機器學(xué)習(xí)和人工智能計算領(lǐng)域。

目前，IARPA已經(jīng)招募了3個研究團隊，分別由哈佛大學(xué)生物和計算機學(xué)家David Cox、卡耐基梅隆大學(xué)計算機學(xué)家Tai Sing Lee和貝勒醫(yī)學(xué)院Andreas Tolias帶領(lǐng)。每個團隊均提出了解決這一問題的5年計劃。

MICrONS作為奧巴馬“腦計劃”的一部分，旨在把由大腦激發(fā)的智能計算再向前推進一步。今天的大量技術(shù)都在依賴一種叫作人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的計算方式，正如其名字暗含的那樣，這些算法受到了大腦構(gòu)造系統(tǒng)的啟發(fā)。“這是一項巨大的投資，因為我們認(rèn)為它要解決的是一個非常重要的挑戰(zhàn)，它將會對信息學(xué)界乃至全世界產(chǎn)生變革性的影響。”IARPA的MICrONS項目管理人Jacob Vogelstein說。

各個團隊將嘗試?yán)L制一只嚙齒類動物1立方毫米大腦皮層的所有神經(jīng)元。這類動物大腦皮層的神經(jīng)元數(shù)量不足人類大腦皮層的百萬分之一，數(shù)字可能看起來很小，但到目前為止科學(xué)家一次僅能測量幾個神經(jīng)元或是通過功能性磁共振成像獲得合成照片中上百萬神經(jīng)元的活動情況。

現(xiàn)在，MICrONS成員計劃當(dāng)嚙齒類動物在進行視覺感知或是學(xué)習(xí)任務(wù)時，記錄及測量10萬個神經(jīng)元的活動和連接情況，其中涉及到納米級分辨率的成像，“這就像是通過一寸一寸地測量，來繪制美國地圖一樣。”Vogelstein說。但他對目標(biāo)非常樂觀，因為近期已經(jīng)出現(xiàn)了大規(guī)模的神經(jīng)科學(xué)研究成果，網(wǎng)上已經(jīng)有大量的新工具可以在納米級的層面了解大腦。”他說，“所以這一點在歷史上是獨一無二的，我們有良好的工具和技術(shù)，尤其是首次擁有在每個神經(jīng)元以及每個突觸層面揭示大腦接線圖的技術(shù)。”