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图源：unsplash

1859年，查尔斯·达尔文发表了《物种起源》，详述了物竞天择理论；1865年，格雷戈尔·孟德尔通过对豌豆的研究和实验，提出了孟德尔遗传定律。快进到今天，亨利·马克拉姆（Henry Markram）和他的团队正致力于在计算机上创建有史以来第一个完整人脑的数字模拟。

 

等等，所以他想把一团三磅重的神经细胞和组织细胞上传到计算机上？难度如何？这可比人们想象的要困难得多，在深入研究之前，让我们回顾一下历史。

 

自从生命的形成和存在以来，有机体就被机械地连接起来，以经历变化的过程。这种随着时间的推移而不断变化的想法，或者更为普遍地称之为进化论，已经成为数十亿年来生命的驱动力，这个理论被达尔文和很多他的理论拥护者普遍接受。

 

进化就在我们的血液里。我不是说进化象征性地存在于我们的血脉之中，我是说进化确实存在于我们的血液（和DNA）中！在生命中我们无时不刻不在进化——每一小时的每一分钟，每一天的每一小时，每一年的每一天。在每一个瞬间，我们的细胞都在变化。

 

在整个进化过程中，我们从单细胞生物到叶鳍生物（鱼类），再到两栖/爬行动物（四足动物），最后一直到智人（或者更常见的是人类）。以色列神经学家亨利·马克拉姆（Henry Markram）认为，下一个“进化的关键步骤”是以“理解人脑”为中心。

 

神经学家亨利·马克拉姆在Ted演讲中谈到了人类脑计划。

什么是人类脑计划

 

人类脑计划（HBP）是由神经学家亨利·马克拉姆发起的一项为期十年的科学研究计划。人类脑计划于2013年正式启动，旨在开发一个“精细、逼真的人脑计算机模型”，以便就神经元电路如何与功能联系起来提出关键见解。

 

利用超级计算机，科学家们发现他们能够通过模拟被称为大脑皮层功能柱的组织的虚拟功能柱，对大脑的某些区域及其相互连接进行建模和分类。这些皮质区域作为大脑的微观三维“切片”，高达2毫米，宽0.5毫米，科学家们能够用神经元的三维重建来填充这些区域。

 

一种三维重建的大脑皮层组织柱，类似于大脑的一个微观区域，由蓝脑计划（Blue Brain Project）项目提供。

 

马克拉姆在Ted演讲中声称，通过了解神经元群在整个大脑的特定区域内如何激发和相互交流，科学家将能够更好地理解所有这些神经元的相互作用如何在更宏观的尺度上影响区域。

 

这一项目目标是取代动物实验和基于刺激的大脑神经细胞（神经元）测试，这将使科学家能够以假设方式进行数字化模拟实验，并进一步提高理解。

 

疾病有望成为本项目进展的主要动机，大脑模拟模型可以让科学家了解帕金森氏症，甚至阿尔茨海默氏症背后的基本发病机制，进一步填补目前困扰人类理解关于这些疾病的知识空白。

 

马克拉姆的团队相信，一个可行的模型将有力地促进全世界的研究人员在神经科学和脑相关医学领域取得进展，特别是在脑机接口（BCI，也叫做BMI）方面。

 

此外，将这种复杂的活动通过数字模拟建立模型，有助于科学家不仅了解神经元如何相互作用，以及这种电活动的高潮如何产生自主性动作、记忆和其他更高级的大脑功能。这一点，再加上人工智能，被认为是让人类了解自己的大脑及其异常复杂的接线及其功能的关键。

 

图片来自斯坦福新闻出版社

 

为什么人类脑计划很重要

 

世界卫生组织的一份报告中指出，估计每四个人中就有一个人在生活中会经历某种精神或神经疾病，那就是说差不多有20亿人。随着大脑成为身体决策的动力源和经历的解释者，神经系统紊乱为何成为当今突出问题变得显而易见。

 

正如亨利·马克拉姆所说，“没有决策，我们无法看见、思考和感觉。”走进一个房间，实际上你所看到的99%并不是来自眼睛，而是你从进入的房间里推断出来的东西，即房间的布局墙壁，窗户，家具的摆放方式，地板与墙壁的连接方式，等等。

 

这种普遍存在于人类大脑中的决策对我们处于进化过程中的人类非常重要，因此，不花时间和精力去查明导致我们自身退化和“疾病”的根本原因是愚蠢的。

 

在灵长类动物的进化过程中，大脑皮层不断增大，这是由于它在整个进化过程中取得了不错的成果。随着大脑物质的不断增长，灵长类动物最终达到了一个极限，它们的头骨已经没有空间让大脑继续增长了！

 

人类进化过程中大脑大小的惊人变化

 

但进化并没有就此止步。大脑继续发育，现在，它自己折叠起来，塞满了它能容纳的所有脑细胞。为什么？因为它可以存储更多的信息，并能够执行更复杂的功能。

 

亨利·马克拉姆认为，毕竟这是进化的最终产物，这就是为什么将大脑模拟到完美是神经科学的圣杯，因为它最终会在物理层面改变我们的思维方式。不仅如此，它还将允许我们通过另一个角度来感知现实，即一个虚拟现实的角度。

 

接下来做什么？

 

通过开发一个虚拟的、逼真的、可行的模拟，科学家们甚至可以模拟一台“生病”的计算机，一台患有帕金森病的计算机，或者至少是一种类似的疾病。通过这种方式，人们相信在这种“病态”的、基于数学计算的模拟中治疗帕金森病，将能够发明出更新的、创造性的治疗方式，并在现实生活中复制。

 

总之，这需要一个具备计算复杂性且有能力的超级计算机，通过使用数学模拟模型，我们将能够集成一个基于描述了大脑某些区域的解剖结构和活动的生理数据的小型模型。

 

这种对大脑皮层特定区域的分类最终将使我们能够更好地了解大脑，至少从数学的角度来看是这样。这将使我们能够更好地了解疾病，如帕金森氏症，以及如何能够治愈它。

 

这就是神经科学的未来。

 

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编译组：骆昱含、刘菁楠

相关链接：

https://medium.com/carre4/mapping-the-jungle-that-is-the-human-brain-onto-a-computer-2ed2b2336978

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