B18:新智/人与自然
     
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2012年04月27日 星期五 放大 缩小 默认   
用超级计算机全面模拟人脑
赵泳根
  21世纪将是个生命科学的世纪,探索和揭示脑的奥秘所具有的高度复杂性,所蕴涵的深邃的哲理,以及对人类的重要性,已成为当代自然科学面临的最重大的挑战之一。对人脑的研究将是生命科学的重大前沿,受到各国政府和社会的高度重视。当前的研究主要趋势是在分子、细胞和整体水平对脑功能和疾病进行综合研究,将逐步揭示脑和认知过程的奥秘,促进认知科学发展,并可能为人的智力开发和脑科学带来新的突破。

  现在,科学家们正在努力利用世界上最强大的计算机建造一个“人脑”,实现世界上对人类大脑的首次完整地全方位模拟。它要把迄今发现的有关大脑的所有信息整合在一起,并在屏幕上复制它们,甚至可以达到单个细胞和分子的水平。如果这项工作取得成功,它将彻底改变人们对老年痴呆症和帕金森症等神经系统疾病的了解,甚至有助于我们更好地了解人类是如何思考问题,以及怎样做决定的。

  由欧洲联盟提供资金的一个人类大脑计划现已提出,它的主要目的是获得对于从阿尔茨海默氏症到抑郁症的各种神经疾病的新认识,并试验新的药物和其他治疗。另一个目的将是验证这样一种机器是否可能生成一种新的类人智能形式。

  该研究的负责人是瑞士洛桑联邦工学院神经微电路实验室主任亨利-马克莱姆教授,他将与包括英国剑桥大学韦尔科姆基金会桑格学院研究所的欧洲地区的科学家合作。研究的目标是模拟完整的人类大脑。人脑极其复杂,有数十亿个互相联系的神经元,这使得神经学家很难真正了解它是如何运转的。对人脑进行模拟将使这件事情变得容易一些,从而使他们有可能对大脑的任何层面进行测量和操纵,他们希望能在未来12年内完成这项工作。

  马克莱姆领导的研究联合体由13家欧洲知名学术机构组成。该联合体已经获得了欧盟的拨款,而且还有可能获得另外的10亿欧元拨款。该联合体的设想是把全世界神经学家提供的大量数据整合成为单一的模拟装置。据估计,每年有6万份这方面的科研论文。由此得到的虚拟“大脑”将被置于一台新型超级计算机内,该计算机位于德国杜塞尔多夫附近一个名叫于利希的计算技术园区。这台机器将生成三维动态影像,并显示于安装在未来派风格的“座舱”四周的大屏幕上。这将可以构建成功数千张三维立体图像,使得科学家能够“跨越”不同区域,查看它们是如何相互传达信息的。坐在机器中的科学家能在大脑中“穿梭飞行”,放大观察神经元个体的精细结构,或进行缩小操作以确定信息在不同大脑区域间流动的情形。

  过去15年间,马克莱姆和同事已经利用实验室数据,在超级计算机上生成了虚拟的大脑皮层柱,并且已经模拟出了老鼠大脑的一个区域。他们希望到2014年可以得到完整的老鼠大脑的实用模拟版本。不过,这也凸显了任务的艰巨。模拟拥有1000个皮层柱的老鼠大脑将需要使用30万个处理器,其每年的电力开销达70万英镑。马克莱姆说:人的大脑要比老鼠大脑大得多,拥有大约1000亿个神经元。能够模拟人脑的计算机必须每秒钟执行100亿亿次运算,而这将消耗掉一座采用现有技术的核电站所生产的全部电力,这意味着我们在计算技术上需要有全新的方法。与马克莱姆合作的理查德-沃克说:我们的大脑消耗的能量很少,但是它们能够持续90年甚至更多年。此刻我们甚至还无法支付运行我们将要建造的世界最大电脑的费用,因此如果我们能够查明大脑的工作原理,我们在这方面将会取得巨大进步,到那时可以治疗从抑郁、精神病,到老年痴呆症等这些与年龄有关的大脑疾病。

  这项工作一旦完成,它将用来试验新药物,为研制出更智能的机器人和电脑铺平道路,马克莱姆说:如果研究取得成功,每年它将还能帮助20亿罹患脑功能损伤类型的病人。       赵泳根

     
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