人类大脑计划陷入困境

管季超0712

位于布鲁塞尔的项目资助者，他们将政治置于科学之上。自2013年项目启动以来，欧盟委员会并没有对HBP的管理进行定期检查和调整。项目的管理被各方的利益冲突搞得一塌糊涂。 （环球科学供图/图）

2013年，欧盟委员会给神经科学家亨利·马克拉姆拨款13亿美元资金，用于开展一个近乎鲁莽的计划——用超级计算机模拟人脑。两年过去了，经费达十多亿美元的“人类大脑计划”却是一团混乱。是管理出了问题，还是“大科学”模式本身有着无法避免的缺陷？

数十年来，亨利·马克拉姆（Henry Markram）一直梦想着用逆向工程的方法理解大脑。1994年，当马克拉姆还只是德国马普医学研究所的一名博士后研究员时，他成为了世界上第一位同时“钳住”两个活体神经元的科学家（他利用显微吸管检测了这两个活体神经元之间的放电情况）。这项工作揭示了突触增强或减弱的过程，使科学家可以研究大脑如何学习并对其建模。这项工作让马克拉姆在著名的以色列魏茨曼科学研究所获得了资深科学家的职位。1998年，他晋升教授职位时，已经是这个领域中最负盛名的科学家之一了。

但马克拉姆却开始感到沮丧。尽管全世界的科学家每年都发表了数万篇神经科学方面的研究论文，但对大脑基本功能的理解却没有重大突破，在治疗神经疾病方面也鲜有进展。马克拉姆的沮丧还包含了个人因素。当他还在德国时，他的儿子凯（Kai）就被诊断为自闭症。2013年接受《卫报》（The Guardian）采访时，马克拉姆表示希望可以“模拟出儿子的大脑，体验一下凯看到的世界是什么样”。他认为，达到这个目标的唯一途径就是超越目前的研究思路——不是单独地用实验研究行为、疾病或大脑的解剖结构，而是对整个人脑进行建模。

在2009年的TED演讲中，马克拉姆第一次向大众描述了他的美好愿景——用超级计算机模拟大脑中860亿个神经元以及100万亿个突触的活动。他向听众许诺，“我们可以在10年内实现这个目标”，还暗示说，这样的数学模型甚至可能拥有意识。他向听众描述，10年以后，“我们将给你寄送……一个全息投影与你交谈”。马克拉姆还在很多演讲、采访和文章中提到，这样的大脑数学模型将给脑科学研究带来很多突破性进展——如数值模拟可以启发药物研制，取代一些动物实验，或是帮助人们对阿尔茨海默病等神经疾病有更清晰的理解。不仅如此，大脑模型还可以衍生出新的技术，使电脑的计算速度得到提升，或是制造出可以执行复杂任务甚至具备智能的机器人。尽管很多科学家对马克拉姆的梦想充满怀疑，但他还是拥有很多支持者。2013年1月，欧盟决定拨给马克拉姆13亿美元，让他用10年时间，模拟出人脑——他的梦想似乎就要成真了。

仅仅两年不到，“人类大脑计划”（Human Brain Project，简称HBP）早已饱受质疑甚至嘲讽，混乱不堪。科学媒体上的批评文章用“大脑迷雾”或“大脑残骸”等词描述这个计划。YouTube上甚至还有一段嘲讽该计划的搞笑视频。视频中的一位西班牙脱口秀嘉宾不能自制地狂笑不已，而视频所配的字幕让人觉得他仿佛是在评论马克拉姆的大脑计划一样（实际上，这位嘉宾在聊烹饪西班牙烩饭的事）。很多认识马克拉姆的科学家用“迷途的天才”描述现在的他。目前，马克拉姆在项目中的执行领导职务已被撤除，管理部门还要求他不能和媒体交流。项目的新任执行主任是克里斯托夫·埃贝尔（Christoph Ebell），他说马克拉姆近来已经不参加HBP内部会议了，只是指派一位代表来和项目的管理团队交流。

在欧洲，神经科学家对“人类大脑计划”的态度也有着巨大的分歧。2014年7月，一封指责HBP的科学研究和管理方式的公开信很快获得了八百多位科学家的签名。这些科学家还威胁要抵制大脑计划。本该是全欧洲共同合作的一个项目却遭到了如此多的反对，迫于压力，马克拉姆只能在今年3月启动调解措施，以回应批评者的指责。一个由27位科学家组成的调解委员会仔细审查了两派的论述，结果，在整个委员会中，除了两位科学家以外，其余科学家几乎对批评者的每条观点都表示赞同。

在长达53页的报告中，调解委员会呼吁对整个HBP进行彻底修正，不仅要重新设置管理层，还要修改科学目标。HBP现在正在经历全面重整，以后的项目目标以及可能的运作模式都是未知数。虽然欧盟成员国的科技部和其他研究机构要为项目提供5.7亿美元资金，但目前还没有国家对这一件事表态，而这些国家的态度很可能影响大脑计划的雄伟目标和进程规划。

很多评论认为这个高调的计划已经走上歪路，其中大部分主要关注于马克拉姆个人以及他的管理风格。但这只是事实的一个方面。总体看来，马克拉姆对科研的热忱毋庸置疑。但是一切问题的根源并不在功能紊乱的HBP瑞士总部，而是在数百千米以外的布鲁塞尔。那里坐落着欧盟的执行部门——欧盟委员会，它管理的“大科学”基金体系，其实是政治与科学联姻的产物，不仅缺乏透明度，也缺乏控制力。这一切导致了HBP混乱的现状。安德烈亚斯·赫兹（Andreas Herz）是慕尼黑大学的计算神经科学教授，也是调解委员会成员之一，他说：“真正的问题并不在HBP本身，而在欧盟的决策体系。”

巨额资金如何使用

“大科学”的概念最早来自第二次世界大战及当时的曼哈顿计划，自那时起，研究者们和政策专家们就对该理念争论不休。已故科学家、橡树岭国家实验室前主任阿尔文·M·温伯格（Alvin M. Weinberg）在1961年的《科学》杂志上撰文，仔细思考了像粒子对撞机、载人航天计划等耗资巨大的科学项目到底是“毁了科学”还是“劳民伤财”？他认为“大科学”是科研中出现“媒体风”的罪魁祸首，这种风气“在本质上就与科学方法相矛盾，使人们评价科学研究时只关注是否吸引眼球，而不是工作本身是否有科学意义”。他还忧心忡忡地认为，当研究者可以支配大量金钱时，科学家们有可能“只是会花钱，而没有想法”。

这些忧虑在当下依然存在，而“人类大脑计划”则让它们进一步浮出水面。如今的“大科学”往往是大规模、合作性、跨专业的研发项目。各个国家都在积极投入经费，希望可以获得突破性创新。在经费预算动辄数十亿美元的大科学项目中，神经科学还只是新面目。原来，这类经费仅留给国防和航空技术研究，如今则覆盖各个领域，而且规模大幅增加。

“大科学”如此兴盛有多个重要原因。很多研究领域现在已经变得过于复杂且耗资高昂，大规模合作往往是继续发展的最好方法。例如，“大科学”早已成为了物理学中的常规做法。为了探索最前沿的未知领域，物理学家必须用到大型粒子加速器，如位于日内瓦附近的欧洲核子研究中心（CERN）管理的大型强子对撞机。生物学中的“大科学”起始于上世纪90年代的人类基因组计划。这项耗时13年的计划由美国国立卫生研究院（NIH）和美国能源部共同发起，旨在对人类DNA进行测序，耗资约30亿美元。

21世纪的最初几年，神经科学好像也发展到了可以大规模推进的阶段。几乎在欧洲开展“人类大脑计划”的同时，美国也启动了一项预计耗资数十亿美元的BRAIN计划。以色列、加拿大、澳大利亚、新西兰、日本以及中国也都宣布了大型脑科学研究计划。美国国立精神健康研究所（NIMH）是BRAIN计划的组织机构之一。NIMH主任托马斯·R·因泽尔（Thomas R.Insel）说，促使政治家和科学家推动脑科学研究的原因有两方面，一是神经疾病患者增多，治疗费用高企，这让全世界都为此担忧；二是一些振奋人心的大脑操控技术的出现——如光遗传学等。因泽尔说：“你可以看到整整一代科学家都在做着相关的研究。不仅是在美国，全世界都是如此。”

然而，HBP让人们看到了这样的“大科学”项目是多么容易偏离预期，并提醒人们并不是用钱堆砌就可以攻克所有难题。对研究目标具体可行的技术类问题，这种做法确实取得了成功，如建造火箭或是基因组测序，但是在研究基础问题——比如对大脑的全新理解时，让一小群科学家和管理人员掌控数额惊人的资金是不是最好的方法呢？

人类脑计划陷入泥潭

马克拉姆今年53岁了，同辈科学家中很少有人能像他一样出众。这不仅因为他作为实验学家取得了很高成就，也因为他的梦想是如此宏伟。2005年，他在瑞士洛桑联邦理工学院成立了“蓝脑计划”（Blue Brain Project），IBM公司为该计划提供了一台名为“蓝色基因”（Blue Gene）的超级计算机。“蓝脑计划”用数据和软件来模拟大鼠大脑的一小部分，仅仅关注一群被称作皮层柱的神经元集合。通过该计划，科学家确实获得了一些知识，知道了如何对一些大脑回路进行数学建模，但批评的声音也表示，在研究大脑的工作原理上，这样的模拟其实没有多大用处。迄今为止，马克拉姆还没能在任何需要同行评审的杂志上发表过关于“蓝脑计划”研究结果的详细文章。然而，他却匆匆扩大研究规模，野心勃勃地迈向下一个目标——用超级计算机模拟整个人类大脑。

除了他的科学地位，马克拉姆还极富个人魅力。外表迷人又充满魅力的他被拥护者奉为神经科学界的梦想家。他对批评的声音嗤之以鼻，认为那些人只是不愿意接受HBP所代表的“研究模式的变化”。很多批评人士对马克拉姆的研究项目的科学基础提出质疑。主流科学家认为，即使如马克拉姆梦想的那样，通过模拟重现了大脑的细节，这些结果也无法帮助人们理解知觉、记忆、情绪等问题。打个比方，即使我们把一个个原子堆积成了一台电脑，我们对软件的运行原理依然是毫无头绪。批评者还指责马克拉姆夸大了项目的前景。以色列耶路撒冷希伯来大学埃德蒙与莉莉·沙弗拉脑科学中心的主任埃隆·瓦迪亚（Eilon Vaadia）说：“马克拉姆嘛，大家都知道的，他一直自以为无所不能。根本没人相信他所说的能够实现。”

尽管很多神经科学家极度怀疑马克拉姆的计划，但他却说服了那些有实权的人——欧盟委员会的投资者们。比起计划的科学可行性，这些投资者似乎更看重其潜在的经济和政治回报。埃贝尔说：“发起人类大脑计划的根本原因是，政治家们希望找到让欧洲工业重返领先地位的办法。”由于惧怕在计算机、信息服务和其他技术方面进一步被美国拉开差距，欧盟委员会旗下的、如今被称为“通信网络、网络数据和技术总司”的机构在2009年启动了一系列“旗舰”项目。竞争到该项目资格的研究计划可以获得至少10亿欧元的资金支持。这些项目既有科学意义，也充满了政治色彩。

据欧盟委员会2009年的文件所述，这些项目将使欧洲在未来的技术和其他方面“占据领先地位”。对于那些相信只要花上10年时间，贯彻既有计划就可以实现划时代创新的政客们来说，马克拉姆用超级计算机模拟人脑的计划，以及他在神经科学、医疗、机器人和计算机技术方面都会取得突破的许诺实在是太对胃口了。埃贝尔说：“这类计划正是最让马克拉姆来劲的，而他所讲的也正是官员们最爱听的。难道有哪位政客会不喜欢高喊‘我们欧洲人制造出了大脑’这种口号吗？这可是像登月一样令人激动。”

由于这一旗舰项目被视为展示性的研究计划，处于正常的科研基金申请流程之外，而且巨额研究经费必须要看起来合理才行，因此政府官员，甚至科学家们都倾向于夸大项目的预期结果。埃贝尔说：“开会时，会有人提醒你把自己的发言写得更激动人心一点。于是你就夸大了预期，结果每个人都这么说，甚至科学家也是。这是个恶性循环。由于项目涉及的金钱数额实在过于诱人，这种雪球很快越滚越大。”

在项目评审过程中，由25位欧洲学者（其中至少有一位神经科学家，但其他人来自别的领域）组成的评审委员会在6个候选项目中选择了两个作为资助目标。每个获选项目将获得10亿欧元（13亿美元）的经费，以每年1亿欧元的形式发放。HBP就是两个获选项目之一。和美国的习惯不同，欧盟委员会并没有在做出决议后公布评审团成员的身份。在寄给《科学美国人》的一份声明中，欧盟委员会辩护说，这是“为了保护评审团成员的个人和职业生活不受结果影响，同时也是出于对流程的质量和效率的考虑”。

令人困惑的是，自2013年项目启动以来，欧盟委员会并没有对HBP的管理进行定期检查和调整。据调解报告称，项目的管理被各方的利益冲突搞得一塌糊涂。报告还称，马克拉姆和另外两位科学家掌控着理事会，并因此决定了项目基金如何在112个参与机构间分配。不仅如此，马克拉姆和另外几位理事同时还是这些决定的受益者。报告写道，“更有甚者，（马克拉姆）还是所有顾问委员会的成员，会同时提交顾问报告”。英国伦敦大学学院的计算神经科学负责人彼得·达扬（Peter Dayan）说：“这反映了欧盟委员会在做决策时有多么混乱。”达扬同时也是调解委员会的一员，他说从没见过哪个这样规模的项目运营得如此不堪，“管理大型科学项目其实没那么难。”

直到神经科学家的公开信出现后，欧盟委员会的审查才开始提到HBP的管理问题。就在调解委员会发布详细批评报告的前几天，欧盟委员会也发表了一份审查报告（审查成员身份仅对欧盟委员会和HBP公开）。虽然这份报告在管理问题上远没有调解委员会写得明确，倒也明示了HBP需要改革。欧盟委员会同时对调解措施表示欢迎。不过，要是欧盟委员会能够更早更有效地进行监管，HBP也不会失控成这样。若不是神经科学界的反抗，HBP的组织方式现在是否会出现变革还未可知。

人类脑计划能否续写传奇

到目前为止，美国的BRAIN计划比HBP顺利得多。欧洲的HBP和美国BRAIN计划最根本的区别在于，后者并不是建立在单个科学理想之上。和HBP不同，BRAIN计划的决策模式引入了更多竞争机制，而且更为透明。这和布鲁塞尔那里孕育出HBP的政治黑箱不可同日而语。

自从接受了调解报告对项目的批评后，HBP经历了巨大的变动，这可能会让项目返回正轨，获得成功。埃贝尔表示，项目正在建设新的管理结构，未来不会将过多权力集中于马克拉姆和他的盟友身上。项目还将设立全新的、独立的监管机构。2014年，认知神经科学方向的一个子项目之前被移出了核心研究计划，这件事曾加剧了批评者对HBP的攻击，如今该项目也已恢复。一个更加开放、更具竞争性的HBP经费申请流程也在筹划之中。埃贝尔说，包括马克拉姆的团队在内，参与计划的每个研究组从现在开始都必须每两年重新申请一次经费。

项目会将更多注意力放在开发数据分析工具和软件上，而不是只盯着如何模拟大脑。尽管调解委员会将HBP关于理解大脑和治疗神经疾病的期望批评为“天方夜谭”，且“没有科学可信度”，但是批评者还是支持项目的其他目标的——如为神经科学开发计算工具、实现数据整合以及建立数学模型等。

通过将力量集中于马克拉姆梦想最开始的核心部分——“大数据”计划，欧洲的HBP甚至可能成为美国BRAIN计划的完美补充，即分析BRAIN的新技术带来的海量神经数据。假如HBP能被精简至其技术核心——为神经科学研究发展可用的计算工具和模型，虽然听起来有点无趣，却反而可能成为亨利·马克拉姆为神经科学留下的具有长远影响的伟大财富。

（Scientific American中文版《环球科学》授权南方周末发表，马骁骁翻译，文章有删节）