揭秘人造大脑——“蓝脑”能和人脑媲美吗

顾汉现

揭秘人造大脑——“蓝脑”能和人脑媲美吗


日期: 2009-08-12  


        据英国《卫报》09-７月２３日报道，瑞士洛桑理工学院参与人造哺乳动物大脑项目“蓝脑计划”的科学家们表示，随着各种难题不断被攻克，世界上首个人造电子大脑将在１０年内问世。虽然之前也曾有科研小组宣称制造出“人造大脑”，但与“蓝脑”相比只能算简单的机械电子装置。   

        作为现代脑科学、计算机科学交叉研究前沿，人工智能技术一直是人们眼中“未来世界”的代表，众多科幻电影不断描绘充满人工智能技术的“未来”：２００１年斯皮尔伯格执导的《人工智能》中，出现了可以和人类谈恋爱的“情人”机器人；２００４年威尔·史密斯主演的《机械公敌》中，叛逆的机器人甚至要控制世界……机器人可能变得这么聪明吗？答案是肯定的，只要它们拥有堪与人脑媲美的机械脑。   



　　一个老鼠脑＝一万台电脑   

        “蓝脑计划”２００５年由瑞士洛桑理工学院大脑与心智研究所发起，最初的目的是研究大脑的构造和功能原理。几年后该项目影响扩大，来自西班牙“马德里超级计算与可视化中心”及英、美、以色列等国的脑科学专家参与这一研究。２００６年底，研究小组宣布“蓝脑计划”的第一阶段目标——皮质柱（大脑皮层中的柱状结构）的模拟顺利完成。在此鼓舞下，科学家们决定向“整体脑部模拟”进军，即根据实验数据与仿真计算，逆向打造哺乳动物的大脑。   

        人脑如同一台超级生物计算机，可以储存亿万个信息，这些信息不断变换、更新，进而使我们接受新的知识。与普通计算机相比，人脑信息储存量惊人，它对庞杂输入信息的灵敏反应，以及通过输出信息对各种生化反应的精确调控令人叹为观止。简单地说，研究人员的任务就是利用人脑这台“生物计算机”运行时生物体产生的各种反应，如生物电流、信号传输、细胞运动、血液流动等，反演出其构造，从而在实验室中制造人造大脑。   

        “蓝脑”研究小组创建了一个模拟近一万个脑神经细胞的三维模型，模仿老鼠大脑皮层的活动。７月２２日，在英国牛津举行的科技、娱乐及设计全球研讨会（ＴＥＤＧｌｏｂａｌ）上，“蓝脑计划”项目主任、瑞士洛桑理工学院大脑与心智研究所所长亨利·马克莱姆举例说：“要完成对一个神经元的所有模拟运算，你需要一台笔记本电脑。而完成一个老鼠脑模型的模拟，需要１万台笔记本电脑。”当然，“蓝脑”研究小组用的不是笔记本电脑，而是ＩＢＭ“蓝色基因”超级计算机。   



　    “蓝脑”无法同人脑媲美   

　　人类“万物之灵”的荣耀绝大部分都是人脑带来的。人类利用自己大脑的优势认识、改造世界，却无法认清、改造自己的大脑。很多人对“蓝脑”期待不已，希望人造大脑的出现能帮助揭开人类智慧的终极秘密。   

　　然而，即使先进的“蓝脑”被制造出来，它的各项指标也远远落后于人脑。下面来看看有关人脑的一组数据（数据来源：纽约州立大学威廉·林顿博士所著《从计算机到大脑——计算神经科学基础》一书、英国苏塞克斯大学迈克尔·奥希尔教授所著《大脑简介》一书）。   

　　◎人脑有５００～１０００亿个神经细胞（细胞个数随年龄、性别和个体不同而有所改变），所有神经细胞通过１００万亿个神经连接点传递信号。   

　　◎以２０岁时为例，男性脑部的神经轴突（与神经细胞相连的细长部分，用来进行神经信号传递）总长度为１７．６万千米，约为月球距近地点距离的一半，女性约为１４．９万千米。人脑神经信号回路比今天全世界的电话网络还要复杂１４００多倍。   

　　◎每一秒钟，人脑中进行着１０万种不同的化学反应，反应环境、反应速度及反应产物控制都十分精确，出错率极低，各种反应间相互关联、配合默契。   

　　◎人脑每天可处理８６００万条信息，大脑记忆中枢可储存的信息量相当于美国国会图书馆的５０倍，即５亿本书的知识，并且正常情况下这些信息可有序调用（回忆）。   

　　以上参数只是列举了人脑数据的一部分，而无论从哪一条看，“蓝脑”都无法同大脑相比。目前研究小组的主要研究对象还是小鼠的大脑皮层，而处理的神经细胞也只是数以万计，没有涉及很多秘密都未被揭开的记忆机制。另外，人工制造大脑的难度是巨大的，因为研究人员需要用人造有机材料代替人脑中的结构，部分材料要在纳米尺度下设计成精巧的晶体管，目前的技术达不到。   



　　人造大脑“意念移物”   

　　“蓝脑”虽说还不能被称作真正意义的大脑，但它对神经系统科学、人工智能、纳米生物材料等前沿研究，具有显而易见的推动作用。最终，科学家们希望利用人造大脑，来了解从现实世界中获得的感知信息是如何被解读和储存的，以及意识是如何产生的。从现实意义上讲，人造大脑或许还能为科学家研究各种大脑疾病及神经退行性疾病（如阿兹海默症、老年痴呆症）带来新的方法。   

　　人造大脑研究带来的最新技术是“意念移物”，即将电极组成的芯片装置植入瘫痪病人的大脑，激励神经元完成一些简单的活动。２００４年６月，在美国马萨诸塞州，一个由９６根电极组成的复杂装置被植入一名２４岁的四肢瘫痪者的大脑运动皮层中。经过９个月的练习，这名病人已能通过它控制电脑，收发电邮、打电子游戏。２００８年，美国匹兹堡大学的实验小组利用类似的装置，训练猴子借助脑部电极让机器手给自己喂食。