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解读蓝色大脑计划:用电脑来模拟NCC揭示思维本质

时间:2010-01-25 00:00来源:科学网 作者: 阅读:

09年新进展: 

  瑞士洛桑联邦工学院科研人员说,他们可能在10年内全面模拟人脑功能,制成人工大脑。

瑞士科研人员称:十年内可能造出人工大脑

十年内可能造出人工大脑 

  英国《每日邮报》网站24日报道,洛桑联邦工学院“蓝脑工程”负责人亨利·马克拉姆在英国牛津地区召开的“技术、娱乐、设计全球大会”上说自己 领导的研究团队已模拟出老鼠大脑的一些部分,正向开发合成人脑方向迈进。 

  “现在还不可能造出人脑。我们10年后可能做到这一点,”马克拉姆说,“如果我们的确获得成功,我们将把全息图送到这里来讨论。” 

  马克拉姆认为,人工大脑可用来研发治疗精神疾病的药物和疗法,从而帮助脑损伤患者。 

  他说,“蓝脑工程”2005年启动,旨在借助实验室数据用计算机模拟大脑功能。这一工程已模拟出哺乳动物大脑的一些功能。人工大脑的“神经”数 据需要用计算机处理,研究人员打算用拥有1万个处理器的“蓝色基因”超级计算机让人工大脑“活起来”。

 

模仿生物脑的计算机 

  为了更好地理解人脑的应激反应,瑞士洛桑的研究人员最近启动了一项雄心勃勃的——Blue Brain。该计划使用了IBM的 eServer Blue Gene计算机(它每秒钟能够进行22.8万亿次浮点运算)。Blue Brain目前正试图模拟老鼠的大脑新皮质单元 (NeoCortical Columns ,简称NCC)中10000个高度复杂的神经元行为。NCC延伸到整个大脑灰质中,执行高级的计算任务,它们 的直径为0.5mm,像蜂巢中的小格子一样排列在大脑中。 

  Blue Brain项目首席研究员Henry Markram表示,Blue Brain项目的第一个目标是在两三年内通过软件复制NCC, 或者说设计出NCC的模板,然后根据大脑不同区域或者不同动物的大脑对这个模板进行修改,这样就可以模拟各种各样的NCC。 

  潜在的应用价值 

  对NCC的模拟将有助于理解记忆是如何存储和提取的,揭示大脑中很多激动人心的秘密,例如记忆的形式、记忆的容量以及遗忘的原理。这项试验还将 帮助科学家搞清楚神经组织的脆弱之处,进而理解大脑功能紊乱的原理,以此来治疗孤独症、精神分裂症和抑郁症等。此外,这项计划如果成功,很多脑科学试验可 以通过计算机完成。一项脑科学试验如果使用传统方式进行可能需要一整天,但如果使用计算机模拟的大脑也许只需要几秒钟就能完成。 

  IBM还将这种计算技术用于生命科学研究,他们甚至认为生物科学在已经在一定程度上演化成了信息科学,Blue Brain技术的发展将会揭示 生物体中的很多有趣现象,必须要有这样足够复杂的计算机系统才能模拟生物系统。 

  IBM还认为Blue Brain项目对其他工业和科学研究领域的带动作用将会非常巨大。例如,模拟神经网络行为的ASIC设计方案将来可能会 应用于智能设备的信息处理。另外,从更一般的意义上说,Blue Bain将推动实时数据处理的发展,而与实时数据处理对应的是离线数据处理。 

  而IBM研究院Blue Brain项目的负责人Charles Peck认为,模拟大脑的真正价值在于研究人员可以获得每个神经元的数据。 “虽然科学家对大脑的很多细节已经非常了解,但是他们仍然不知道大脑各个组成部分之间的结合方式,也不知道大脑如何思考、如何学习以及如何形成概念,”他 说。其意在这项研究可以真正拉近电脑与人脑之间的距离。 

  研究团队将对几十个大脑神经元进行测试,这些神经元取自老鼠的大脑并被固定在芯片上。研究工作的内容包括检测每个神经元的物理结构和电子特征, 以及神经元之间相互作用的方式。目前的这台Blue Gene超级计算机是2005年7月份安装的,8月份运行了首次模拟运行,模拟了25000个简单神 经元,运行时间只花了60s。“这种模拟以前是无法完成的,在普通的计算机集群中,哪怕模拟1000个神经元也要花好几个星期的时间,Blue Gene 在运算规模和速度上都有巨大的进步,” Markram说。 

 目前的蓝色大脑原型 

  Blue Gene计算机的核心设备占据的空间其实很小,体积大概只有4台冰箱那么大,含有8096块处理器,每块处理器可以模拟1~10个神 经元。整套系统大约可以模拟1亿个简单神经元,相当于老鼠大脑中所包含神经元数量的一半。IBM表示,这台Blue Brain仅仅是原型产品,以后产品 化的Blue Brain售价将达到上亿美元。更新的Blue Gene将可以模拟10亿个简单神经元。随着计算机运算速度的提高和内存容量的增加,模拟 整个人脑的工作将可能在10年之内完成。 

  生物大脑和蓝色大脑之相关参数 

  生物大脑(Gray Brain) 

  1000亿=人脑中神经元的数量 

  3亿=章鱼大脑中神经元的数量 

  1300g=成年人类的大脑重量 

  90g=成年恒河猴的大脑重量 

  蓝色大脑(Blue Brain) 

  峰值运算速度22.8T FLOPS 

  8096颗CPU,每颗运行频率为700MHz(进行大量并行计算时频率会降低) 

  每颗处理器配备256MB或者512MB内存 

  软件为Linux和C++ 

  耗电量为100KW 

(责任编辑:泉水)
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