人类大脑工程(HBP)简介

人类大脑工程(HBP)在笔者心目中有无与伦比的份量。遗憾的是,由于国内资料和报道的缺失,我们很难对该工程的目标、宗旨、领域和范式等形成一个清晰的认识。无论我们是否已经意识到,脑科学和人工智能这一对相辅相成的学科正在世纪范围内极速发展。对大脑奥秘的逐渐揭示,将不可阻挡地成为人类文明的里程碑。可喜的是,最近HBP官方在答复《至欧盟委员会的一封关于人类大脑工程的公开信》时,对这一史诗级的工程进行了耐心的说明,我们可以借此加深对它的了解。笔者在翻译这份HBP官方文档时,好几次心潮澎湃,仿佛一位知己道破了自己心中的宏愿。下面是完整译文,希望各位喜欢:

Human Brain Project(人类大脑工程,HBP)

“HBP的成员对2014年7月7日公开发表在neurofuture.eu上的信件表示难过,因为我们感觉到这样做对我们理解大脑的努力是一种分裂而不是整合。虽然如此,我们看得出署名者对该项目有重要的关注点。在这里,我们试图澄清他们提到的一些主要问题。我们还邀请署名者,就他们担心的问题,与HBP及其子项目的领头科学家直接进行纯科学的意见交换。

HBP的性质是什么?

HBP是一个多学科的研究工程,资金来自于欧盟委员会(EC)的未来新兴技术(FET)规划,该规划的目标是开发一个作为协作研究工具的信息和通讯技术(ICT)平台。HBP的目标是,在研究神经科学、医药和计算机新技术的视野下,发掘多学科交互产生的创造力。在这方面,HBP可谓是一项具备前所未有的跨学科视野的工程,它聚集了数学家、物理学家、工程师、计算机科学家、实验和理论神经科学家、临床神经科学家、神经病理学家、哲学家,以及伦理学家。这样一个团队的成功,所需的协作规模给我们带来了很大的挑战。在欧洲每年要为脑部疾病的开销肩负8000亿欧元重担的情况下,我们极度确信要在大脑研究的最新前沿领域取得突破,这样规模的协作是必要条件,它们无法通过大量独立的研究项目来实现。

HBP的影响和视野

我们发展的这些技术被期望用于提供一种全新的方法论,这种方法把大脑作为一个从基因一直到认知和行为的多层次综合系统加以研究。这还将允许在生物学数据的基础上对大脑疾病进行分级,以及在遵从大脑设计原则的基础上构建神经形态的计算机系统。为了把这些全新的能力整合起来,HBP致力于建造一个统一的信息通信技术平台,这个平台能够让所有的研究者共享信息资源,并且协同工作或者互补工作,这些研究者涵盖多学科,不管他们在世界的何方。HBP没有被构想为一个数据生产工程,但是它认识到有些无法通过其他途径获取并且对开发这个平台其关键作用的数据,是非常重要的。这个统一的平台正在被设计用于支持大规模协作工程,并且包括了神经信息学、药品情报学、大脑仿真、高性能计算、神经形态计算,以及神经机器人的模块。平台计划2016年对神经科学、医药和计算机团体开放,并且现在已经在路上了。神将科学家、临床医生和计算机科学家是规划和塑造这个平台的关键,并且将在各自的团体中建立采用该平台的通道。创建和支持一个对用户团体开放的平台是HBP最重要的目标之一,并且是现在工作程序中至关重要的部分。

HBP对神将科学有什么不可被替代的贡献?

据估算,每年欧洲神经科学研究要接受欧洲10亿欧元的款项,在全球至少有70亿美元。尽管这些工作产生产生了大量有价值的数据,但现在并没有任何技术用来分享、组织、分析或者整合这些资料,除了论文甚至数据库。HBP将会提供这至关重要的一层,用以重构和模拟大脑。这将需要发展全新的超级计算机软件和硬件、分析软件、算法、搜索技术等等。目标是一个鼠标操控的大脑(译者注:原文中的mouse brain到底是指老鼠大脑,还是形象地表示一个模拟大脑的计算机,很难界定,依语境看,后者更合适),而归根结底还是人类的大脑。目标是在小鼠大脑,而最终会是人脑。

HBP如何对医药学做出贡献?

HBP还有一个目标,用来给医药团体提供其缺失的技术层,用来接触由于隐私问题而未被利用的数据。在大量各种不同病症的病人中,搜索各种层级的临床数据来确认特定的生物学模式,需要新的技术。这些模式可以帮助实现一种更好的脑科疾病分类,并绘制一幅大脑疾病的草图;可以指出疾病可能的原因,帮助制药公司弄清药品实验成功或失败的原因,并允许指定脑科疾病的模型。作为神经科学家我们必须确保我们的工作对社会是有益处的。虽然HBP并不保证治疗,但它的技术至少可以对脑部相关疾病的诊断和新治疗目标的寻找提供更好的可能性。

HBP是如何利用和开发计算机的?

HBP将会使用神经科学数据来构建神经形态计算机系统。这对欧洲而言真的是一次令人激动、独一无二的机会,这次机会将允许我们应用并测试我们的大脑回路和计算准则。第一次,建造大规模神经形态计算机将成为可能,这种计算机将充分地利用现代电子技术,包括像高能量利用率和自组织与自适应这些大脑启发我们的特性。这将开辟一种全新的计算范式。为了获得成功,我们将会创建神经信息学和仿真模拟之间的一种强有力的跨学科联系,从生物学数据中派生出用于神经形态计算机系统的回路。

这封公开信表达了怎样的担忧?

这份公开信表达了一种那些目标是如此的不切实际以至于将会毁了整个神经科学的担忧,而且声明已有的知识不足以支撑这样大的挑战。我们能体会到这种不确定性。但是我们要申辩,没有人真的知道现在到底有多少可用的神经科学数据,因为它们从未被组织,甚至没有人知道开始这样一次全力尝试到底需要多少数据。重构和模拟人类大脑是一种愿景,是一种目标;实现这种目标需要的技术,将会大有裨益。HBP发展的技术将对给整个神经科学和相关领域带来好处。许多其他科学领域已经提供了范例,模拟可以成为一种创造新知识的工具,而不仅仅是强化已经存在的成果。

HBP的方法是什么?

HBP想要激励科学团体接受这样的挑战:发现我们已经知道的、我们可以预言的,以及我们仍然需要观测的。这是一个转变方法论范式的提议,用以把我们已经产出的数据整合起来获取更大的价值。它还配备了一种文化上的范式:为了重构和模拟单一的突触、神经元、大脑区域、整个大脑或某种疾病,科学家、临床医师、工程师组成的大规模团队必须在单一的问题上并肩作战。它推动我们超越了我们之前习以为常和感觉舒适的方式。这是一个重要的状态转变,需要我们利用每个人的数据并集成我们的所有知识。如果我们不开启这样的努力,神经科学将会无法置身于一个能塑造和利用新型的超级计算机与大数据技术的位置。欧盟委员会以超前的思维接受了我们的提案,并且这项旗舰举措的精神将会远远超越我们通常会做的。

全局视角是怎么样的?

有一些关于这封公开信(译者注:指7月9日大量科学家联名质疑HBP的公开信)的媒体评论认为美国大脑计划(译者注:US BRAIN Initiative)是一个更好的神经科学研究计划,因为它把经费广泛地分发给了许多领域的独立研究。毫无疑问的是,这样的计划具有巨大的价值。但是,HBP是一个数据集成工程,不是一个数据制造工程,并且有一个一年一度的预算,这比预算是美国大脑计划每年5亿美元的一小部分。欧洲拥有一次机会,来做一件独一无二有关的大脑、医药和计算机的事,可以与其他正在进行的大脑计划协同和互补。通用的数据集成平台,作为HBP的一个核心目标,是神经科学的可用研究方法兵工厂中被忽视的组成部分。(译者注:“兵工厂”原文中“arsenal”一词,笔者实在不知如何翻译,还请高人们赐教)。

HBP将会以何种方式进行复核?

这项旗舰提案在将近4年的预案讨论中,由一个相关领域25名世界级专家构成的小组严格地评估过,并得到了最终评估结果。工程被使用里程碑和可交付结果的形式详细地加以描述,受欧盟委员会的仔细监督。在经过12个月的执行之后,工程将会经受它的第一次正式复核,每一个里程碑和可交付成果都会被一个独立的专家组验证和裁决。欧盟委员会会让所有的机制到位,以监督和纠正这项工程是否需要。

认知神经科学是否是HBP的一部分

公开信认为认知神经科学已经被该工程移除了。毫无疑问,认知和行为都对HBP是至关重要的。一组认知神将科学家最近被重新委派到被称为HBP合作项目中去了,在那里他们可以继续进行独立的研究。HBP的核心是工程将注意力集中到建造信息通讯技术平台(译者注:ICT平台)。当平台变得稳定,并且推演出详细的生物学的理论模型时,认知神经科学家将在试验这些模型和实施生物学试验上起到至关重要的作用。认知行为神经科学将因此变成核心工程的一个越来越重要的组成部分,用以在他们开发的过程中塑造技术模型,并且为整个认知行为神经科学团体和平台的接洽准备一条通道。事实上,在HBP的所有科目中,认知行为神经科学将变成神经科学意义最重大的组成部分。然而,这一切发生的先决条件是建造好平台。

HBP的结构正在经历什么变化?为什么会变化?

伴随着启动阶段的告终,以及在2016年实施阶段的正式开始,HBP的结构将会被修改。在今年早些时候,作为经过欧盟委员会和各大欧盟成员国同意的方案,工程将被拆分为一个核心项目(CP)和多个合作项目(PPS),每个合作项目都有一项一年一度的5000万欧元的预算。HBP的董事会一致通过,核心项目将把注意力放在实施和改进ICT平台,而合作项目将利用ICT平台提供的服务进行独立的、研究者驱动的研究。董事会还决定,在实施阶段中,一些神经科学方面的活动更适合在合作项目中进行,在这里他们可以将注意力放在公开信的签名者所主张的研究者驱动式的研究上。同步各个子项目,并且符合欧盟委员会对核心项目和合作项目的准则,的确带来了大量争议,艰难的决定必须被做出。据估计欧洲有10000名独立的神经科学研究者,他们现在都有公平的机会来通过合作项目参与到HBP中来,已及同样公平的机会来进入核心项目。部分人可以在路线图的不同阶段进入核心项目。

核心项目和合作项目是怎么被分配资金的?

核心项目的资金并没有砍掉神经科学预算,因为它来自于欧盟委员会的ICT部门。合作项目的经费来自于独立的成员国。合作项目是一个任何现有的或将来的项目都能取得的标签,只要项目与核心项目是协同的。除去一小部分跨国基金,现在并没有特定用途的基金被引入。然而,实质地成为了合作项目的项目,会被考虑成与每个成员国相匹配的基金的一部分。无论核心项目还是合作项目,实验神经科学部分都被规划为占用20%的项目预算。HBP的核心合伙人可能会以他们自己的名义发展合作项目,他们没有特权动用经费来展开他们自己的研究。合作项目还提供了一种机制,让工业界加入HBP。

HBP是如何运作的

工程(译者注:HBP)已经意识到自己的管理方式必须在它进入下一个阶段时加以改进,执行委员会已经接见了提议者以便进行这项评估。追随着欧盟委员会对框架合作协议(译者注:Framework Partnership Agreement)的倡导进行评估,更多的改变可以被期待,并且在HBP整个过程中将有更进一步的变化,因为该工程变成了一个神经科学、医药计算机计算机的全球性资源。结构性的改变是为了保证工程实现他的目标,保证神经科学、医药和计算机的团体可以公平地拥有话语权。

HBP是一次团结一致的努力

我们想以这样的声明作为结束,HBP的根本目标是服务于全世界的神经科学、医药和计算机团体。我们希望是,这项工程能够团结这些团体,并且在与合作项目一道努力的情况下,我们能够取得显著地、广泛的成果。HBP并不是一个基金机构,并且遗憾的是,它不能在所有阶段包含进所有有价值的工作。HBP的目标是,通过构建能让包括公开信签名者在内的所有人都发现用途的技术,形成统一的框架。我们强烈希望我们能共同奋斗,把HBP打造成欧洲的旗舰典范。

HBP董事会

HBP执行委员会”

先关链接:

欧盟资助12亿欧元让科学家复制人类大脑

700多名科学家联合发难“人类大脑工程(HBP)”

《至欧盟委员会的一封关于人类大脑工程的公开信》完整译文