10年烧掉47亿，欧盟“人脑计划”宣告失败？算法重建人类大脑遥不可及，成果支离破碎

　　新智元报道  

　　【新智元导读】十年，欧盟的人脑计划即将到期，然而烧光47亿后，成果依然支离破碎，重建人类大脑的雄伟计划似乎仍然遥不可及。

　　十年前，欧洲的科学家们计划在巨型计算机中重建人脑。

　　十年后，欧盟的6亿欧元多半是打了水漂。

　　在这个叫做Human Brain Project（简称HBP）的计划里，欧盟投入了将近47亿人民币。

　　有超过500名顶尖科学家，发表了数千篇论文。

　　10年之期的人脑计划，到今年9月就要结束。

　　然而对于人类来说，完全理解人脑仍然遥不可及。

　　更遑论用计算机来模拟人脑，发展类脑智能了。

　　就在今天，Nature发了一篇长文，细细盘点了这个计划的成就和复杂动荡的过程。

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

　　瑞士科学家：模拟人脑并非不可能

　　这个项目最早的发起人，是十多年前夸下海口的瑞士神经科学家Henry Markram。

　　2009年，他在英国（TED）大会上，宣布了一个震惊众人的计划：

　　在了解大脑结构的基础上，他要用计算机创建一个复杂的数学模型，模拟人脑的86亿个神经元和100万亿的突触。

　　也许是出于对计算机技术的过度乐观，他认为模拟人脑并非不可能。

　　如果能够成功模拟人脑，将对人类意义重大：阿尔茨海默症可以攻克，机器人将更智能、认知能力更强，甚至可以给计算机提速。

　　因此，项目在公布后获得了大量关注，吸引到了巨额资金，可以说，欧盟为HBP下了血本。

　　而恰逢2009年，由于担心计算机、数字服务等技术落后于美国，欧盟委员会的通信网络内容和技术总局设立了「未来新兴技术旗舰项目」，入选项目可获得10亿欧元资助。

　　2013年，由欧盟政府牵头，26个国家的135个合作机构参与、预期10年的「人类脑计划」正式出台。

　　这个项目计划投资13亿欧元，目标是开发信息和通信技术平台，致力于神经信息学、大脑模拟、高性能计算、医学信息学、神经形态的计算和神经机器人研究。

　　项目将侧重于通过超级计算机技术来模拟大脑功能，从而实现超级人工智能。

　　来自人脑颞叶神经元回路的数字重建

　　取得一些成就，也招致很多批评

　　10年内，HBP计划取得了一些成就。数千篇论文的发表，在神经科学领域取得了重大进展。

　　科学家们创建了至少200个脑区的详细三维地图，开发了用于治疗失明的脑植入体，利用超级计算机对记忆和意识等功能进行建模，并推进了各种脑部疾病的治疗。

　　然而，人脑计划从开始以来就不被看好，一直饱受批评。

　　欧盟委员会干事Thomas Skordas表示：「项目开始时，几乎没人相信大数据的潜力，更不信人类能用超级计算机模拟出复杂的大脑功能。」

　　很多科学家看来，这一目标本身就很不切实际。

　　不仅如此，HBP还多次改变研究方向，让科研产出变得支离破碎，像马赛克一样。

　　法国国家科研中心（CNRS）的认知科学家Yves Frégnac表示，HBP未能提供对大脑全面或者独特的理解。他说：「我看不到整个大脑，只能看到大脑的某些碎片。」

　　项目至此获得的最大成果，可能就是一个名为「EBRAINS」的数字化虚拟平台，它能让全球科学家来做模拟实验。

　　法国艾克斯-马赛大学的神经科学家、人脑计划董事会成员Viktor Jirsa表示：「如今，我们手头具备了构建一个数字大脑孪生体的所有工具。」

　　人脑计划的负责人希望，这个平台能朝他们的宏伟目标更进一步。

　　但这个项目的资金源仍不稳定。在如此巨额投资的大背景下，项目迟缓的进展让欧洲科学家们感到沮丧。

　　2019年加入HBP的阿姆斯特丹大学计算神经科学家Jorge Mejias表示：「我们可能是最早向大脑发起冲锋的人。但如今全世界每个团队都在争分夺秒地赶时间，我们没有时间停下休息。」

　　曲折历程

　　人脑计划从一开始就备受争议。

　　2013年，项目落地时的主要目标之一就是开发研究大脑所需的工具和基础设施，从而能更好地理解大脑的功能、组织以及与之相关的疾病。

　　同时还包括一些关于基础和临床神经科学的小型项目。

　　彼时，与之并列的另一个关键性项目是关于「石墨烯」的研究。

　　欧盟和项目的资助者承诺将对人脑计划提供10亿欧元的资金支持。

　　最终，它获得了6.07亿欧元的研究资金，其中4.06亿欧元来自欧盟。

　　这些资金分四个阶段释放，逐步提供给在每个阶段竞争资金的实验室。

　　但在第一年，项目就遇到了麻烦。

　　那个在TED演讲中提出项目的创始人、神经科学家Henry Markram公开宣称：HBP将能在十年内从细胞层面重建和模拟人脑。

　　他的断言引发了神经科学家们的广泛怀疑。

　　但Markram则回应到：「当科学规划出一条新的道路时，争议自然会随之而来。」

　　英国剑桥大学的计算神经科学家Timothy O'Leary认为，这个充满野心的目标有助于HBP的启动。

　　因为，「如果不提出一个雄心勃勃甚至是听起来有点可笑的目标，人脑计划可能不一定能获得资助。」 

　　随着时间的推移，Markram的领导受到了越来越多的质疑。

　　2014年，他和执行委员会的另外两名成员改变了项目的研究重点，砍掉了认知神经科学方面的大量研究，导致18个实验室退出了项目。

　　但Markram却认为是各部门在经费分配问题上存在争议。

　　随后150多名科学家签署了一封抗议信，敦促欧盟委员会及时重新考虑HBP的目的，并进行第二轮资助。

　　信中阐述了HBP管理不善，已经部分偏离了科学轨道的现状。

　　Markram没有正面回应管理不善的问题，而是将矛头指向了部分不服从他的科学家们：

　　「很明显，神经科学界的一些人还没有准备好在一个统一的愿景下团结起来。」

　　于是，欧盟成立了一个由独立专家组成的委员会，研究项目的运作方式，并修订了项目的目标。

　　委员会建议，HBP应重新评估并更明确地阐述其科学目标，并将认知科学和系统神经科学重新纳入其核心计划。

　　2015年2月，HBP董事会投票解散了三人组成的执行委员会，并成立了一个更大的委员会取而代之。

　　这场动荡让很多科学家对该项目产生了抵触情绪。Mejias说：「这种怀疑的态度一直干扰着项目的发展。」 

　　与此同时，世界各国的大型大脑项目也纷纷启动或进入高速运转阶段。

　　美国和日本都在HBP启动的同一时间启动了大脑研究项目——美国将持续到2026年，日本则会持续15年的研究。

　　中国的大脑研究项目于2021年启动，澳大利亚和韩国的项目均已进入了第七个年头。

　　但是项目的抓马并没有随着执行委员会的解散而结束。

　　从2016年到2020年，项目管理层发生了多次变动。

　　此时，项目研究终于开始提速。

　　2016年，作为项目发展阶段的成果，HBP启动了六个专业运行平台，涵盖脑模拟、高性能分析和计算、神经机器人等领域。

　　德国Jülich研究中心的神经科学家，兼HBP的科研主任Katrin Amunts说：「我们的想法是随着时间的推移，将这六个方向整合起来，但在一开始，『它们是相当独立的』。」

　　「像HBP这样的大项目往往会伴随着一个学习的过程，项目刚启动的时候，很多东西还没有在正轨上。」

　　虽说是10年之期，6亿欧元，但是这一阵折腾之后，前期投入的资金和时间的效果都大打折扣。

　　重要成果

　　撇开管理不谈，HBP还是积累了不少关键性科研成果的。

　　通过创建和组合大约200个大脑皮层和更深脑结构的3D地图，HBP科学家制作了人脑图谱——描绘出大脑的多层次组织，从细胞和分子结构到功能模块和连接性。

　　在3月份举行的2023年HBP峰会上，Amunts表示：「人脑图谱有点像谷歌地图，不过是大脑的谷歌地图。」

　　该图谱利用死后的大脑数据生成标准化地图，并且考虑到了人与人之间的自然差异。

　　利用这个图谱，HBP科学家在前额叶皮层中发现了六个以前未知的脑区域，这些区域有助于记忆、语言、注意力和音乐处理。

　　同时，将图谱与艾伦人类大脑图谱（Allen Human Brain Atlas）中的基因表达数据相链接后，可用于表征整个大脑的神经元。

　　利用这些配对的图谱，研究人员揭示了与抑郁症相关的基因表达变化，是如何与额叶皮层的结构和功能变化相联系的。

　　此外，HBP研究人员还开发了一种独特的算法，可以根据显微镜图像构建大脑区域的全尺寸支架模型。

　　利用这个工具，研究人员制作了对于记忆非常重要的海马体CA1区域的详细地图。其中，包含了约500万个神经元和400亿个突触。

　　目前，HBP已将研究中的一些发现转化为了临床应用。比如，可以利用个性化的大脑模型，也就是「数字孪生」，来改善癫痫和帕金森病的治疗。

　　并非全貌

　　然而，HBP有着神经科学研究中长期存在的一个问题：碎片化。

　　这也是该项目的组织者和批评者共同诟病的一点。

　　就像Frégnac说的那样：

　　「你能看到非常精巧的设计和发明，但你几乎看不到多尺度整合，也看不到大问题的解决。」

　　HBP已经详细描述了人类大脑的解剖结构，并开发了将大脑结构和功能与基因表达联系起来的工具

　　因此，在过去的三年中，HBP一直试图克服其跨学科子项目的碎片化问题。

　　项目参与者也做出了一系列努力：将技术都整合到EBRAINS中、HBP的六个平台倡议开发兼容的工具和共享的数据标准。

　　一些小组也进行了重组，未来工作将以特定的科学挑战而不是学科为中心。

　　但Jirsa表示：「还有很多工作要做......神经机器人仍然与以临床为导向的小组（clinically driven group）没有任何联系。」

　　一些研究人员认为，「缺乏重点」导致了HBP科学成果碎片化。

　　德国哥廷根大学的理论神经物理学家Fred Wolf在签署公开信后离开了HBP。

　　他表示，「我希望这个持续了十多年的项目能产生概念上的突破」，但HBP的情况却并非如此。

　　没有参与HBP项目的巴黎综合神经科学与认知中心的神经科学家David Hansel认为HBP缺乏优先次序，合作十分局限。

　　这意味着HBP未能利用自身的规模，也未能真正将神经科学界团结在一个共同目标之下。

　　Hansel说，「该项目没有列出要解决的首要且合理的问题。只是简单设立了一个『了解大脑』的目标」。

　　但来自马里兰州贝塞斯达的美国国立卫生研究院，负责「通过推进创新神经技术进行大脑研究（BRAIN）计划」的主任John Ngai认为，强调数据收集而非假设驱动的科学是站得住脚的。

　　Ngai表示，「大科学并不总是关于登月的，尤其是当实现主要目标的步骤不确定时。」

　　遗产

　　今年9月底，HBP将彻底停发项目资金。

　　虽然一些从HBP中产生的成果已获得了继续开展工作的资助，但对于大部分甚至全部与HBP合作的研究人员来说，前途依旧黯淡。

　　HBP项目宣告破产了，但Amunts和其他人希望HBP的工作和EBRAINS平台能够成为未来几年欧洲神经科学的基础。

　　Amunts说，「对大脑的研究需要了解大脑的多层次和多尺度。」

　　2018年1月，HBP获得了5000万欧元的资助，其中包括来自欧盟的2500万欧元，用于为EBRAINS开发交互式超级计算工具和数据存储服务。

　　研究人员已开始使用该平台来研究大脑如何对刺激做出反应，以及开发仿脑机器人等。

　　Ngai表示，HBP转向EBRAINS的做法诞生了一个有价值的工具。虽然也有类似的平台，但它们缺乏EBRAIN所提供的规模和服务。

　　今年3月，欧盟委员会拒绝了为使EBRAINS继续运转而提出的3800万欧元的申请。

　　但在与HBP进行协商后，委员会在6月重启了同样的资金征集，给了该团队又一次申请的机会。

　　这次申请如果也失败了，那么HBP将只能依靠私人资金和欧盟各国的财政支持维持运转。

　　与此同时，欧盟委员会正准备对HBP进行项目评估。

　　据悉，对HBP的最终审查将于11月开始，结果将在2024年1月公布。

　　Frégnac说，「如果我们不想在全球神经科学领域过上像人工智能寒冬的日子，我们就需要让这个领域获得尊敬。同时，我们确实需要评估一下这类旗舰项目到底好不好。」

　　EBRAINS的CEO兼HBP总干事PawełŚwieboda也表示，HBP的结束并不是欧洲神经科学的落幕。

　　欧盟委员会和各成员国正在规划下一阶段的欧洲大脑健康研究，重点是利用个性化的大脑模型来推进药物研发以及改善脑疾病的治疗。

　　但研究人员表示，未来的项目需要避免HBP踩过的坑。

　　O'Leary说：「我们不想再像当初那样重复另一个HBP项目，我们需要支持小规模、有重点的科学研究以及雄心勃勃的综合项目。」

　　不可否认的是，在HBP项目中诞生了一群专注于共同目标的科学家。而这将是一笔永恒的财富。

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