揭秘人造大脑:“蓝脑”能和人脑媲美吗?

2009年08月14日  |  00:07分类:无时效性  |  标签:  |  961 次浏览

揭秘人造大脑:“蓝脑”能和人脑媲美吗?

据英国《卫报》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。

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