【新智元導讀】十年，歐盟的人腦計劃即將到期，然而燒光47億后，成果依然支離破碎，重建人類(lèi)大腦的雄偉計劃似乎仍然遙不可及。
十年前，歐洲的科學(xué)家們計劃在巨型計算機中重建人腦。
十年后，歐盟的6億歐元多半是打了水漂。
在這個(gè)叫做Human Brain Project（簡(jiǎn)稱(chēng)HBP）的計劃里，歐盟投入了將近47億人民幣。
有超過(guò)500名頂尖科學(xué)家，發(fā)表了數千篇論文。
10年之期的人腦計劃，到今年9月就要結束。
然而對于人類(lèi)來(lái)說(shuō)，完全理解人腦仍然遙不可及。
更遑論用計算機來(lái)模擬人腦，發(fā)展類(lèi)腦智能了。
就在今天，Nature發(fā)了一篇長(cháng)文，細細盤(pán)點(diǎn)了這個(gè)計劃的成就和復雜動(dòng)蕩的過(guò)程。
文章地址：https://www.nature.com/articles/d41586-023-02600-x
這個(gè)項目最早的發(fā)起人，是十多年前夸下?？诘娜鹗可窠?jīng)科學(xué)家Henry Markram。
2009年，他在英國（TED）大會(huì )上，宣布了一個(gè)震驚眾人的計劃：
在了解大腦結構的基礎上，他要用計算機創(chuàng )建一個(gè)復雜的數學(xué)模型，模擬人腦的86億個(gè)神經(jīng)元和100萬(wàn)億的突觸。
也許是出于對計算機技術(shù)的過(guò)度樂(lè )觀(guān)，他認為模擬人腦并非不可能。如果能夠成功模擬人腦，將對人類(lèi)意義重大：阿爾茨海默癥可以攻克，機器人將更智能、認知能力更強，甚至可以給計算機提速。因此，項目在公布后獲得了大量關(guān)注，吸引到了巨額資金，可以說(shuō)，歐盟為HBP下了血本。而恰逢2009年，由于擔心計算機、數字服務(wù)等技術(shù)落后于美國，歐盟委員會(huì )的通信網(wǎng)絡(luò )內容和技術(shù)總局設立了「未來(lái)新興技術(shù)旗艦項目」，入選項目可獲得10億歐元資助。2013年，由歐盟政府牽頭，26個(gè)國家的135個(gè)合作機構參與、預期10年的「人類(lèi)腦計劃」正式出臺。這個(gè)項目計劃投資13億歐元，目標是開(kāi)發(fā)信息和通信技術(shù)平臺，致力于神經(jīng)信息學(xué)、大腦模擬、高性能計算、醫學(xué)信息學(xué)、神經(jīng)形態(tài)的計算和神經(jīng)機器人研究。項目將側重于通過(guò)超級計算機技術(shù)來(lái)模擬大腦功能，從而實(shí)現超級人工智能。來(lái)自人腦顳葉神經(jīng)元回路的數字重建10年內，HBP計劃取得了一些成就。數千篇論文的發(fā)表，在神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域取得了重大進(jìn)展。科學(xué)家們創(chuàng )建了至少200個(gè)腦區的詳細三維地圖，開(kāi)發(fā)了用于治療失明的腦植入體，利用超級計算機對記憶和意識等功能進(jìn)行建模，并推進(jìn)了各種腦部疾病的治療。然而，人腦計劃從開(kāi)始以來(lái)就不被看好，一直飽受批評。歐盟委員會(huì )干事Thomas Skordas表示：「項目開(kāi)始時(shí)，幾乎沒(méi)人相信大數據的潛力，更不信人類(lèi)能用超級計算機模擬出復雜的大腦功能?！?/span>很多科學(xué)家看來(lái)，這一目標本身就很不切實(shí)際。不僅如此，HBP還多次改變研究方向，讓科研產(chǎn)出變得支離破碎，像馬賽克一樣。法國國家科研中心（CNRS）的認知科學(xué)家Yves Frégnac表示，HBP未能提供對大腦全面或者獨特的理解。他說(shuō)：「我看不到整個(gè)大腦，只能看到大腦的某些碎片?！?/span>項目至此獲得的最大成果，可能就是一個(gè)名為「EBRAINS」的數字化虛擬平臺，它能讓全球科學(xué)家來(lái)做模擬實(shí)驗。法國艾克斯-馬賽大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)家、人腦計劃董事會(huì )成員Viktor Jirsa表示：「如今，我們手頭具備了構建一個(gè)數字大腦孿生體的所有工具?！?/span>人腦計劃的負責人希望，這個(gè)平臺能朝他們的宏偉目標更進(jìn)一步。但這個(gè)項目的資金源仍不穩定。在如此巨額投資的大背景下，項目遲緩的進(jìn)展讓歐洲科學(xué)家們感到沮喪。2019年加入HBP的阿姆斯特丹大學(xué)計算神經(jīng)科學(xué)家Jorge Mejias表示：「我們可能是最早向大腦發(fā)起沖鋒的人。但如今全世界每個(gè)團隊都在爭分奪秒地趕時(shí)間，我們沒(méi)有時(shí)間停下休息?！?/span>2013年，項目落地時(shí)的主要目標之一就是開(kāi)發(fā)研究大腦所需的工具和基礎設施，從而能更好地理解大腦的功能、組織以及與之相關(guān)的疾病。同時(shí)還包括一些關(guān)于基礎和臨床神經(jīng)科學(xué)的小型項目。彼時(shí)，與之并列的另一個(gè)關(guān)鍵性項目是關(guān)于「石墨烯」的研究。歐盟和項目的資助者承諾將對人腦計劃提供10億歐元的資金支持。最終，它獲得了6.07億歐元的研究資金，其中4.06億歐元來(lái)自歐盟。這些資金分四個(gè)階段釋放，逐步提供給在每個(gè)階段競爭資金的實(shí)驗室。那個(gè)在TED演講中提出項目的創(chuàng )始人、神經(jīng)科學(xué)家Henry Markram公開(kāi)宣稱(chēng)：HBP將能在十年內從細胞層面重建和模擬人腦。他的斷言引發(fā)了神經(jīng)科學(xué)家們的廣泛懷疑。但Markram則回應到：「當科學(xué)規劃出一條新的道路時(shí)，爭議自然會(huì )隨之而來(lái)?！?/span>英國劍橋大學(xué)的計算神經(jīng)科學(xué)家Timothy O'Leary認為，這個(gè)充滿(mǎn)野心的目標有助于HBP的啟動(dòng)。因為，「如果不提出一個(gè)雄心勃勃甚至是聽(tīng)起來(lái)有點(diǎn)可笑的目標，人腦計劃可能不一定能獲得資助?！?nbsp;隨著(zhù)時(shí)間的推移，Markram的領(lǐng)導受到了越來(lái)越多的質(zhì)疑。2014年，他和執行委員會(huì )的另外兩名成員改變了項目的研究重點(diǎn)，砍掉了認知神經(jīng)科學(xué)方面的大量研究，導致18個(gè)實(shí)驗室退出了項目。但Markram卻認為是各部門(mén)在經(jīng)費分配問(wèn)題上存在爭議。隨后150多名科學(xué)家簽署了一封抗議信，敦促歐盟委員會(huì )及時(shí)重新考慮HBP的目的，并進(jìn)行第二輪資助。信中闡述了HBP管理不善，已經(jīng)部分偏離了科學(xué)軌道的現狀。Markram沒(méi)有正面回應管理不善的問(wèn)題，而是將矛頭指向了部分不服從他的科學(xué)家們：「很明顯，神經(jīng)科學(xué)界的一些人還沒(méi)有準備好在一個(gè)統一的愿景下團結起來(lái)?！?/span>于是，歐盟成立了一個(gè)由獨立專(zhuān)家組成的委員會(huì )，研究項目的運作方式，并修訂了項目的目標。委員會(huì )建議，HBP應重新評估并更明確地闡述其科學(xué)目標，并將認知科學(xué)和系統神經(jīng)科學(xué)重新納入其核心計劃。2015年2月，HBP董事會(huì )投票解散了三人組成的執行委員會(huì )，并成立了一個(gè)更大的委員會(huì )取而代之。這場(chǎng)動(dòng)蕩讓很多科學(xué)家對該項目產(chǎn)生了抵觸情緒。Mejias說(shuō)：「這種懷疑的態(tài)度一直干擾著(zhù)項目的發(fā)展?！?nbsp;與此同時(shí)，世界各國的大型大腦項目也紛紛啟動(dòng)或進(jìn)入高速運轉階段。美國和日本都在HBP啟動(dòng)的同一時(shí)間啟動(dòng)了大腦研究項目——美國將持續到2026年，日本則會(huì )持續15年的研究。中國的大腦研究項目于2021年啟動(dòng)，澳大利亞和韓國的項目均已進(jìn)入了第七個(gè)年頭。但是項目的抓馬并沒(méi)有隨著(zhù)執行委員會(huì )的解散而結束。從2016年到2020年，項目管理層發(fā)生了多次變動(dòng)。2016年，作為項目發(fā)展階段的成果，HBP啟動(dòng)了六個(gè)專(zhuān)業(yè)運行平臺，涵蓋腦模擬、高性能分析和計算、神經(jīng)機器人等領(lǐng)域。德國Jülich研究中心的神經(jīng)科學(xué)家，兼HBP的科研主任Katrin Amunts說(shuō)：「我們的想法是隨著(zhù)時(shí)間的推移，將這六個(gè)方向整合起來(lái)，但在一開(kāi)始，『它們是相當獨立的』?！?/span>「像HBP這樣的大項目往往會(huì )伴隨著(zhù)一個(gè)學(xué)習的過(guò)程，項目剛啟動(dòng)的時(shí)候，很多東西還沒(méi)有在正軌上?！?/span>雖說(shuō)是10年之期，6億歐元，但是這一陣折騰之后，前期投入的資金和時(shí)間的效果都大打折扣。撇開(kāi)管理不談，HBP還是積累了不少關(guān)鍵性科研成果的。通過(guò)創(chuàng )建和組合大約200個(gè)大腦皮層和更深腦結構的3D地圖，HBP科學(xué)家制作了人腦圖譜——描繪出大腦的多層次組織，從細胞和分子結構到功能模塊和連接性。在3月份舉行的2023年HBP峰會(huì )上，Amunts表示：「人腦圖譜有點(diǎn)像谷歌地圖，不過(guò)是大腦的谷歌地圖?！?/span>該圖譜利用死后的大腦數據生成標準化地圖，并且考慮到了人與人之間的自然差異。利用這個(gè)圖譜，HBP科學(xué)家在前額葉皮層中發(fā)現了六個(gè)以前未知的腦區域，這些區域有助于記憶、語(yǔ)言、注意力和音樂(lè )處理。同時(shí)，將圖譜與艾倫人類(lèi)大腦圖譜（Allen Human Brain Atlas）中的基因表達數據相鏈接后，可用于表征整個(gè)大腦的神經(jīng)元。利用這些配對的圖譜，研究人員揭示了與抑郁癥相關(guān)的基因表達變化，是如何與額葉皮層的結構和功能變化相聯(lián)系的。此外，HBP研究人員還開(kāi)發(fā)了一種獨特的算法，可以根據顯微鏡圖像構建大腦區域的全尺寸支架模型。利用這個(gè)工具，研究人員制作了對于記憶非常重要的海馬體CA1區域的詳細地圖。其中，包含了約500萬(wàn)個(gè)神經(jīng)元和400億個(gè)突觸。目前，HBP已將研究中的一些發(fā)現轉化為了臨床應用。比如，可以利用個(gè)性化的大腦模型，也就是「數字孿生」，來(lái)改善癲癇和帕金森病的治療。然而，HBP有著(zhù)神經(jīng)科學(xué)研究中長(cháng)期存在的一個(gè)問(wèn)題：碎片化。這也是該項目的組織者和批評者共同詬病的一點(diǎn)。「你能看到非常精巧的設計和發(fā)明，但你幾乎看不到多尺度整合，也看不到大問(wèn)題的解決?！?/span>HBP已經(jīng)詳細描述了人類(lèi)大腦的解剖結構，并開(kāi)發(fā)了將大腦結構和功能與基因表達聯(lián)系起來(lái)的工具因此，在過(guò)去的三年中，HBP一直試圖克服其跨學(xué)科子項目的碎片化問(wèn)題。項目參與者也做出了一系列努力：將技術(shù)都整合到EBRAINS中、HBP的六個(gè)平臺倡議開(kāi)發(fā)兼容的工具和共享的數據標準。一些小組也進(jìn)行了重組，未來(lái)工作將以特定的科學(xué)挑戰而不是學(xué)科為中心。但Jirsa表示：「還有很多工作要做......神經(jīng)機器人仍然與以臨床為導向的小組（clinically driven group）沒(méi)有任何聯(lián)系?！?/span>一些研究人員認為，「缺乏重點(diǎn)」導致了HBP科學(xué)成果碎片化。德國哥廷根大學(xué)的理論神經(jīng)物理學(xué)家Fred Wolf在簽署公開(kāi)信后離開(kāi)了HBP。他表示，「我希望這個(gè)持續了十多年的項目能產(chǎn)生概念上的突破」，但HBP的情況卻并非如此。沒(méi)有參與HBP項目的巴黎綜合神經(jīng)科學(xué)與認知中心的神經(jīng)科學(xué)家David Hansel認為HBP缺乏優(yōu)先次序，合作十分局限。這意味著(zhù)HBP未能利用自身的規模，也未能真正將神經(jīng)科學(xué)界團結在一個(gè)共同目標之下。Hansel說(shuō)，「該項目沒(méi)有列出要解決的首要且合理的問(wèn)題。只是簡(jiǎn)單設立了一個(gè)『了解大腦』的目標」。但來(lái)自馬里蘭州貝塞斯達的美國國立衛生研究院，負責「通過(guò)推進(jìn)創(chuàng )新神經(jīng)技術(shù)進(jìn)行大腦研究（BRAIN）計劃」的主任John Ngai認為，強調數據收集而非假設驅動(dòng)的科學(xué)是站得住腳的。Ngai表示，「大科學(xué)并不總是關(guān)于登月的，尤其是當實(shí)現主要目標的步驟不確定時(shí)?！?/span>雖然一些從HBP中產(chǎn)生的成果已獲得了繼續開(kāi)展工作的資助，但對于大部分甚至全部與HBP合作的研究人員來(lái)說(shuō)，前途依舊黯淡。HBP項目宣告破產(chǎn)了，但Amunts和其他人希望HBP的工作和EBRAINS平臺能夠成為未來(lái)幾年歐洲神經(jīng)科學(xué)的基礎。Amunts說(shuō)，「對大腦的研究需要了解大腦的多層次和多尺度?！?/span>2018年1月，HBP獲得了5000萬(wàn)歐元的資助，其中包括來(lái)自歐盟的2500萬(wàn)歐元，用于為EBRAINS開(kāi)發(fā)交互式超級計算工具和數據存儲服務(wù)。研究人員已開(kāi)始使用該平臺來(lái)研究大腦如何對刺激做出反應，以及開(kāi)發(fā)仿腦機器人等。Ngai表示，HBP轉向EBRAINS的做法誕生了一個(gè)有價(jià)值的工具。雖然也有類(lèi)似的平臺，但它們缺乏EBRAIN所提供的規模和服務(wù)。今年3月，歐盟委員會(huì )拒絕了為使EBRAINS繼續運轉而提出的3800萬(wàn)歐元的申請。但在與HBP進(jìn)行協(xié)商后，委員會(huì )在6月重啟了同樣的資金征集，給了該團隊又一次申請的機會(huì )。這次申請如果也失敗了，那么HBP將只能依靠私人資金和歐盟各國的財政支持維持運轉。與此同時(shí)，歐盟委員會(huì )正準備對HBP進(jìn)行項目評估。據悉，對HBP的最終審查將于11月開(kāi)始，結果將在2024年1月公布。Frégnac說(shuō)，「如果我們不想在全球神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域過(guò)上像人工智能寒冬的日子，我們就需要讓這個(gè)領(lǐng)域獲得尊敬。同時(shí)，我們確實(shí)需要評估一下這類(lèi)旗艦項目到底好不好?！?/span>EBRAINS的CEO兼HBP總干事Pawe??wieboda也表示，HBP的結束并不是歐洲神經(jīng)科學(xué)的落幕。歐盟委員會(huì )和各成員國正在規劃下一階段的歐洲大腦健康研究，重點(diǎn)是利用個(gè)性化的大腦模型來(lái)推進(jìn)藥物研發(fā)以及改善腦疾病的治療。但研究人員表示，未來(lái)的項目需要避免HBP踩過(guò)的坑。O'Leary說(shuō)：「我們不想再像當初那樣重復另一個(gè)HBP項目，我們需要支持小規模、有重點(diǎn)的科學(xué)研究以及雄心勃勃的綜合項目?！?/span>不可否認的是，在HBP項目中誕生了一群專(zhuān)注于共同目標的科學(xué)家。而這將是一筆永恒的財富。https://www.nature.com/articles/d41586-023-02600-x#ref-CR3
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