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(xué)家，發(fā)表了數(shù)千篇論文。

10年之期的人腦計劃，到今年9月就要結(jié)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(fā)展類腦智能了。

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

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

瑞士科學(xué)家：模擬人腦并非不可能

這個項目最早的發(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）大會上，宣布了一個震驚眾人的計劃：

在了解大腦結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，他要用計算機創(chuàng)建一個復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型，模擬人腦的86億個神經(jīng)元和100萬億的突觸。

 

也許是出于對計算機技術(shù)的過度樂觀，他認(rèn)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(rèn)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，歐盟為HBP下了血本。

而恰逢2009年，由于擔(dān)心計算機、數(shù)字服務(wù)等技術(shù)落后于美國，歐盟委員會的通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容和技術(shù)總局設(shè)立了“未來新興技術(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個國家的135個合作機構(gòu)參與、預(yù)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(biāo)是開發(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(yī)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(cè)重于通過超級計算機技術(shù)來模擬大腦功能，從而實現(xiàn)超級人工智能。

來自人腦顳葉神經(jīng)元回路的數(shù)字重建
 

取得一些成就，也招致很多批評

10年內(nèi)，HBP計劃取得了一些成就。數(shù)千篇論文的發(fā)表，在神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域取得了重大進展。

科學(xué)家們創(chuàng)建了至少200個腦區(qū)的詳細三維地圖，開發(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(shù)據(jù)的潛力，更不信人類能用超級計算機模擬出復(fù)雜的大腦功能?！?/span>

很多科學(xué)家看來，這一目標(biāo)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(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(rèn)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：“我看不到整個大腦，只能看到大腦的某些碎片?！?/span>

項目至此獲得的最大成果，可能就是一個名為“EBRAINS”的數(shù)字化虛擬平臺，它能讓全球科學(xué)家來做模擬實驗。

法國艾克斯-馬賽大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)家、人腦計劃董事會成員Viktor Jirsa表示：“如今，我們手頭具備了構(gòu)建一個數(shù)字大腦孿生體的所有工具?！?/span>

人腦計劃的負(fù)責(zé)人希望，這個平臺能朝他們的宏偉目標(biāo)更進一步。

但這個項目的資金源仍不穩(wěn)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(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(biāo)之一就是開發(fā)研究大腦所需的工具和基礎(chǔ)設(shè)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。

同時還包括一些關(guān)于基礎(chǔ)和臨床神經(jīng)科學(xué)的小型項目。

彼時，與之并列的另一個關(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(chuàng)始人、神經(jīng)科學(xué)家Henry Markram公開宣稱：HBP將能在十年內(nèi)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(yīng)道：“當(dāng)科學(xué)規(guī)劃出一條新的道路時，爭議自然會隨之而來?！?/span>

英國劍橋大學(xué)的計算神經(jīng)科學(xué)家Timothy O'Leary認(rèn)為，這個充滿野心的目標(biāo)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(biāo)，人腦計劃可能不一定能獲得資助?！?/span>

隨著時間的推移，Markram的領(lǐng)導(dǎo)受到了越來越多的質(zhì)疑。

2014年，他和執(zhí)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(rèn)知神經(jīng)科學(xué)方面的大量研究，導(dǎo)致18個實驗室退出了項目。

但Markram卻認(rèn)為是各部門在經(jīng)費分配問題上存在爭議。

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(jīng)部分偏離了科學(xué)軌道的現(xiàn)狀。

Markram沒有正面回應(yīng)管理不善的問題，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)界的一些人還沒有準(zhǔn)備好在一個統(tǒng)一的愿景下團結(jié)起來?！?/span>

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(biāo)。

委員會建議，HBP應(yīng)重新評估并更明確地闡述其科學(xué)目標(biāo)，并將認(rèn)知科學(xué)和系統(tǒng)神經(jīng)科學(xué)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(zhí)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(xué)家對該項目產(chǎn)生了抵觸情緒。Mejias說：“這種懷疑的態(tài)度一直干擾著項目的發(fā)展?！?/span>

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(zhuǎn)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(xù)到2026年，日本則會持續(xù)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(zhí)行委員會的解散而結(jié)束。

從2016年到2020年，項目管理層發(fā)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(fā)展階段的成果，HBP啟動了六個專業(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：“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(dāng)獨立的’?！?/span>

“像HBP這樣的大項目往往會伴隨著一個學(xué)習(xí)的過程，項目剛啟動的時候，很多東西還沒有在正軌上?！?/span>

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(guān)鍵性科研成果的。

通過創(chuàng)建和組合大約200個大腦皮層和更深腦結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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?！?/span>

該圖譜利用死后的大腦數(shù)據(jù)生成標(biāo)準(zhǔn)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(xué)家在前額葉皮層中發(fā)現(xiàn)了六個以前未知的腦區(qū)域，這些區(qū)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(shù)據(jù)相鏈接后，可用于表征整個大腦的神經(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(jié)構(gòu)和功能變化相聯(lián)系的。

此外，HBP研究人員還開發(fā)了一種獨特的算法，可以根據(jù)顯微鏡圖像構(gòu)建大腦區(qū)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(qū)域的詳細地圖。其中，包含了約500萬個神經(jīng)元和400億個突觸。

目前，HBP已將研究中的一些發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化為了臨床應(yīng)用。比如，可以利用個性化的大腦模型，也就是“數(shù)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(jīng)科學(xué)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(shè)計和發(fā)明，但你幾乎看不到多尺度整合，也看不到大問題的解決。”

因此，在過去的三年中，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的六個平臺倡議開發(fā)兼容的工具和共享的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。

一些小組也進行了重組，未來工作將以特定的科學(xué)挑戰(zhàn)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(dǎo)向的小組（clinically driven group）沒有任何聯(lián)系?！?/span>

一些研究人員認(rèn)為，“缺乏重點”導(dǎo)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在簽署公開信后離開了HBP。

他表示，“我希望這個持續(xù)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。

沒有參與HBP項目的巴黎綜合神經(jīng)科學(xué)與認(rèn)知中心的神經(jīng)科學(xué)家David Hansel認(rèn)為HBP缺乏優(yōu)先次序，合作十分局限。

這意味著HBP未能利用自身的規(guī)模，也未能真正將神經(jīng)科學(xué)界團結(jié)在一個共同目標(biāo)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(shè)立了一個‘了解大腦’的目標(biāo)”。

但來自馬里蘭州貝塞斯達的美國國立衛(wèi)生研究院，負(fù)責(zé)“通過推進創(chuàng)新神經(jīng)技術(shù)進行大腦研究（BRAIN）計劃”的主任John Ngai認(rèn)為，強調(diào)數(shù)據(jù)收集而非假設(shè)驅(qū)動的科學(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(dāng)實現(xiàn)主要目標(biāo)的步驟不確定時。”

遺產(chǎn)

今年9月底，HBP將徹底停發(fā)項目資金。

雖然一些從HBP中產(chǎn)生的成果已獲得了繼續(xù)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(chǎn)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(jīng)科學(xué)的基礎(chǔ)。

Amunts說，“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5000萬歐元的資助，其中包括來自歐盟的2500萬歐元，用于為EBRAINS開發(fā)交互式超級計算工具和數(shù)據(jù)存儲服務(wù)。

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(yīng)，以及開發(fā)仿腦機器人等。

Ngai表示，HBP轉(zhuǎn)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?nèi)狈BRAIN所提供的規(guī)模和服務(wù)。

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

但在與HBP進行協(xié)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(zhuǎn)。

與此同時，歐盟委員會正準(zhǔn)備對HBP進行項目評估。

據(jù)悉，對HBP的最終審查將于11月開始，結(jié)果將在2024年1月公布。

Frégnac說，“如果我們不想在全球神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域過上像人工智能寒冬的日子，我們就需要讓這個領(lǐng)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(jié)束并不是歐洲神經(jīng)科學(xué)的落幕。

歐盟委員會和各成員國正在規(guī)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(fā)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(dāng)初那樣重復(fù)另一個HBP項目，我們需要支持小規(guī)模、有重點的科學(xué)研究以及雄心勃勃的綜合項目?！?/span>

不可否認(rèn)的是，在HBP項目中誕生了一群專注于共同目標(biāo)的科學(xué)家。而這將是一筆永恒的財富。

參考資料：

https://www.nature.com/articles/d41586-023-02600-x#ref-CR3

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