藍腦計畫

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藍腦計畫(英語:Blue Brain Project)嘗試利用分子層級的哺乳類腦部逆向工程建立一個電腦模擬腦。該計畫於2005年5月由瑞士洛桑聯邦理工學院腦與心理研究所(EPFL)在瑞士成立,其任務是利用生物學數據重建和哺乳動物大腦模擬(腦模擬英语Brain simulation)來識別大腦結構和功能在健康和疾病的基本原則。

該計畫由創始人亨利·马克拉姆領導,他也是歐洲人腦計畫的負責人,由Felix Schürmann和Sean Hill共同執導。本計畫使用藍色基因超級電腦運行Michael Hines的Neuron(軟體)英语Neuron (software),電腦模擬並不僅是包括人工神經網路模型,也包括生物過程的真實神經元模型[1][2][3],和一個經驗重建模型连接组(connectome)。這個計畫希望最終能夠揭开意識的本質[3]

目前已經有一些相關的子計畫領域,包括卡哈爾藍腦(Cajal Blue Brain (Spain)),它是由马德里理工大学马德里高速運算和可視化中心英语Supercomputing and Visualization Center of Madrid(CeSViMa)所主控,其它子系畫則由英國、美國和以色列的大學以及獨立實驗室所執行。

目標[编辑]

該計畫的最初目標於2006年12月完成[4],模擬了老鼠的新皮層柱,一些研究人員認為這是新皮層最小的功能單位[5][6],這被認為是負責意識思維等高級功能。在人類中,每個柱體長約2毫米(0.079英吋) ,直徑0.5毫米(0.020英吋) ,包含約60,000個神經元。 大鼠新皮層柱在結構上非常相似,但只包含10000個神經元和108個突觸。 在1995年到2005年間,馬克拉姆對這個柱描繪了神經元類型以及它們之間的連接。

進度[编辑]

2007年11月[7],該計畫報告了第一階段的結束,發表了一個用於創建、驗證和研究新皮層柱的數據驅動過程。

到2005年,第一個細胞模型完成。到2008年,建成了第一個由10000個細胞組成的人工細胞新皮層柱。截至2011年7月,已建成100個新皮層柱組成的細胞中央環路(mesocircuit),包含100萬個細胞。 在2014年計劃了一個細胞的老鼠大腦模型[需要更新],包含100個中央環路,共計1億個細胞。據預測,建成人類大腦將在2023年成為可能,其細胞數量相當於1000個老鼠大腦,細胞總數將達到1000億個[8][9]

2005年,該計畫將其初步成果發表在科學文獻上,旨在一個分子水平上建立模擬[1],從而研究基因表現的影響。它還旨在簡化柱的模擬,允許平行模擬大量連接的柱,最終模擬完整的新皮層,而人類的新皮層由大約100萬個皮層柱組成。[來源請求]

2015年,瑞士洛桑聯邦理工學院(Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, EPFL)的科學家們建立了一個定量模型,揭示了先前未知的膠質細胞、星形膠質細胞和神經元之間的關係。該模型透過神經膠質血管單元(NGV)的功能來描述大腦的能量管理。另外將一層神經膠質細胞加入藍腦計畫模型中,以改善系統的功能。[10]

2017年,“藍腦計劃”發現,神經元簇英语Neural clique之間存在多達11個面向的聯繫。該計畫負責人表示,在一定程度上,我們很難理解大腦,部分是因為通常用於研究網路的數學方法無法探測到那麼多面向。藍腦計畫能夠利用代數拓撲[11]對這些網路進行建模。

據《科學日報》報導,2018年,“藍腦計劃”發布了首個數位3D腦細胞圖譜,這就像是「從手繪地圖到谷歌地球」,提供了大腦737個區域的主要細胞類型、數量和位置資訊[12]

2019年,參與“藍腦”計畫的計算神經科學家伊丹·塞格夫(Idan Segev)發表了一場題為《計算機中的大腦:我從模擬大腦中學到了什麼》(Brain In the computer: what I did I learn from the Brain)的演講。在他的演講中,他提到整個老鼠大腦皮層已經完成,虛擬腦電圖實驗即將開始。他還提到,這個模型對他們當時正在使用的超級電腦來說,實在過於沉重,因此他們正在探索將每個神經元都表示為一個神經網路的方法。

相關題目[编辑]

參照[编辑]

  1. ^ 1.0 1.1 Graham-Rowe, Duncan. "Mission to build a simulated brain begins", NewScientist, June 2005.
  2. ^ Palmer, Jason. Simulated brain closer to thought, BBC News.
  3. ^ 3.0 3.1 Segev, Idan. ASC 2012: Prof. Idan Segev - The blue brain. The Hebrew University of Jerusalem. [31 May 2013]. 
  4. ^ Project Milestones. Blue Brain. [2008-08-11]. 
  5. ^ Horton, JC; Adams, DL. The cortical column: a structure without a function. Philos. Trans. R. Soc. Lond. B Biol. Sci. April 2005, 360 (1456): 837–62. PMC 1569491. PMID 15937015. doi:10.1098/rstb.2005.1623. 
  6. ^ Author: Rakic, P. | Journal: National Academy of Sciences |105[34] | pp: 12099-12100 | web: http://www.pnas.org/content/105/34/12099.full
  7. ^ News and Media information. Blue Brain. [2008-08-11]. (原始内容存档于2008-09-19). 
  8. ^ Henry Markram: Simulating the brain; the next decisive years, video [3/3] 07:00. [2011-08-29]. 
  9. ^ Henry Markram: Simulating the brain; the next decisive years - 07:00. [2011-08-29]. 
  10. ^ Multi-timescale Modeling of Activity-Dependent Metabolic Coupling in the Neuron-Glia-Vasculature Ensemble. PLOS Computational Biology, 2015. http://journals.plos.org/ploscompbiol/article?id=10.1371/journal.pcbi.1004036
  11. ^ "Blue Brain Team Discovers a Multi-Dimensional Universe in Brain Networks". Frontiers Science News, June 12, 2017.
  12. ^ Blue Brain Project releases first-ever digital 3D brain cell atlas. ScienceDaily. November 28, 2018 [18 April 2019]. 

參考[编辑]

外部連結[编辑]