2013年，歐盟投入10億美元啟動人類腦計劃（HBP），為期10年，旨在揭示大腦奧秘。8年過去，項目初期曾一度舉步維艱的HBP如今取得了一系列重大發(fā)現(xiàn)、創(chuàng)新以及技術(shù)進步，其中許多已經(jīng)或有望應(yīng)用于臨床。
值得重點關(guān)注的一項成果：項目團隊創(chuàng)建的EBRAINS平臺。這是一套開放的研究基礎(chǔ)設(shè)施，提供數(shù)字工具和服務(wù)，幫助研究者應(yīng)對大腦研究和相關(guān)技術(shù)開發(fā)過程的各類挑戰(zhàn)。科學(xué)家借助EBRAINS可收集、分析、共享和整合大腦數(shù)據(jù)，并進行大腦功能的建模和模擬。
HBP的很多創(chuàng)舉都是依托EBRAINS平臺才得以實現(xiàn)的。下面我們簡介HBP迄今為止取得的5項重大成就。
01
人類大腦圖譜
這是一個獨特的多層次人腦圖譜，其構(gòu)建基礎(chǔ)包括大腦組織的最小尺度結(jié)構(gòu)、功能和連通性等方面。圖譜提供了大量能用于可視化并處理大腦數(shù)據(jù)的工具。
上圖所示為利用大腦圖譜進行可視化的過程
研究人員可以使用特殊工具從“腦地圖”中自動提取數(shù)據(jù)，進而運行模擬，對特定患者的大腦進行建模。這有助于醫(yī)生制定最佳臨床治療方案。
02
海馬體中的突觸
研究人員使用電子顯微鏡發(fā)布了人類海馬體中大約2.5萬個突觸的詳細三維地圖。海馬體區(qū)域參與大腦記憶、學(xué)習(xí)和空間導(dǎo)航，也是阿爾茨海默病病程中最早受損的區(qū)域之一。
HBP是首個就海馬體區(qū)突觸結(jié)構(gòu)提供詳細畫面的項目。這張3D突觸地圖可以讓我們更深入地理解了癡呆癥，也推動了大腦計算模型的開發(fā)。
03
仿人機器手
人手是最難模仿的身體部位之一，因為它實在太復(fù)雜了。對機器人來說，即便是模仿小孩子握住并舉起一杯水的過程也充滿挑戰(zhàn)。
參與HBP的英國Shadow Robot公司長期致力于研發(fā)在力輸出和活動靈敏度方面都足以媲美人手的仿人機器手。
近期，他們推出全球第一款基于觸摸的遙控機器手。新發(fā)明擁有129個傳感器和24個關(guān)節(jié)，其活動能力與人手高度相似；相較過去的版本，展現(xiàn)了更出色的運力水準，以及對目標物的更精細化的操縱。
新款機器手將在義肢、制造、太空探索以及高危環(huán)境（例如，存在核廢料或其他生物危險物質(zhì)的環(huán)境）作業(yè)等方面發(fā)揮重要作用。
04
受神經(jīng)運作啟發(fā)的計算機
人類大腦由近千億個相互連接的腦細胞組成，這也是我們對它進行解析和建模時面臨的一大挑戰(zhàn)。創(chuàng)新計算通過模擬神經(jīng)元之間的信號交換在某種程度上減輕了研究者的壓力，但其幫助著實有限，要知道即便是在當今最快的超級計算機上運行最優(yōu)的軟件，也不過模擬出1%運算能力。
2018年問世的仿人腦超級計算機SpiNNaker（全名Spiking Neural Network Architecture——“尖峰神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)”）擁有百萬個處理器、1200塊互連電路板，搭載3萬枚芯片，每一枚都具備1億個晶體管，可實時模擬1.6萬個神經(jīng)元和800萬個突觸。與目前用于神經(jīng)信號研究的最出色的人腦模擬超級計算機軟件相比，SpiNNaker不落下風(fēng)甚至更勝一籌。
而這也只是開始。獨辟蹊徑的SpiNNaker并不通過標準網(wǎng)絡(luò)從A點向B點發(fā)送大容量信息以實現(xiàn)通信，而是以更接近人腦的工作方式運轉(zhuǎn)——可同時向數(shù)千個不同的目的地發(fā)送數(shù)十億條小容量信息。SpiNNaker的通信結(jié)構(gòu)顛覆了傳統(tǒng)計算機。
此外，它也有望克服傳統(tǒng)超級計算機的速度和功耗問題——如果我們想破解人類大腦的謎團，這是非常必需的。另一方面，SpiNNakker將幫助科學(xué)家對大腦神經(jīng)處理——包括學(xué)習(xí)過程或諸如阿爾茨海默病之類的神經(jīng)系統(tǒng)疾病——的機制有更透徹的理解。
05
虛擬癲癇患者
EBRAINS的另一個重要應(yīng)用是虛擬癲癇患者 （VEP）系統(tǒng)。這是一個基于個體患者的個性化大腦網(wǎng)絡(luò)模型的計算機程序，可將引起癲癇發(fā)作的大腦連接區(qū)信息，與通過核磁共振成像檢測得到的腦部病變信息整合起來，進而給出臨床建議。
目前，醫(yī)生在臨床上主要采用腦電圖，后者可提供大腦活動記錄，幫助確定癲癇發(fā)作的時間和地點。然而，醫(yī)生僅憑這些信息還不足以確定癲癇發(fā)作類型，也很難做出最佳治療決定。
癲癇患者的數(shù)據(jù)可用于計算機程序
VEP模型能提供對特定患者的手術(shù)治療影響的個性化預(yù)測。外科醫(yī)生可以據(jù)此評估多種不同治療策略的影響，并確定最佳治療方案。目前該系統(tǒng)已接近商業(yè)發(fā)布。
