耗时10年，烧完48亿，发表数千篇论文，人类大脑计划最终宣告失败？

编译丨王聪

来源丨Nature

 

人类的大脑是宇宙中最复杂的结构，它包含了约860亿个神经元，而这些神经元之间又有着超过100万亿个突触连接。人类大脑计划（Human Brain Project，HBP）是欧盟资助过的最大研究项目之一，该计划旨在实现一个宏大的目标——通过在电脑中模拟人类大脑来理解人类大脑。然而，这个历时10年、500位科学家参与、耗资6亿欧元（约合48亿元人民币）的大型研究计划，即将在下月底宣告结束。

 

在人类大脑计划的运行过程中，参与该计划的科学家们发表了数千篇论文，并在神经科学领域中取得了一些重大进展，例如创建了至少200个大脑区域的详细3D图谱，开发了治疗失明的大脑植入物，使用超级计算机模拟记忆和意识等功能，并推进了各种脑部疾病的治疗等等。

 

 

这一雄心勃勃的计划在启动之初，几乎没有人相信大数据的潜力以及利用这些数据或超级计算机来模拟大脑复杂功能的可行性。几乎从一开始，人类大脑计划就招致了批评，而实际上，该计划最终也确实没有实现模拟整个人类大脑的目标，该计划在运行过程中曾数次改变方向，这也使得其科学产出变得碎片化、马赛克化。

 

人类大脑计划的领导者们希望通过一个名为EBRAINS的虚拟平台，使我们对大脑的理解更近一步。EBRAINS是人类大脑计划的一部分。EBRAINS是一套工具和成像数据，世界各地的科学家可以使用它进行模拟和数字实验。但现在，这个分支项目的资金来源仍不确定。当世界其他地方的大型、预算巨大的大脑研究项目正在高速运转的时候，欧洲的科学家们对自己的项目正在逐渐停止而感到沮丧。

 

命途多舛

 

 

人类大脑计划（HBP）从一开始就备受争议，当它在2013年正式启动时，其主要目标之一是开发所需的工具和基础设施，以更好地理解大脑的功能、组织及相关疾病，以及基础和临床神经科学的小型项目。该计划最初得到了10亿欧元的资金承诺，最终，该项目获得了6.07亿欧元资金。

 

 

但该计划在开始的第一年就遇到了麻烦，该计划的创始人、洛桑联邦理工学院的神经科学家 Henry Markram 宣称，人类大脑计划将能够在十年内在细胞水平上重建和模拟人类大脑。这一断言引发了神经科学家的广泛质疑。

 

面对质疑，Henry Markram 表示，当科学开辟一条新道路时，争议自然会随之而来。

 

 

外界认为，当初提出如此宏大的目标可能有助于人类大脑计划的起步，如果没有这一雄心勃勃甚至显得荒谬的目标，该计划可能拿不到如此大规模的资金资助。

 

随着时间的推移，Henry Markram 的领导越来越不受欢迎。2014年，他和执行委员会的另外两名成员改变了该计划的重点，砍掉了一系列认知神经科学的研究，导致该领域的18个实验室的离开。作为回应，150多名科学家签署了一封抗议信，敦促欧盟委员会重新考虑人类大脑计划的目的并及时进行第二轮资助。抗议信中还提到，该计划管理不善，部分偏离了科学进程。但 Henry Markram 则表示，神经科学界的一些人还没有准备好为同一个愿景而团结起来。

 

此后，欧盟成立了一个由独立专家组成的委员会来调查该计划的运行，并修订其科学目标。委员会建议人类大脑计划应该重新评估和更清晰地阐明其科学目标，并重新将认知神经科学和系统神经科学纳入其核心项目。2015年2月，人类大脑计划委员会投票解散上述三人执行委员会，并用一个更大的委员会取而代之。

 

这一波折进一步加剧了科学家们对该计划的怀疑态度。而与此同时，世界上其他地方的大型大脑研究计划正在全速开展。美国和日本与人类大脑计划同时启动了大脑研究计划，中国的大脑研究计划于2021年启动，澳大利亚和韩国的大脑研究计划则已进入第七个年头。

 

然而，人类大脑计划的闹剧并未随着三人执行委员会的解散而结束。2016-2020年期间，该计划的高级管理层发生了几次变化。与此同时，该计划开始加速发展。2016年，作为该计划发展阶段的结果，人类大脑计划推出了6个专业操作平台，涵盖了诸如大脑模拟、高性能分析和计算以及神经机器人等领域。他们的想法是随着时间的推移将这6个方向整合起来，但在一开始，它们相当独立。

 

代表性研究成果

 

撇开混乱的管理不谈，人类大脑计划还是积累了一些重要而有用的科学知识。通过创建和结合约200个大脑皮层和更深层次的大脑结构的3D地图，科学家们绘制了人类大脑图谱（Human Brain Atlas），并可以通过EBRAINS访问。该图谱描绘了大脑的多层次组织，从细胞和分子结构到功能模块和连接，这就像是针对人类大脑的谷歌地图。

 

该图谱利用捐献的死后大脑获取的数据生成了标准化地图，并考虑了人与人之间的自然差异。通过该图谱，科学家们确定了前额叶皮层中六个以前未知的大脑区域，这些区域负责我们的记忆、语言、注意力和对音乐的处理。通过与其他图谱配对，科学家们还揭示了与抑郁症相关的基因表达变化与额叶皮层区域的结构和功能变化之间的联系。

 

人类大脑计划已经详细描述了人类大脑解剖结构，并开发了将大脑结构和功能与基因表达联系起来的工具

 

他们还开发了专门的算法，可以从显微图像中构建大脑区域的全尺寸支架模型。利用这个算法工具，研究人员绘制出了海马体CA1区（该区域对于记忆非常重要）的详细地图，这张地图包含了大约500万个神经元和400亿个突触。

 

此外，该计划的一些发现也已经转化为临床应用，使用个性化的大脑模型——“数字孪生”（digital twins）——来改善癫痫和帕金森病的治疗。数字孪生是对一个人大脑的数字化表征，将个人的大脑扫描数据与模型相结合。2019年6月启动了一项名为EPINOV的临床试验，探索利用大脑扫描数据建立的数字模型是否有助于识别癫痫发作的起源，并提高癫痫手术的成功率。

 

人类大脑计划最初的目标还包括开发以大脑为模型的计算系统，该计划的科学家们已经为能够模拟大型类脑系统的神经网络做出了贡献，这些神经网络可以用来测试有关大脑如何工作的想法，也可以用来控制机器人或智能手机等其他硬件。

 

仅窥一斑、未见全貌

 

该计划自始至终都贯穿着一大问题——碎片化，这也是神经科学研究中的一个长期存在的问题。在过去三年里，该计划尝试通过将技术整合到EBRAINS平台中来解决跨学科子项目的碎片化问题。横跨整个计划的六个平台也开始开发兼容工具和共享数据标准，一些研究团队被重组以关注特定的科学挑战，而不是整个学科。但要做的工作还有很多。

 

一些研究人员认为，人类大脑计划产生的这些零散科学结果，源于缺少聚焦。它没有列出需要解决的最重要且合理的问题，而是大而空的“理解大脑”。整个计划缺乏优先级，研究团队之间的合作也有限，这意味着它未能利用其规模，没有将神经科学界团结在同一个目标下。

 

项目遗产

 

到下个月底，人类大脑计划将停止资金发放。虽然该项目中的一些工作获得了继续资助，但对于大多数又该计划有关的研究人员来说，未来并不确定。

 

虽然人类大脑计划搁浅了，但许多科学家还是希望之前的工作以及EBRAINS平台将成为未来几年欧洲神经科学的基础。

 

2018年1月，人类大脑计划获得了5000万欧元资助，用于为EBRAINS开发交互式超级计算工具和数据存储服务。例如，研究人员利用EBRAINS平台观察大脑对刺激的反应，并开发出模仿大脑的机器人。EBRAINS平台已经产生了一些有价值的工具，其他地方的脑科学计划也有类似的平台，但它们缺乏EBRAINS所提供的规模和服务。

 

 

今年3月，欧盟委员会拒绝了3800万欧元的申请以维持EBRAINS的运行，而今年6月份该平台重启了同样资金的申请，如果再不成功，该平台将只能依赖于私人资金和单个欧盟国家的资金支持。与此同时，欧盟委员会正准备对人类大脑计划进行评估，最终审查将于11月开始，预计将于2024年1月公布。

 

此外，欧盟委员会及其成员国正在计划欧洲脑健康研究的下一阶段，该阶段将专注于使用个性化的大脑模型来推进药物发现和改善脑部疾病的治疗。而未来的脑科学研究计划需要避免再次出现人类大脑计划遇到的困境，需要支持一些小规模、更聚焦的，以及雄心勃勃的综合项目。

 

而人类大脑计划这一大型科学计划在运行过程中建立的一些专注于共同目标的科学家群体，才是该项目真正不朽的遗产。

 

原文链接：

https://www.nature.com/articles/d41586-023-02600-x