2013年10月1日,欧盟正式启动为期10年的人脑计划(英语:Human Brain Project,HBP),计划在巨型计算机上仿真出整个人脑,使整个欧洲的研究人员能够增进在神经科学、计算机技术及大脑相关医学等领域的知识。十年过去,欧盟花了6亿欧元,逾500名科学家参与其中,数千篇论文发表。但是直到今天,我们距离理解人脑仍然是遥不可及,更不用说用计算机来模拟人脑,发展类脑智能。
2013年1月28日,欧盟正式宣布批准两个“未来和新兴技术”(Future and Emerging Technologies, FET)旗舰项目,其中之一便是世界上首个超大脑计划——欧盟人脑计划(Human Brain Project, HBP)。该计划于同年10月1日正式启动,为期10年,总经费超过6.07亿欧元。HBP最终联合了19个国家、150多个研究单位的500多个科学家,可谓声势浩大。
其发起人马克拉姆(Henry Markram)曾声称,到2023年该计划将在超级计算机上仿真出整个人脑。
2016年11月2日出版的《神经元》(Neuron)杂志有关各国脑计划的专刊上,HBP的新科学主任阿蒙茨(Katrin Amunts)宣布计划更新后的目标如下:HBP是一个为期10年的欧盟旗舰计划,其目标是在多个尺度上重建脑组织。
这一计划在所有层次上把实验、临床数据、数据分析和仿真紧密结合在一起,这样就能最终在各个层次之间架设起桥梁。HBP的信息学和计算机构筑是独一无二的,它利用云技术进行合作,研发出具有数据库、工作流程系统(workflow systems)、千万亿字节(petabyte)存储和超级计算机的各种平台。人脑计划将发展成推进脑研究、医学和脑启发(brain-inspired)信息技术的欧洲研究设施。
HBP的多尺度人脑图谱。图源:HBP官网HBP官网在2023年6月公布了取得的主要成就,包括发表了2500多篇论文,建立了一个专用于脑研究的基础设施——网上平台EBRAINS(在此平台上,科研人员可共享并不断更新数据、模型和软件),鼠脑及其他脑图谱(包括多层次的人脑图谱),脑仿真、脑启发技术(两个平台都包括仿神经计算和神经机器人学子平台),医学数据分析,计算与存储资源以及合作事宜。
此外,还有一个可供多学科共享的超级计算机设施Fenix。具体来看,主要成果有: 1. 在EBRAINS上公布了迄今为止最详尽的多尺度人脑图谱,显示其三维细胞构筑,包括某些以前未被确认的脑区,并显示其人际差异。2. 借助EBRAINS上的人脑图谱,建立癫痫患者的个性化脑模型,以确定癫痫病灶。3. 有关帕金森病患者大脑对脑深部刺激(一种常见治疗方法)的多尺度仿真,可帮助临床医生预测治疗效果。
4. 用磁脉冲精确刺激特定脑组织,并分析此时的脑电图复杂性,以判断闭锁综合征病人是否仍有意识,开发用于帮助残障人士复明或行走的神经植入物。5. 对小脑进行仿真,用以控制机器人臂精确地执行动作。6. 开发出两种大规模的仿神经系统: 脉冲发放神经网络构筑(SpiNNaker)和仿神经混合系统脑启发多尺度计算(BrainScaleS-2)。
这些系统中的神经元数都达到了百万级以上,而消耗的能量要比在传统计算机上仿真低4个数量级以上。这些系统的共同特点是采用脉冲发放神经元作为基本元件,并用脉冲进行通信,这是其能耗低的关键所在。7. 模仿大鼠脑开发出一种称为触须眼(WhiskEye)的机器人。这种机器人有两个摄像机眼和24根人工触须,并有基于仿神经芯片的内置认知模块,因而可以在布满物体的环境中行走。
8. 通过强化学习训练机器人模仿人类手指的协同活动。此外,马克拉姆在任时还建立了一个有生物真实性的微皮层回路模型。该模型历时20年,由国际上82位科学家合作,仿真了幼鼠体感皮层中一块1/3立方毫米大小的组织,其中包含3万个神经元和4000万个突触。
该模型中包括207种不同的神经元类型,科学家分析了这些神经元的形态、在皮层各层中的分布和放电模式,再按照不同类型神经元在此组织中的密度在仿真组织中安排虚拟神经元的分布,每个神经元的细胞膜都考虑了13种不同的和跨膜电位以及钙离子浓度有关的离子通道。据此,模型仿真得出的一些结果和动物实验吻合得很好。