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心灵的未来 大脑研究的三种方法
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由于大脑如此复杂，对大脑逐个神经元地进行分解至少有三种不同的方法。第一种是利用超级计算机对大脑进行电子模拟，这是欧洲人采用的方法。第二种是绘制活性大脑的神经通路，这是“大脑研究计划”（BRAIN）所使用的方法。（这项任务还可以继续细分，这取决于怎样分析这些神经元：对每个神经元进行解剖分析，或者按功能和活动进行分析。）第三种是我们可以对控制大脑进化的基因进行解码，这是微软的亿万富翁保罗·艾伦（Paul Allen）所开创的方法。
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第一种方法利用晶体管和计算机模拟大脑，这种方法正在向前推进，他们按照某种顺序对动物的大脑进行反向工程：首先是小白鼠，然后是老鼠、兔子和猫。欧洲的项目基本按照进化的历程进行，从简单的大脑开始，然后增加复杂性。对于计算机科学家而言，这种办法就是解决原始计算能力问题：越强大越好。而且这意味着要使用世界上最大的计算机对老鼠和人的大脑进行解码。
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他们的第一个目标是小白鼠的大脑，它的尺寸是人类大脑的千分之一，包含大约1亿个神经元。IBM的蓝色基因计算机正在分析小白鼠大脑的思维过程，这台计算机坐落在加州的劳伦斯利弗莫尔国家实验室，世界上最大型的计算机中有很多台都安放在那里。这些计算机被用来为五角大楼设计氢弹头。这个由晶体管、芯片和线路构成的庞然大物拥有147456个处理器和令人惊愕的150000 GB存储空间。（普通的个人电脑只有一个处理器，几个GB的存储空间。）
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这里的进展虽然缓慢，但一直稳定向前推进。科学家首先试图复制大脑皮层与丘脑之间的连接，而不是模拟整个大脑，这个连接是大脑活动集中的地方。（也就是说，这个模拟中并不包含与外部世界的感觉连接。）
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2006年，IBM的达尔曼德拉·莫德哈（Dharmendra Modha）博士采用这种方法用512个处理器部分地模拟了小白鼠的大脑。2007年，他的团队用2048个处理器模拟了老鼠的大脑。2009年，拥有16亿个神经元和9万亿个连接的猫的大脑得到模拟，所用处理器为24576个。
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今天，穷尽蓝色基因计算机的所有能力，IBM的科学家仅模拟了人类大脑神经元和突触的4.5 ％。要开始对人类大脑进行部分模拟，我们需要88万个处理器，这可能在2020年左右实现。
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我曾有机会拍摄蓝色基因计算机。要进入这个实验室，我必须通过层层安检，因为它是美国最先进武器的实验室，通过所有检查点之后，就来到一间巨大的装有空调设备的房间，这里安放着蓝色基因计算机。
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这台计算机真是一件宏伟的硬件，有一架一架的黑色大柜，布满开关和闪烁的信号灯，每个大约8英尺（2.44米）高，15英尺（4.57米）长。当我走过这些组成蓝色基因的大柜时，我想知道它正在执行什么任务。很可能，它正在模拟质子的内部结构，计算钚触发器的衰变时间，模拟两个黑洞的碰撞，以及像一只小白鼠一样进行思考，这些都在同时进行。
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后来我得知，即便是如此先进的超级计算机也即将让位于下一代蓝色基因/Q红杉计算机，它的计算能力达到了新高度。2012年6月，这台计算机成为世界上最快的超级计算机。它运算的峰值速度可以达到20.1PFLOPS（每秒20.1千万亿次浮点运算）。它占地3000平方英尺（280平方米），消耗电能7.9兆瓦，这够点亮一座小型城市了。
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但一台有如此强大运算能力的计算机足够与人类大脑匹敌吗？
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不幸的是，还不能。
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这些计算机试图模拟的仅仅是大脑皮层与丘脑之间的交互作用。大脑中的大部分都没有包含在内。莫德哈博士很清楚这项工程的艰巨性。这项野心勃勃的研究使他能够估算建造整个人类大脑的模型将需要多大的运算能力，这包含新皮层的所有部分以及与感官的连接，并非只是大脑的一部分或一个模糊的模型。在他的设想中，这需要上千台蓝色基因计算机，而非一台，这将占据一个街区的面积，而不是一间约300平方米的房间。能量的消耗会十分巨大，需要发电能力上千兆瓦的核电站提供所需的电量。然后，为了防止这台怪物式的计算机自身熔化，还要使它冷却，这也许要引入一条小河流，让它从计算机的电路中流过。
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需要一台庞大到像一座城市一样的计算机来模拟人类头颅里只有3磅（1360克）重的一个组织，这真是令人震惊的事情，而大脑的工作仅仅将人体温度提高了1～3摄氏度，使用的功率仅有20瓦，而且只需要几个汉堡包就能维持运转。
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心灵的未来 建造一个大脑
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也许参与这个项目的最具抱负的科学家当属瑞士洛桑联邦理工学院的亨利·马克拉姆（Henry Markram）博士。他是人类大脑工程（HBP）背后的主要推动者，这项工程获得了欧盟10多亿美元的资助。过去的17年里，他一直试图解开大脑的神经布线。他也使用蓝色基因计算机对大脑进行反向工程。目前，他的人类大脑工程已经花费了欧盟1.4亿美元，这仅是未来10年所需的计算能力的一小部分。
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马克拉姆博士相信，这已经不仅是一个科学项目，而是一个工程，需要大量的资金。他说：“要建造这个东西——超级计算机、软件和研究——我们需要大约10亿美元。如果考虑到大脑疾病所造成的经济负担将很快超过全世界生产总值的20％，这就不昂贵了。”对于他来说，10亿美元不是问题，相比于当婴儿潮一代人退休后患上老年痴呆症、帕金森氏症和其他相关疾病所产生的几千亿美元的医疗账单，这是个小数目。
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所以，对于马克拉姆博士来说，解决方法仅仅是规模问题。向这个工程投入足够的钱，人类大脑就会呈现出来。现在他从欧盟获得了梦寐以求的10多亿美元资助，他的梦想可能成为现实。
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对于每个纳税人将从这10多亿美元的投资中获得什么的问题，他有所准备。他说，开始这项孤独且昂贵的探索有三个原因：“第一，如果我们希望在社会中融洽相处，那么了解人类大脑就必不可少，而且我认为这是进化中的关键一步。第二个原因是，我们不能永远只做动物实验……这就像诺亚方舟，像一个档案馆。第三个原因是，这个星球上有20亿人正在遭受精神疾病的痛苦……”
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在他看来，我们对精神疾病知之甚少简直是一种耻辱，这些疾病让上百万人遭受痛苦。他说：“今天没有一种神经方面的疾病，我们知道是大脑线路里什么出现了问题——哪条通路，哪个突触，哪个神经元，哪个受体。这让人吃惊。”
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起初，要完成这项计划听起来完全不可能，我们有那么多的神经元，那么多的连接。这好像是徒劳的工作。但这些科学家认为他们拥有王牌。
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人类基因组包含大约23000个基因，但它们用某种未知的方法创建了包含1000亿个神经元的大脑。由人类基因建构成人类大脑在数学上看起来似乎不可能，不过胚胎每孕育一次，这样的事情就确实地发生一回。这么多的信息是怎样挤进这么小的东西中呢？
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马克拉姆博士的答案是，大自然使用了捷径。这个方法的关键是，一旦大自然找到了一个好的神经元模板，这些模块将被不断重复使用。如果你观察大脑的显微切片，你最初只会看到神经元随机地交织在一起。但仔细观察后，你会发现有些形状会不断重复。
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