藍(lán)腦計(jì)劃(Blue Brain Project)是由瑞士科學(xué)家設(shè)想的一個(gè)復(fù)制人類大腦的計(jì)劃。以達(dá)到治療阿爾茨海默氏癥和帕金森氏癥的目的。但網(wǎng)絡(luò)上對其褒貶不一。2009年8月11日，負(fù)責(zé)藍(lán)腦計(jì)劃的科學(xué)家宣稱，他們有望在2020年左右制造出科學(xué)史上第一臺會“思考”的機(jī)器，它將可能擁有感覺、痛苦、愿望甚至恐懼感。

藍(lán)腦計(jì)劃-基本資料

瑞士洛桑理工學(xué)院的科學(xué)家亨利·馬卡蘭最近在巴西東北部城市那塔爾展示了他設(shè)想的“藍(lán)腦”計(jì)劃，并希望在2015年制造出“人造大腦”，以達(dá)到治療阿爾茨海默氏癥和帕金森氏癥的目的。[據(jù)新華社07年2月25日報(bào)道]

馬卡蘭介紹說，他的想法是“拆除之后再重建”哺乳類動物的大腦，計(jì)劃將分為幾個(gè)階段：2008年先用嚙齒動物做實(shí)驗(yàn)，2011年后將試圖組裝一個(gè)貓的大腦，在2015年正式組裝人類大腦之前可能還會制造獼猴的大腦。

截止09年7月，該項(xiàng)目已經(jīng)取得了突破性進(jìn)展。“藍(lán)腦計(jì)劃”組已經(jīng)完成了人腦新皮層部分的神經(jīng)元計(jì)算工作，并已繪制出一份3D神經(jīng)元活動模擬圖。最終，科研人員希望能知曉并模擬出整個(gè)人腦的神經(jīng)元的活動情況，借此了解現(xiàn)實(shí)世界為我們帶來的感官訊息是如何破譯并儲存到人腦中的，從而揭開人類意識產(chǎn)生之謎。

藍(lán)腦計(jì)劃-研究發(fā)展

“藍(lán)腦計(jì)劃”開始于2005年，其目的是從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)逆向打造哺乳動物的大腦。研究組將重點(diǎn)放在皮層單元上，皮層單元是哺乳動物的大腦所獨(dú)有的結(jié)構(gòu)，也叫新大腦皮層。這是一個(gè)新的大腦，哺乳動物需要它，因?yàn)樗鼈冃枰幚碛H子關(guān)系、社會互動的復(fù)雜認(rèn)知功能。從老鼠發(fā)展到人，它是如此成功，為了生成這一驚人器官，把腦結(jié)構(gòu)單元數(shù)擴(kuò)大了大約1000倍。這一研究仍在繼續(xù)，發(fā)展速度很快。

人腦中含有大約1000億個(gè)神經(jīng)元，這些神經(jīng)元能夠迅速對明媚的陽光、喇叭的鳴響、炸雞的氣味以及所有其他感覺器官獲得的刺激進(jìn)行理解并做出反應(yīng)。而如今，有人使用IBM的超級計(jì)算機(jī)來模擬人腦的這種機(jī)制，這項(xiàng)研究計(jì)劃稱之為藍(lán)腦計(jì)劃。這項(xiàng)計(jì)劃有一種“上萬神經(jīng)元(每一個(gè)都不同)的軟件模型，它能讓研究人員通過數(shù)碼技術(shù)搭建一個(gè)人工皮層單元。雖然每個(gè)神經(jīng)元都是獨(dú)一無二的，但是，研究人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)不同大腦的線路有著共同的模式。

為了更好地理解人腦的應(yīng)激反應(yīng)，瑞士洛桑的研究人員啟動了一項(xiàng)雄心勃勃的計(jì)劃——藍(lán)腦計(jì)劃。該計(jì)劃使用了IBM的eServer Blue Gene計(jì)算機(jī)(它每秒鐘能夠進(jìn)行22.8萬億次浮點(diǎn)運(yùn)算)。藍(lán)腦計(jì)劃試圖模擬老鼠的大腦新皮質(zhì)單元(NeoCortical Columns ，簡稱NCC)中10000個(gè)高度復(fù)雜的神經(jīng)元行為。NCC延伸到整個(gè)大腦灰質(zhì)中，執(zhí)行高級的計(jì)算任務(wù)，它們的直徑為0.5mm，像蜂巢中的小格子一樣排列在大腦中。

藍(lán)腦計(jì)劃項(xiàng)目首席研究員Henry Markram表示，Blue Brain項(xiàng)目的第一個(gè)目標(biāo)是在兩三年內(nèi)通過軟件復(fù)制NCC，或者說設(shè)計(jì)出NCC的模板，然后根據(jù)大腦不同區(qū)域或者不同動物的大腦對這個(gè)模板進(jìn)行修改，這樣就可以模擬各種各樣的NCC。

藍(lán)腦計(jì)劃所做的就是通過在神經(jīng)元的層次上模擬大腦的行為，對腦實(shí)施逆向工程。研究人員計(jì)劃創(chuàng)建一個(gè)模型工具，可以讓其他的神經(jīng)科學(xué)家當(dāng)在其上做各種實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證各種假設(shè)，分析藥物的功效時(shí)比在真正的大腦上取得更高的效率。這個(gè)項(xiàng)目的初始目標(biāo)是對構(gòu)成老鼠新大腦皮層單元(皮層的主要構(gòu)成模塊)的1萬個(gè)神經(jīng)元及3千萬個(gè)突觸連結(jié)進(jìn)行模擬。選擇新大腦皮層單元作為模擬的開始是因?yàn)樗淮蠹夜J(rèn)為非常的復(fù)雜，它由很多不同的結(jié)構(gòu)構(gòu)成，每一個(gè)結(jié)構(gòu)都包括很多的突觸和離子通道。

藍(lán)腦計(jì)劃-構(gòu)思基礎(chǔ)

“藍(lán)腦”工程，是在IBM擁有的超級計(jì)算機(jī)——“藍(lán)色基因”的構(gòu)思基礎(chǔ)上，企圖應(yīng)用超級計(jì)算機(jī)的高速度，來虛擬人類大腦的多種功能，比如認(rèn)知、感覺、記憶等等。而基本思路是：既然要探索人腦活動的原理，就可以先從模擬人腦開始，用電腦“復(fù)制”人腦所有的活動，以及在其內(nèi)部發(fā)生的各種反應(yīng)。這個(gè)模型基于15年來的各種實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)-神經(jīng)形態(tài)學(xué)，基因表達(dá)，離子通道，突觸聯(lián)接，以及很多老鼠的電生理記錄。為分析處理這些信息以及自動重建生理學(xué)正確的神經(jīng)元及相應(yīng)聯(lián)接的3-D模型也編制了很多相關(guān)的軟件工具。

藍(lán)腦計(jì)劃-科學(xué)模型

藍(lán)腦計(jì)算機(jī)的核心設(shè)備占據(jù)的空間其實(shí)很小，體積大概只有4臺冰箱那么大，含有8096塊處理器，每塊處理器可以模擬1~10個(gè)神經(jīng)元。整套系統(tǒng)大約可以模擬1億個(gè)簡單神經(jīng)元，相當(dāng)于老鼠大腦中所包含神經(jīng)元數(shù)量的一半。IBM表示，這臺Blue Brain僅僅是原型產(chǎn)品，以后產(chǎn)品化的Blue Brain售價(jià)將達(dá)到上億美元。更新的Blue Gene將可以模擬10億個(gè)簡單神經(jīng)元。隨著計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度的提高和內(nèi)存容量的增加，模擬整個(gè)人腦的工作將可能在10年之內(nèi)完成。

藍(lán)腦計(jì)劃-研究過程

“藍(lán)腦”計(jì)劃的主要研究對象集中在人類思考和記憶方面，通過對大腦運(yùn)行過程的精確模擬，科學(xué)家還可以揭開隱藏在精神失常背后的秘密。絕大多數(shù)科學(xué)家認(rèn)為，人類思維和記憶的失常和混亂源于大腦回路中的功能損害。另外，帕金森綜合征也是藍(lán)色大腦計(jì)劃的主要目標(biāo)之一，在人類大腦的中層存在一種可以生產(chǎn)“多巴胺”的細(xì)胞，當(dāng)這些細(xì)胞開始死亡的時(shí)候，多巴胺的產(chǎn)生數(shù)量就會急劇下降，而帕金森綜合征也就隨之出現(xiàn)了。

這項(xiàng)計(jì)劃有一種“上萬神經(jīng)元(每一個(gè)都不同)的軟件模型，它能讓研究人員通過數(shù)碼技術(shù)搭建一個(gè)人工皮層單元。雖然每個(gè)神經(jīng)元都是獨(dú)一無二的，但是，研究人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)不同大腦的線路有著共同的模式。雖然大腦有大有小，可能有不同形態(tài)的神經(jīng)元，但是分享著相同的結(jié)構(gòu)。這就是物種的特別之處，這可以解釋人類為什么不能跨物種交流。

為了制作一個(gè)真實(shí)的模型，研究組需要把各種模塊和一些運(yùn)算法則輸入一臺超級電腦中。一個(gè)神經(jīng)元的計(jì)算量需要用一臺筆記本來做，所以，需要上萬臺筆記本。但是，研究使用的是一臺有1萬個(gè)處理器的IBM“藍(lán)色基因”電腦。模擬大腦已經(jīng)開始讓研究人員了解到大腦工作方式的一些線索。例如，他們能顯示出大腦的畫面并監(jiān)控機(jī)器的電活性。

表現(xiàn)和影射的目標(biāo)最終會實(shí)現(xiàn)，因此，研究人員可能會直接看到大腦感知世界的方式。隨著神經(jīng)系統(tǒng)科學(xué)和哲學(xué)的發(fā)展，“藍(lán)腦”計(jì)劃還有著其他實(shí)際應(yīng)用。例如，通過把世界上所有的有關(guān)動物的神經(jīng)系統(tǒng)學(xué)資料匯集在一起，研究人員可能會建造動物模式。

藍(lán)腦計(jì)劃-應(yīng)用前景 對NCC的模擬將有助于理解記憶是如何存儲和提取的，揭示大腦中很多激動人心的秘密，例如記憶的形式、記憶的容量以及遺忘的原理。這項(xiàng)試驗(yàn)還將幫助科學(xué)家搞清楚神經(jīng)組織的脆弱之處，進(jìn)而理解大腦功能紊亂的原理，以此來治療孤獨(dú)癥、精神分裂癥和抑郁癥等。此外，這項(xiàng)計(jì)劃如果成功，很多腦科學(xué)試驗(yàn)可以通過計(jì)算機(jī)完成。一項(xiàng)腦科學(xué)試驗(yàn)如果使用傳統(tǒng)方式進(jìn)行可能需要一整天，但如果使用計(jì)算機(jī)模擬的大腦也許只需要幾秒鐘就能完成。

IBM還將這種計(jì)算技術(shù)用于生命科學(xué)研究，他們甚至認(rèn)為生物科學(xué)在已經(jīng)在一定程度上演化成了信息科學(xué)，Blue Brain技術(shù)的發(fā)展將會揭示生物體中的很多有趣現(xiàn)象，必須要有這樣足夠復(fù)雜的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)才能模擬生物系統(tǒng)。IBM還認(rèn)為Blue Brain項(xiàng)目對其他工業(yè)和科學(xué)研究領(lǐng)域的帶動作用將會非常巨大。例如，模擬神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)行為的ASIC設(shè)計(jì)方案將來可能會應(yīng)用于智能設(shè)備的信息處理。另外，從更一般的意義上說，Blue Bain將推動實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理的發(fā)展，而與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理對應(yīng)的是離線數(shù)據(jù)處理。

而IBM研究院Blue Brain項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人Charles Peck認(rèn)為，模擬大腦的真正價(jià)值在于研究人員可以獲得每個(gè)神經(jīng)元的數(shù)據(jù)?！半m然科學(xué)家對大腦的很多細(xì)節(jié)已經(jīng)非常了解，但是他們?nèi)匀徊恢来竽X各個(gè)組成部分之間的結(jié)合方式，也不知道大腦如何思考、如何學(xué)習(xí)以及如何形成概念，”他說。其意在這項(xiàng)研究可以真正拉近電腦與人腦之間的距離。

研究團(tuán)隊(duì)將對幾十個(gè)大腦神經(jīng)元進(jìn)行測試，這些神經(jīng)元取自老鼠的大腦并被固定在芯片上。研究工作的內(nèi)容包括檢測每個(gè)神經(jīng)元的物理結(jié)構(gòu)和電子特征，以及神經(jīng)元之間相互作用的方式。目前的這臺Blue Gene超級計(jì)算機(jī)是2005年7月份安裝的，8月份運(yùn)行了首次模擬運(yùn)行，模擬了25000個(gè)簡單神經(jīng)元，運(yùn)行時(shí)間只花了60s。這種模擬以前是無法完成的，在普通的計(jì)算機(jī)集群中，哪怕模擬1000個(gè)神經(jīng)元也要花好幾個(gè)星期的時(shí)間，Blue Gene在運(yùn)算規(guī)模和速度上都有巨大的進(jìn)步。

該計(jì)劃如能成功，那么這個(gè)虛擬的大腦將為研究人類的認(rèn)知，如感覺、記憶甚至意識提供重要的提示，這可能將是人類首次觀察到并同時(shí)模擬到我們的大腦用以反映世界的電子代碼，還可能有助于理解當(dāng)大腦的“微電路”出故障時(shí)是如何引起孤獨(dú)癥、精神分裂癥和抑郁癥等精神上的紊亂的。

藍(lán)腦計(jì)劃-相關(guān)參數(shù)

生物大腦(Gray Brain)

1000億=人腦中神經(jīng)元的數(shù)量

3億=章魚大腦中神經(jīng)元的數(shù)量

1300g=成年人類的大腦重量

90g=成年恒河猴的大腦重量

藍(lán)色大腦(Blue Brain)

峰值運(yùn)算速度22.8T FLOPS

8096顆CPU，每顆運(yùn)行頻率為700MHz(進(jìn)行大量并行計(jì)算時(shí)頻率會降低)

每顆處理器配備256MB或者512MB內(nèi)存

軟件為Linux和C++

耗電量為100KW

藍(lán)腦計(jì)劃-網(wǎng)絡(luò)熱議

網(wǎng)絡(luò)上對“藍(lán)腦”的反應(yīng)也是高潮迭起。一個(gè)匯集了很多博士的論壇網(wǎng)站對這項(xiàng)工程提出了褒貶不一的看法，包括這一工程的可行性、道德標(biāo)準(zhǔn)等等，也有不少人給出一些有參考價(jià)值的建議。還有人開起了玩笑：如果藍(lán)腦真能模擬人腦，那就應(yīng)該先讓它研究美國總統(tǒng)布什的腦袋，因?yàn)檫@個(gè)腦袋相對別人的來說更簡單一些。

有些人對模擬新大腦皮層單元表示懷疑。是否是為了創(chuàng)造人工智能。

藍(lán)腦計(jì)劃-最新進(jìn)展

2009年8月11日，負(fù)責(zé)藍(lán)腦計(jì)劃的科學(xué)家宣稱，他們有望在2020年左右制造出科學(xué)史上第一臺會“思考”的機(jī)器，它將可能擁有感覺、痛苦、愿望甚至恐懼感。從2004年至2009年，馬克拉姆和他的研究小組已經(jīng)使用世界上一些最強(qiáng)大的超級電腦，來模擬宇宙中已知最復(fù)雜的“物體”——哺乳動物大腦的某些功能。