欧洲脑计划十年无果，理解人脑到底有多难？

朱秋雨

一个烧掉欧洲47亿元人民币、耗时10年的人类脑计划（HBP），于2023年9月正式终结。结果是，这个大科学计划远远没有预期的顺利。

这个野心勃勃的人脑计划，缘起于瑞士科学家亨利·马克拉姆（Herry Markram）。早在2005年，他便提出自己的构想：人类即将可以完全理解我们的大脑，并且，最终可以通过计算机仿真全脑。

“人的认知、记忆和精神疾病，都是人脑神经元和电信号的表现，”亨利在2009年的TED演讲上说，“我们将使用超级计算机模拟人脑的100亿突触。这样一来，针对精神疾病，人类就有了具体的解决办法。”

亨利的构想影响了一批欧洲科学家。他们相信，“虚拟人脑”将成为可能。

现实是，动用了超500名顶尖科学家的HBP计划，十年间只得到了些许进展。

比如，HBP的科学家们在大脑前额叶皮层发现了六个此前人们从未知晓的区域。这些区域能帮人们使用语言、集中注意力、储藏记忆和处理音乐。

比如，科学家发现，人脑额外皮层一个区域的结构和功能，能影响抑郁症的基因表达。

只是，这些发现都与“人类脑计划”的目标差距甚大。8月22日，《自然》发表文章，全面回溯了HBP十年的得与失，指出这些年围绕HBP的所有争议，都源自同一个问题：太支离破碎。“（科学家）有很多精妙的科学发现，却缺乏多尺度的整合，也没解决大问题。”

“系统性理解动物之中最高效和最智能的人脑”这个艰巨任务，最终还是打败了欧洲最聪明的一群人。

问题出在哪？已经在地球生活百万年的人类，为什么始终还原不了自己的大脑？

争议起点

长达十年的欧洲人脑计划，在今年9月结束。

2023年3月，欧盟委员会拒绝了为HBP拨款3800万欧元（约合人民币2.9亿元）的要求。但在6月，欧盟委员会宣布再度考虑拨款计划，具体结果要等2024年公布。这意味着，HBP努力了10年建立的EBRAINS—一个集成多国脑科学数据和工具的在线平台，很可能面临无法延续的窘境。

HBP如今的结局，与10年前的锋芒差别甚大。2009年，由于担心计算机、数字服务等技术落后于美国，欧盟委员会决定出资设立“未来新兴技术旗舰项目”。每个入选项目可获得共计10亿欧元（约合人民币79亿元）的资助。

2013年，由欧盟牵头、26个国家共计135个合作机构参与的“人类脑计划”，正式启动。领头者便是亨利·马克拉姆，一个在欧洲脑科学领域正崭露头角的人物。

同样在2009年，马克拉姆对外宣布，团队成功在IBM的超级计算机上构建了一个出生2周大鼠的新皮层柱模型。

这其中包括1万个简化的鼠脑神经元模型，考虑了几百种神经元的分布与密度，甚至，涵括了每个神经元跟好几千个神经元发生联系的情况。这在当时的脑科学界属于一大突破。

马克拉姆在2009年的TED演讲中透露，还原鼠脑是一个计算量巨大的工作。“一个笔记本电脑，只能完成1个神经元的计算工作。”所以，还原1万个鼠脑神经元工作，需要1万台电脑合力。

这位在当时48岁正当壮年的科学家，因为模拟出鼠脑自信满满，野心勃勃。那时记者问他，“什么时候您才能仿真人脑，而不只是某个部分的鼠脑”时，他回答：“这只是一个尺度的问题，也是一个精度的问题……从技术层面上讲，利用计算机和数据采集技术，有可能在10年内建立起人脑模型。唯一的问题，便是经费。”

话音一落，令众人咋舌。要知道，光是鼠脑全脑，就有数千万个神经元，猴脑有数十亿个，人脑更是有大约860亿个神经元。况且，除了当时计算能力有限以外，模拟人脑对当前技术、伦理都是极大挑战。

在2013年的欧洲，27名科学家组成的评估组中，25人都不看好马克拉姆的计划。

而马克拉姆，就这么用雄心与气势，令欧盟愿意掏出腰包，支持十年的人类脑计划。

许多学者都站出来质疑。复旦大学知名教授顾凡及在当时发文，称不大可能在十年内创建一个人工全脑。他后来又在著作《脑海探险，人类如何认识自己》中，再度对马克拉姆的计划表示怀疑。

彼时，在2013年的欧洲，27名科学家组成的评估组中，25人都不看好马克拉姆的计划。

面对漫天的异见，马克拉姆一如既往的坚定：“当科学规划出一条新道路时，争议自然会随之而来。”

“想想这事有多难”

现在，是时候听听异议者的理由了。

知名记者、普利策获奖者Ed Yong在2019年再度掀起脑科学界的讨论。他撰文指出，离马克拉姆2009年演讲所说的10年之约已至。现在回看HBP的成果，毫无疑问，“他失败了”。

Ed Yong評价，失败的原因有很多。比如，“我们对脑的认识还很肤浅，未知之处多于已有的认识”。而在没有全面认知大脑的情况下，马克拉姆“犯了循环逻辑的错误—试图用仿真脑的方法来认识脑”。

顾凡及也发文分析，马克拉姆仿真全脑计划，最大的致命伤在于，脑科学尚未像其他学科一样，有一套完整的理论框架。

而反观历史上成功的大科学计划，例如阿波罗登月、制造原子弹的曼哈顿计划，“这些计划的后面都有坚实的理论基础”。

野心勃勃的脑计划，对应的是现实中有登天难度的脑科学研究。

暨南大学粤港澳中枢神经再生研究院博士生赵立伟向南风窗介绍，实际研究中，由于人脑本身的复杂性，以及脑不同于其他器官的特殊性，脑科学在技术、研究方法等方面至今仍困难重重。

举个例子，在认识其他人体器官时，它们可以被视为一个整体，各部分功能相差无异。研究者只需取出一小块作为样本，便能得知全貌。但在人脑皮层的不同区域，结构和功能十分多样。解锁了一块区域的结构和功能，也无法了解人脑的全貌。

“人脑系统非常复杂，至今仍然没有一个系统的理论解释大脑处理信息的作用机制。”赵立伟说。

不仅理论缺失，赵立伟告诉南风窗，脑科学研究面临非常多的具体难题。比如，人脑在人死亡后会迅速液化，失去外形和结构。因此，需要快速处理和保存。“大脑跟其他的组织都不一样，相对来讲处理标本的程序更多，很麻烦。”

同时，对脑进行实验，研究者还需要格外谨慎地遵循伦理法则。他介绍，当下出于伦理的考量，许多脑科学研究者会优先使用鼠脑进行实验。“使用小鼠实验，一来它们基因接近于人，饲养方便，价格便宜，还不需要面临那么多的伦理问题。”

他介绍，多数脑科学动物活体实验中，一般使用鼠、兔子等啮齿动物，或者猴子一类的灵长类动物，来取代宝贵的人脑。

但硬币的背面，赵立伟说，研究人员也不确定在动物身上的大量实验，最终能否被应用到人脑上。

“这些成果在用于解决人类大脑疾病时，能提供多大价值，往往都是未知的。”

除了研究理论、手段的局限，另一个认识人脑的难度在于，这是一个永远变化的、动态的系统。

北京大学心理与认知科学学院研究员、博士生导师王征表示，如果将脑科学比作森林，认识大脑的各个部位就好比了解森林里形态各异的树。

但是，即使透彻地知晓了树的种类和作用，这时森林里如果吹了一阵风，“树被吹得七倒八歪时，这个森林的形态会变成什么样子，我们还在研究中……实际情况真的太复杂”。

美国加州行为研究与技术研究所高级研究员罗伯特·爱泼斯坦也曾撰文解释，系统性地理解人脑的难点在于，“每个人都是独特的”。“这令人沮丧，使得神经学家的任务变得超乎想象地困难。”

系统性地理解人脑的难点在于，“每个人都是独特的”。

人脑与变化着的个体经历和外部世界紧密相关，爱泼斯坦解释：“光是理解大脑如何产生智慧，不仅需要知道860亿个神经元和它们的100万亿个联结的即时状态、联结的不同强度、存在于每个联结点上超过1000个蛋白质各自的状态，还要知道大脑的即时活动如何影响人脑的系统性功能。”

“再加上每个人生命经验的独特性，一定程度上造成每个大脑的独特性，”爱泼斯坦说，“想想这事有多难吧。”

只是，上述种种限制，马克拉姆一开始并非没考虑到。2012年，他在《科学美国人》发表了一篇题为《人脑计划》的文章，全面阐述了他的设想。

他理解当前脑科学的局限。

他写道：“（神经科学领域）每年都会发表6万篇脑研究论文，每篇都很出色，但都局限于一隅。”

“如果按照常规办法，在各种条件下对各物种逐个测量，脑里面的每个基因、蛋白质、细胞、突触与回路，那么即使再过一个世纪或更长，也还是解决不了系统性的问题。”

所以，他的办法就是，提出脑计划，想把全世界现有的研究数据整合在一起；接着利用超级计算机，建立统一的计算机模型，对人脑进行仿真。

仿真脑，从而全面认识脑。

他甚至相信，利用计算机技术，人类在10年内可以看到一个光彩夺目的人脑。我们可以模拟大脑的组成神经元、沿神经元流动的电活动，还能通过计算机模型看到基因的开启和关闭……

依然重要的大问题

现实最终站在了多数人的这边。

马克拉姆最终被证实是天真、狂妄又激进的。

2014年，为了尽快完成目标，马克拉姆带领的HBP执行委员会砍掉了认知神经科学的大量研究，导致18个实验室退出了项目。随后，他被160名科学家集体写信抗议。

2015年2月，马克拉姆领导的执行委员会在集体投票下解散。

HBP换了一波带头人。

新任委员会对脑计划提出了新设想：HBP今后要创建名为EBRAINS的信息平台，整合科学家收集的神经元的数据，大脑解剖、连接和功能等信息，从而推动人类系统地理解人脑。

重新修订的脑计划，相比此前，收敛住了野心。在2020—2023年，HBP的最后一个阶段，研究人员推出了人脑图谱，详细描绘了大脑从细胞和分子结构，到功能模块和连接的多层次组织。

这是一个简化版的大脑。用HBP科学家的说法，这是“大脑版的离线谷歌地图”。

只是，这样的进展，究竟是否值得耗时10年完成，又是科学界的一个分歧。《自然》杂志评价，HBP的科学成果支离破碎。德国哥廷根大学的理论神经物理学家弗雷德·沃尔夫评价说：“一个持续十多年的项目，我希望它能在概念上有所突破，但HBP并非如此。”

巴黎综合神经科学与认知中心神经科学家戴维·汉塞尔认为，HBP缺乏优先次序，合作有限，这意味着它未能充分利用其规模，也未能真正将神经科学界团结起来。

“一个大科学项目，却没有列出首要的问题，只是笼统地提出想了解人脑。”汉塞尔批评。

美国国立卫生研究院的主任約翰·恩盖提出了相反的观点。他说，在脑科学未成熟发展的阶段，欧洲的人脑计划强调数据收集，而非假设驱动，也站得住脚。

来自现实的需要—无论是人工智能高速发展，还是老龄化社会下脑疾病的高发，都在催促科学家尽快了解人脑。

“大科学计划并不总是关于登月的，尤其是在实现目标的步骤还不确定时。”恩盖认为。

分歧的背后，拷问的是人类对了解自身大脑的野心与具体路径。只是在现阶段，各国研究者都感受到了紧迫。

来自现实的需要—无论是人工智能高速发展，还是老龄化社会下脑疾病的高发，都在催促科学家尽快了解人脑。

事实上，近年来世界各国，都在加大对脑计划的投入。美国2013年启动了“创新性神经技术大脑研究”计划，旨在通过开发新技术，生成大脑的动态图片。2014年，日本启动了十年计划，意图通过绘制狨猴的神经环路，理解复杂的人类大脑。

2021年，中国脑计划正式开启。项目带头人、中科院神经科学研究所所长蒲慕明对媒体介绍，对比其他国家，中国脑计划的特点是，把脑疾病和脑启发的人工智能放在特别优先的位置，“而不是作为在我们更加完整地理解脑之后的长期目标”。

蒲慕明介绍，脑活动是高度动态化的，因此绘制活体脑中的实时神经活动并理解其含义，是极度困难的。现在这件事只在有着透明脑的小型动物，如线虫和斑马鱼幼体中才行得通。“我不确定我们能否在可预见的未来中做到这一点。”

王征也介绍，人脑的运作机制始终像“黑匣子”。而当下针对许多脑疾病的诊疗手段，便是在人脑是“黑匣子”的状况下，摸索进行。

南风窗记者问他，倘若如此，“了解大脑系统性的规律，对脑科学领域还重要吗？”

“当然重要。”王征回答，“黑匣子中摸索出来的治疗方法，最大的问题是不能泛化。这些手段推广到不同的个体或疾病场景，还存在困难。”

上述研究者都坚信，随着科学的发展，脑科学的终极目的，仍是系统性地理解人脑。人类也会等到克服人脑之谜的一天。

当下还像复旦教授顾凡及形容的：“我们现在只是站在脑科学新大陆的海岸边，极目眺望着这片广袤无际的处女地。不过无论如何，我们总算已经远渡重洋来到了这里。这是脑和心智之谜无穷的魅力所在。”

（应受访者要求，文中赵立伟为化名）