模拟大脑的研究

我们已经看到，深度学习模型成功的秘诀之一就在于它模仿了人类大脑的深层体系结构。那么，我们为什么不直接模拟人类的大脑呢？事实上，科学家们已经行动起来了。例如，德国海德尔堡大学的FACETS（Fast Analog Computing with Emergent Transient States）计划就是一个利用硬件来模拟大脑部分功能的项目。他们采用数以千计的芯片，创造出一个包含10亿神经元和1013突触的回路的人工脑（其复杂程度相当于人类大脑的十分之一）。与此对应，由瑞士洛桑理工学院和IBM公司联合发起的蓝色大脑计划则是通过软件来模拟人脑的实践。他们采用逆向工程方法，计划2015年开发出一个虚拟的大脑。然而，这类研究计划也有很大的局限性。其中最大的问题就在于：迄今为止，我们对大脑的结构以及动力学的认识还相当初级，尤其是神经元活动与生物体行为之间的关系还远远没有建立。例如，尽管科学家早在30年前就已经弄清楚了秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）302个神经元之间的连接方式，但到现在仍然不清楚这种低等生物的生存行为（例如进食和交配）是如何产生的。尽管科学家已经做过诸多尝试，比如连接组学（Connectomics），也就是全面监测神经元之间的联系（即突触）的学问，但是，正如线虫研究一样，这幅图谱仅仅是个开始，它还不足以解释不断变化的电信号是如何产生特定认知过程的。于是，为了进一步深入了解大脑的运行机制，一些“大科学”项目先后启动。2013年，美国奥巴马政府宣布了“脑计划”（Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies，简称BRAIN）的启动。该计划在2014年的启动资金为1亿多美元，致力于开发能记录大群神经元甚至是整片脑区电活动的新技术。无独有偶，欧盟也发起了“人类大脑计划”（The Human Brain Project），这一计划为期10年，将耗资16亿美元，致力于构建能真正模拟人脑的超级计算机。除此之外，中国、日本、以色列也都有雄心勃勃的脑科学研究计划出炉。这似乎让人们想到了第二次世界大战后的情景，各国争相发展“大科学项目”：核武器、太空探索、计算机等。脑科学的时代已经来临。