亨利 馬克拉姆在超級電腦中創造大腦

我們的任務是建造 一個詳細而真實的 人類大腦的計算機模型。 在過去幾年里，我們在一小塊嚙齒類動物 的腦上做了一個 用來驗證這個概念的測試， 現在根據這個試驗我們要把項目的規模擴展到 人類大腦的規模。

為甚麼我們要做這項工作？ 有三個重要的原因。 首先，是理解人類大腦對我們來將是非常重要的 如果我們想在社會中繼續前進 我認為這是進化過程中非常關鍵的一步 第二個原因是 我們不能總是繼續拿動物做試驗 還有我們必須要把我們所有的數據和知識收錄進 一個有效的模型當中。 就好像諾亞的方舟。好像是一个文庫。 第三個原因是地球上有20億人 的生活被精神障礙所影響。 而目前所廣泛使用的藥物 都是經驗性的 我認為我們能夠對治療精神障礙 提出非常堅實的方案。

即使是在現階段 我們可以使用大腦模型 來探究一些關於大腦 如何運作的根本的問題 在這裡，TED大會上，第一次 我想與大家分享我們如何來解決這個理論 有許多的理論 其中的一個關於大腦如何工作的理論是 所以，這個理論是大腦如何 創造、建立一個宇宙版本 並將這個宇宙版本像泡泡一樣 映射在我們的周圍。

當然這是一個經過許多個世紀爭論的話題 但是，這是歷史上第一次我們可以實際地利用 大腦模擬來解決它， 並提出非常系統性，非常嚴謹的問題 這個理論是是不是正確的 我們感覺地平線上的月亮非常大的原因 正是因為我們的感知泡泡 並沒有延伸到三十八萬公里之外 這真是太遠了 我們所做的是在我們的感知泡泡中 將其與附近的建築做比較， 接著我們做出了一個判斷 我們判斷它是那麼大的 即使在我們眼裡它並不大

這個例子說明的是 判斷是讓我們的感知泡泡成立 並保證它活躍的關鍵因素。 失去了判斷，你既看不見東西，也不能思考 甚麼都感覺不到 你可能以為麻醉劑的工作方式是 讓你進入酣睡的狀態 或者阻撓神經受體的運作來讓你感覺不到疼痛 但事實上大多數麻醉劑並不是這樣生效的 它們所做的是在大腦中產生一種噪音來 讓神經元細胞互相之間無法理解 它們被搞糊塗了 這樣你就不能做出判斷 所以，當你還在努力着集中注意力 要搞清楚醫生在你身上動手動腳的時候 對你的身體做了些甚麼，他早已經走人了。 他已經在家喝茶了 笑聲

當你走到一扇門前並打開它的時候 為了理解周圍環境， 你不得不做出判斷， 無數的關於房間與牆壁的大小，高度 以及房間里放的是甚麼東西的判斷。 99％你所看見的東西 並不是通過眼睛觀察到的 而是你對房間所做出的推斷 所以我一定程度上同意 ‘我思故我在’ 但是我卻不能說“你思故你在” 因為“你”這個概念是存在與我的感知泡泡之中

目前我們能推測並進行在哲理層面上研究這個理論 不過不用再這樣繼續幾百年了 我們可以問這樣一個具體的問題 大腦本身可以映射出這些感覺嗎？ 它是否有這種能力做到這一點？ 它有沒有足夠的物質來產生感覺？ 這就是我今天想要向你們描述的主題

在這個宇宙中經過了110億年的進化出了大腦 它需要不斷地改進 需要加上一個額部以讓你能夠擁有本能 因為生物需要應付地面上的環境 真正的巨大進步是大腦新皮質 這是一個新的大腦，你需要它 哺乳動物需要它 因為它們需要撫養幼崽 互相交流 並使用複雜的識別功能

所以你可以把大腦新皮質看成是 到目前為止我們所知的 宇宙中的終極產品。 它是一個巔峰，是宇宙 所製造的最後產品。 它在進化史中是如此的成功 從老鼠到人類，大腦中神經元 的數量擴展了大約一千倍， 來構成這個幾乎是嚇人的 器官，結構。 它也沒有停止進化的步伐 實際上人類大腦中的新皮質層 一直在以驚人的速度進化。

如果你深入新皮質的表面 你會發現它是由微小的模塊組成 就好像電腦里的G5處理器 但大腦中有大約100萬個模塊 它們進化的如此成功 因此我們就不斷地複製它們 不斷地在大腦中加入更多的模塊 直到用盡所有頭顱中的空間 大腦自身開始摺疊起來 這就是為甚麼新皮質是非常的捲曲的 它們不斷的往縱深發展形成功能住 這樣我們就有更多的皮質功能住 來執行更複雜的機能

你也可以將大腦新皮質 看成一架巨大的鋼琴。 一部有一百萬個琴鍵的大鋼琴 其中的每一個皮質功能住 會奏出一個音符 你對它施加刺激，它奏出一部交響曲 不過這不僅僅是感覺的交響曲 是你的宇宙的交響曲，你的現實世界 當然一個人需要花費很多年來學習如何彈奏 一架有着一百萬個琴鍵的鋼琴 這就是為甚麼你送孩子去好的學校 希望最後去到牛津大學 不過不只是教育 基因也會影響結果。 你可能生來就很有天賦 或者你知道如何來操控你的新皮質功能柱 來演奏美妙的交響樂

關於自閉症有一種是 稱作“激烈世界”理論 它提出這些人的新皮質功能柱是超級功能柱 它們反應非常劇烈，而且非常有可塑性 所以自閉症患者或許可以 構造並學習一個對我們來說 無法想像的交響樂。 同樣也可以理解 如果在這些功能柱中 產生任何病變， 音調就會有偏差 這些感覺，這些你創造的交響樂 會被破壞， 你會有得到有缺陷的交響曲。

所以神經科學的終極目的是 真正地理解新皮質功能柱的設計 這不光是對神經科學 很有可能會讓人們理解感覺，理解現實 甚至理解促進對物理現實的理解 在過去的15年中我們所做的是 系統地分解大腦新皮質 這過程有點類似對一片熱帶雨林里的樹木進行分類 一共有多少樹木？ 它們都有些甚麼形狀？ 每一種的樹有多少？它們分布在何處？

但又不只是分類，因為我們還需要 描述和發現它們互相交流的規則 連接的規則 因為神經元不僅僅是與任何一個神經元細胞連接起來 它們有非常仔細地挑選與哪一個神經原連接 還有一點不同與分類的是 我們必須在三度空間中 建立它們的數位化模型 我們為所發現的所有不同種類的 神經元構建了 成千上萬的數位模型。 一旦我們有了這些模型，就可以 開始建造一個新皮質功能柱

我們正將它們纏繞起來 當我們在這樣做的時候發現 神經元的分支在 無數的地方互相交叉。 而在每一個交叉點， 他們都會形成一個突觸。 突觸是一個神經元之間利 用化學媒介互相交流的地方。 這麼多突觸一起 形成了網路， 或者說是大腦的迴路。 這種迴路也可以 看成是大腦的纖維。 當我們研究大腦的纖維 它的結構，不禁要問，它是如何構建的？按照甚麼樣的規律？ 我們意識到這引出了一個 對任何關於大腦的理論的最根本的挑戰， 特別是有個理論 認為現實是從大腦中 按照特定的規律 湧現出來的。

因為大腦的設計中字重要的祕密 是差異化。 每個神經元都是不同的 這就好像叢林一樣，每棵松樹都是不同的 或許有許多不同種類的樹 每一棵都是不同的，大腦也是這樣 所以在我腦中的神經元絕對不會和別人的一樣 也不會和你腦中的一樣 我們的神經元的方向和 位置也不會是一樣的。 可能你的神經元會多一些或者少一些 所以不大可能 我們會有相同的纖維，相同的迴路

所以我們怎麼可能創造出一個 我們在其中都能互相理解的現實？ 我們不用再繼續猜疑 我們現在可以觀察這1000多萬的突觸 我們可以觀察這纖維，可以改變其中的神經元 也可以使用各種各樣的神經元 置放它們在不同的地方 讓它們朝向不同的方向 增加或者減少數量 當我們這樣去做 我們發現儘管大腦的迴路被改變 但是迴路的模式是注定不變的 所以我們的大腦纖維， 可能有小有大 可能有不同種類的神經元 或者不同形狀的神經元 我們確實擁有着 同樣的纖維。 我們認為這是物種特有的。 這可能就解釋了為甚麼我們 不能和其他物種交流溝通

讓我們開始行動。不過要進行這個計畫，我們需要做的是 賦予它生命。 我們用各種方程式來賦予它生命， 涉及到非常多的公式和算術。 讓神經元產生電流的方程式 是由兩位劍橋大學的諾貝爾獎得主發現的 我們知道了賦予神經元生命的數學公式 我們也有用來描述神經元 如何收集信息, 如何使用電信號互相 溝通交流的數學公式。 當電流到達突觸的時候 它們會非常有效地 衝擊突觸， 就好像讓突觸釋放出 化學物質的電擊一樣。

我們擁有描述這個過程的數學公式。 它們可以描述神經元之間互相通信。 實際上激活大腦新皮質 互相交流只需要 少量的公式就可以了。 你所需要的是一台巨大的電腦。 每一個神經元就需要 一台筆記型電腦來運算。 所以我們需要10000台筆記型電腦。 去哪裡找這麼多電腦？我們找到IBM, 在那裡我們有機會使用超級電腦，因為他們知道 怎麼把10000台筆記型電腦放進一個冰箱大小的機櫃當中。 有了這台深藍基因超級電腦。 我們就可以載入所有的神經元， 每一個神經元分配到一個處理器， 然後啓動他們 來觀察會發生甚麼情況。

這裡是啓動後的情形。這是第一手的資料 揭露了你的大腦接受到 外界的刺激後會發生甚麼。 這是第一批影象。 如果是第一次面對着它，你會覺得： “我的天哪，怎麼從這裡面看的出現實？” 但實際上，就算我們 還從來沒有教過這些新皮質功能柱 來創造一個專門的現實。 我們可以問它，“玫瑰在哪裡？” 我們很好奇這個現實會在大腦的哪裡湧現， 如果我們用一張照片來刺激它。 它會處在新皮質的裡面的甚麼位置呢？ 如果我們用圖片刺激它，“玫瑰”最終一定會在某個地方出現。

我們觀察的方法是 忽略神經元，忽略突觸， 只看最初始的電流活動。 因為這是大腦應該產生的， 它產生電流活動。 當我們這樣做的時候， 我們的確第一次確實地看見了 這個虛幻地結構， 電流形成的物體 出現在新皮質功能柱中。 這些電流形成的物體 承載着所有關於任何外來的刺激 所形成的信息。 我們深入進這個影像， 它就像是一個真正的宇宙。

下一步將是 按照大腦中的坐標再把這 產生的現實投射到感知空間。 如果這樣做， 我們就會步入 由這個機器， 由這個部份大腦 所產生的現實當中。 總的來講， 我認為宇宙進化出了 一個大腦 來觀察自己可能是 產生自我意識的第一步。 要驗證這些理論還有很多工作要做， 還有測試其他的理論。 我希望至少可以說服大家 創造一個大腦不是天方夜譚。 我們在10年內就可以做到， 如果成功了， 十年內，我們就會送一個全息圖像 到TED來跟大家交流。謝謝。 （掌聲）