新智元報道  

　　【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，重建人類大腦的雄偉計劃似乎仍然遙不可及。

　　十年前，歐洲的科學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。

　　在這個叫做Human Brain Project（簡稱HBP）的計劃里，歐盟投入了將近47億人民幣。

　　有超過500名頂尖科學家，發表了數千篇論文。

　　10年之期的人腦計劃，到今年9月就要結束。

　　然而對于人類來說，完全理解人腦仍然遙不可及。

　　更遑論用計算機來模擬人腦，發展類腦智能了。

　　就在今天，Nature發了一篇長文，細細盤點了這個計劃的成就和復雜動蕩的過程。

　　文章地址：https://www.nature.com/articles/d41586-023-02600-x

　　瑞士科學家：模擬人腦并非不可能

　　這個項目最早的發起人，是十多年前夸下海口的瑞士神經科學家Henry Markram。

　　2009年，他在英國（TED）大會上，宣布了一個震驚眾人的計劃：

　　在了解大腦結構的基礎上，他要用計算機創建一個復雜的數學模型，模擬人腦的86億個神經元和100萬億的突觸。

　　也許是出于對計算機技術的過度樂觀，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注，吸引到了巨額資金，可以說，歐盟為HBP下了血本。

　　而恰逢2009年，由于擔心計算機、數字服務等技術落后于美國，歐盟委員會的通信網絡內容和技術總局設立了「未來新興技術旗艦項目」，入選項目可獲得10億歐元資助。

　　2013年，由歐盟政府牽頭，26個國家的135個合作機構參與、預期10年的「人類腦計劃」正式出臺。

　　這個項目計劃投資13億歐元，目標是開發信息和通信技術平臺，致力于神經信息學、大腦模擬、高性能計算、醫學信息學、神經形態的計算和神經機器人研究。

　　項目將側重于通過超級計算機技術來模擬大腦功能，從而實現超級人工智能。

　　來自人腦顳葉神經元回路的數字重建

　　取得一些成就，也招致很多批評

　　10年內，HBP計劃取得了一些成就。數千篇論文的發表，在神經科學領域取得了重大進展。

　　科學家們創建了至少200個腦區的詳細三維地圖，開發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行建模，并推進了各種腦部疾病的治療。

　　然而，人腦計劃從開始以來就不被看好，一直飽受批評。

　　歐盟委員會干事Thomas Skordas表示：「項目開始時，幾乎沒人相信大數據的潛力，更不信人類能用超級計算機模擬出復雜的大腦功能。」

　　很多科學家看來，這一目標本身就很不切實際。

　　不僅如此，HBP還多次改變研究方向，讓科研產出變得支離破碎，像馬賽克一樣。

　　法國國家科研中心（CNRS）的認知科學家Yves Frégnac表示，HBP未能提供對大腦全面或者獨特的理解。他說：「我看不到整個大腦，只能看到大腦的某些碎片。」

　　項目至此獲得的最大成果，可能就是一個名為「EBRAINS」的數字化虛擬平臺，它能讓全球科學家來做模擬實驗。

　　法國艾克斯-馬賽大學的神經科學家、人腦計劃董事會成員Viktor Jirsa表示：「如今，我們手頭具備了構建一個數字大腦孿生體的所有工具。」

　　人腦計劃的負責人希望，這個平臺能朝他們的宏偉目標更進一步。

　　但這個項目的資金源仍不穩定。在如此巨額投資的大背景下，項目遲緩的進展讓歐洲科學家們感到沮喪。

　　2019年加入HBP的阿姆斯特丹大學計算神經科學家Jorge Mejias表示：「我們可能是最早向大腦發起沖鋒的人。但如今全世界每個團隊都在爭分奪秒地趕時間，我們沒有時間停下休息。」

　　曲折歷程

　　人腦計劃從一開始就備受爭議。

　　2013年，項目落地時的主要目標之一就是開發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、組織以及與之相關的疾病。

　　同時還包括一些關于基礎和臨床神經科學的小型項目。

　　彼時，與之并列的另一個關鍵性項目是關于「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4.06億歐元來自歐盟。

　　這些資金分四個階段釋放，逐步提供給在每個階段競爭資金的實驗室。

　　但在第一年，項目就遇到了麻煩。

　　那個在TED演講中提出項目的創始人、神經科學家Henry Markram公開宣稱：HBP將能在十年內從細胞層面重建和模擬人腦。

　　他的斷言引發了神經科學家們的廣泛懷疑。

　　但Markram則回應到：「當科學規劃出一條新的道路時，爭議自然會隨之而來。」

　　英國劍橋大學的計算神經科學家Timothy O'Leary認為，這個充滿野心的目標有助于HBP的啟動。

　　因為，「如果不提出一個雄心勃勃甚至是聽起來有點可笑的目標，人腦計劃可能不一定能獲得資助。」 

　　隨著時間的推移，Markram的領導受到了越來越多的質疑。

　　2014年，他和執行委員會的另外兩名成員改變了項目的研究重點，砍掉了認知神經科學方面的大量研究，導致18個實驗室退出了項目。

　　但Markram卻認為是各部門在經費分配問題上存在爭議。

　　隨后150多名科學家簽署了一封抗議信，敦促歐盟委員會及時重新考慮HBP的目的，并進行第二輪資助。

　　信中闡述了HBP管理不善，已經部分偏離了科學軌道的現狀。

　　Markram沒有正面回應管理不善的問題，而是將矛頭指向了部分不服從他的科學家們：

　　「很明顯，神經科學界的一些人還沒有準備好在一個統一的愿景下團結起來。」

　　于是，歐盟成立了一個由獨立專家組成的委員會，研究項目的運作方式，并修訂了項目的目標。

　　委員會建議，HBP應重新評估并更明確地闡述其科學目標，并將認知科學和系統神經科學重新納入其核心計劃。

　　2015年2月，HBP董事會投票解散了三人組成的執行委員會，并成立了一個更大的委員會取而代之。

　　這場動蕩讓很多科學家對該項目產生了抵觸情緒。Mejias說：「這種懷疑的態度一直干擾著項目的發展。」 

　　與此同時，世界各國的大型大腦項目也紛紛啟動或進入高速運轉階段。

　　美國和日本都在HBP啟動的同一時間啟動了大腦研究項目——美國將持續到2026年，日本則會持續15年的研究。

　　中國的大腦研究項目于2021年啟動，澳大利亞和韓國的項目均已進入了第七個年頭。

　　但是項目的抓馬并沒有隨著執行委員會的解散而結束。

　　從2016年到2020年，項目管理層發生了多次變動。

　　此時，項目研究終于開始提速。

　　2016年，作為項目發展階段的成果，HBP啟動了六個專業運行平臺，涵蓋腦模擬、高性能分析和計算、神經機器人等領域。

　　德國Jülich研究中心的神經科學家，兼HBP的科研主任Katrin Amunts說：「我們的想法是隨著時間的推移，將這六個方向整合起來，但在一開始，『它們是相當獨立的』。」

　　「像HBP這樣的大項目往往會伴隨著一個學習的過程，項目剛啟動的時候，很多東西還沒有在正軌上。」

　　雖說是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間的效果都大打折扣。

　　重要成果

　　撇開管理不談，HBP還是積累了不少關鍵性科研成果的。

　　通過創建和組合大約200個大腦皮層和更深腦結構的3D地圖，HBP科學家制作了人腦圖譜——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峰會上，Amunts表示：「人腦圖譜有點像谷歌地圖，不過是大腦的谷歌地圖。」

　　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。

　　利用這個圖譜，HBP科學家在前額葉皮層中發現了六個以前未知的腦區域，這些區域有助于記憶、語言、注意力和音樂處理。

　　同時，將圖譜與艾倫人類大腦圖譜（Allen Human Brain Atlas）中的基因表達數據相鏈接后，可用于表征整個大腦的神經元。

　　利用這些配對的圖譜，研究人員揭示了與抑郁癥相關的基因表達變化，是如何與額葉皮層的結構和功能變化相聯系的。

　　此外，HBP研究人員還開發了一種獨特的算法，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500萬個神經元和400億個突觸。

　　目前，HBP已將研究中的一些發現轉化為了臨床應用。比如，可以利用個性化的大腦模型，也就是「數字孿生」，來改善癲癇和帕金森病的治療。

　　并非全貌

　　然而，HBP有著神經科學研究中長期存在的一個問題：碎片化。

　　這也是該項目的組織者和批評者共同詬病的一點。

　　就像Frégnac說的那樣：

　　「你能看到非常精巧的設計和發明，但你幾乎看不到多尺度整合，也看不到大問題的解決。」

　　HBP已經詳細描述了人類大腦的解剖結構，并開發了將大腦結構和功能與基因表達聯系起來的工具

　　因此，在過去的三年中，HBP一直試圖克服其跨學科子項目的碎片化問題。

　　項目參與者也做出了一系列努力：將技術都整合到EBRAINS中、HBP的六個平臺倡議開發兼容的工具和共享的數據標準。

　　一些小組也進行了重組，未來工作將以特定的科學挑戰而不是學科為中心。

　　但Jirsa表示：「還有很多工作要做......神經機器人仍然與以臨床為導向的小組（clinically driven group）沒有任何聯系。」

　　一些研究人員認為，「缺乏重點」導致了HBP科學成果碎片化。

　　德國哥廷根大學的理論神經物理學家Fred Wolf在簽署公開信后離開了HBP。

　　他表示，「我希望這個持續了十多年的項目能產生概念上的突破」，但HBP的情況卻并非如此。

　　沒有參與HBP項目的巴黎綜合神經科學與認知中心的神經科學家David Hansel認為HBP缺乏優先次序，合作十分局限。

　　這意味著HBP未能利用自身的規模，也未能真正將神經科學界團結在一個共同目標之下。

　　Hansel說，「該項目沒有列出要解決的首要且合理的問題。只是簡單設立了一個『了解大腦』的目標」。

　　但來自馬里蘭州貝塞斯達的美國國立衛生研究院，負責「通過推進創新神經技術進行大腦研究（BRAIN）計劃」的主任John Ngai認為，強調數據收集而非假設驅動的科學是站得住腳的。

　　Ngai表示，「大科學并不總是關于登月的，尤其是當實現主要目標的步驟不確定時。」

　　遺產

　　今年9月底，HBP將徹底停發項目資金。

　　雖然一些從HBP中產生的成果已獲得了繼續開展工作的資助，但對于大部分甚至全部與HBP合作的研究人員來說，前途依舊黯淡。

　　HBP項目宣告破產了，但Amunts和其他人希望HBP的工作和EBRAINS平臺能夠成為未來幾年歐洲神經科學的基礎。

　　Amunts說，「對大腦的研究需要了解大腦的多層次和多尺度。」

　　2018年1月，HBP獲得了5000萬歐元的資助，其中包括來自歐盟的2500萬歐元，用于為EBRAINS開發交互式超級計算工具和數據存儲服務。

　　研究人員已開始使用該平臺來研究大腦如何對刺激做出反應，以及開發仿腦機器人等。

　　Ngai表示，HBP轉向EBRAINS的做法誕生了一個有價值的工具。雖然也有類似的平臺，但它們缺乏EBRAIN所提供的規模和服務。

　　今年3月，歐盟委員會拒絕了為使EBRAINS繼續運轉而提出的3800萬歐元的申請。

　　但在與HBP進行協商后，委員會在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。

　　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，歐盟委員會正準備對HBP進行項目評估。

　　據悉，對HBP的最終審查將于11月開始，結果將在2024年1月公布。

　　Frégnac說，「如果我們不想在全球神經科學領域過上像人工智能寒冬的日子，我們就需要讓這個領域獲得尊敬。同時，我們確實需要評估一下這類旗艦項目到底好不好。」

　　EBRAINS的CEO兼HBP總干事Pawe??wieboda也表示，HBP的結束并不是歐洲神經科學的落幕。

　　歐盟委員會和各成員國正在規劃下一階段的歐洲大腦健康研究，重點是利用個性化的大腦模型來推進藥物研發以及改善腦疾病的治療。

　　但研究人員表示，未來的項目需要避免HBP踩過的坑。

　　O'Leary說：「我們不想再像當初那樣重復另一個HBP項目，我們需要支持小規模、有重點的科學研究以及雄心勃勃的綜合項目。」

　　不可否認的是，在HBP項目中誕生了一群專注于共同目標的科學家。而這將是一筆永恒的財富。

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