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人腦計畫

科研項目

人腦計畫（英語：Human Brain Project，HBP）是一項為期十年的大型科學研究計畫，在百億億級超級電腦的基礎上，目標在於建立一個基於資通訊技術的協作性科學研究基礎建設，使整個歐洲的研究人員能夠增進在神經科學、計算機技術及大腦相關醫學等領域的知識。

人腦計畫
項目類型科學研究
位置歐洲
所有人歐盟
國家瑞士
關鍵人物Andreas Mortensen, 總幹事
Katrin Amunts, 科學研究總監
建立日期2013年，​11年前​（2013）
網站www.humanbrainproject.eu

該計畫於2013年10月1日啟動，是歐盟委員會的未來和新興技術旗艦計畫的一部分，由洛桑聯邦理工學院統籌，主要是由歐盟資助。[1] 該計畫協調辦事處設在瑞士的日內瓦 。[2]

戰略目標和組織

 
2013年HBP峰會（該計畫的開幕式）於2013年10月在EPFL學習中心舉行，匯集了來自100多個合作機構的科學家。

HBP方法是基於在不同時空尺度上對大腦進行研究（空間尺度即從分子到隱含在高級認知過程背後的大型網路，時間尺度即從數毫秒到數年）。為了實現這一目標，HBP依靠來自不同學科（包括神經科學，哲學和計算機科學）的科學家合作，充分利用實驗數據、理論建模和實驗模擬的循環，將經驗結果作為理論發展的基礎，接著促進建模和模擬，從而得出預測，再回頭驗證經驗結果。[3]

HBP的首要目標是為腦部研究、認知神經科學和腦啟發運算建立基於資通訊（ICT-based）的研究基礎設施，世界各地的研究人員均可使用。

該計畫分為十二項子計畫。 其中有六項負責開發資通訊平台（子計畫5-10），由原型硬體、軟體、資料庫和程式介面組成。全球的研究人員可透過HBP 協作平台使用這些工具。 四項子計畫搜集經驗神經科學的數據，並建立理論基礎（子計畫1-4）。一項子計畫負責倫理和社會問題（子計畫12）。子計畫11則負責協調這些計畫。

  • SP1老鼠大腦組織：了解老鼠的大腦結構及其電化學功能
  • SP2人腦組織：了解人腦的結構及其電化學功能
  • SP3系統和認知神經科學：了解大腦如何執行其系統級別和認知功能的活動
  • SP4理論神經科學：推導高級數學模型以從研究數據中得出結論
  • SP5 神經資訊平台：收集、組織和提供大腦數據
  • SP6 大腦模擬平台：重建由資料驅動的大腦組織，探索這些重建組織的模擬能力。
  • SP7 高性能分析和計算平台：提供資通訊功能，以前所未有的細節繪製大腦，構建複雜模型，運行大型模擬並分析大量數據
  • SP8 醫學資訊平台：開發基礎設施，共享醫院和醫學研究數據，以了解疾病分布及其各自的疾病特徵
  • SP9 神經形態計算平台：開發和應用大腦啟發的計算技術
  • SP10 神經機器人學平台：開發虛擬機器人和真實機器人，以及開發大腦模擬的測試環境
  • SP11管理與協調：計畫的總體協調
  • SP12道德與社會：探索HBP工作在倫理和社會方面的影響

HBP由洛桑聯邦理工學院協調，參與的研究人員來自歐洲19個國家或地區的117個合作機構。 [4] 著名的合作機構包括海德堡大學、於利希研究中心和洛桑大學醫院。

科學指導是由HBP子計畫的代表人員提供，這些子計畫組成了科學和基礎設施委員會（SIB）。 來自德國於利希研究中心的Katrin Amunts是SIB的主席。來自慕尼黑工業大學的Alois Knoll是SIB副主席，負責軟體開發。 由EFL的Andreas Mortensen領導的理事會則引導了HBP的日常運作。

阻礙

該計畫的主要障礙之一是「先前的大腦研究中所收集的資訊，本質上沒有系統性」。神經學的研究數據因生物組織架構、物種研究及發育階段而異，因此統整這些數據來仿製作為單一系統模型的大腦相當不易。[5]

其他障礙則涉及功耗、記憶和儲存的工程問題。[6] 例如，詳細的神經表徵在計算上的開銷非常高， [7] [8]而全腦模擬處於我們計算能力的前沿。 [9]

批評

2014年7月7日，154名歐洲研究人員向歐盟委員會發出一封公開信（截至2014年9月3日，有750人署名）[10]，抱怨HBP過於狹窄的方法，並威脅抵制該計畫[11]。這場內部爭議核心是認知科學家們的經費問題，這些認知科學家是研究思維和行為等高級大腦功能的專家。但HBP表示「毫無疑問，認知和行為對HBP至關重要」並解釋說，認知神經科學研究在計畫中被重新定位，以使核心計畫能夠專注於平台建設。此外，公開信也呼籲歐盟委員會「將目前分配給HBP核心計畫和合作計畫的資金重新分配給廣泛的神經科學導向的資金，以實現HBP的最初目標，即瞭解大腦功能及其對社會的影響」。HBP在回應中表示「雖然神經科學研究產生了大量有價值的數據，但除了論文甚至數據庫之外，目前還沒有共享、組織、分析或整合這些資訊的技術。HBP將補足關鍵的缺失層，以朝大腦多層次之重建及模擬邁進」。它補充道「認知神經科學和行為神經科學將成為HBP計畫在神經科學方面最重要的組成部分。然而，要做到這一點，平台首先必須先到位」[12]。

倫敦大學學院計算神經科學主任彼得·達揚 （ Peter Dayan）認為，大規模模擬大腦的目標根本不成熟， [13]傑弗里·辛頓表示：「該計畫的真正問題在於，他們不知道如何讓這樣的大系統去學習」。 [14] 羅伯特·愛普斯坦 （ Robert Epstein）對計畫的方法也提出了類似的憂慮。 [15]

HBP表示，其成員在大規模模擬方面存在不確定性，但「重建和模擬人腦」是一種願景，是一個目標；收益將來自實現目標所需的技術。 這項由HBP開發的技術將使所有神經科學以及相關領域受益。 [16]

2015年，該計畫經歷了審查程序，解散了由Markram領導、由三人組成的執行委員會[17] ，改由22人組成的理事會取代。 [18]

2019年的一篇文章指出「 2013年，歐盟委員會撥款給其創新提案「人腦計畫」（HBP）驚人的10億歐元（當時價值約14.2億美元）......我所接觸的人很難說出HBP在過去十年中做過什麼重大貢獻。」 [19]

參見

參考文獻

  1. ^ moriscl. FET Flagships. Horizon 2020 - European Commission. 2013-12-19 [2020-03-18]. （原始內容存檔於2021-01-11） （英語）. 
  2. ^ Human Brain Project relocates to Geneva. SwissInfo. 2013-10-29 [2013-10-29]. （原始內容存檔於2013-11-13）. 
  3. ^ Amunts, Katrin; Ebell, Christoph; Muller, Jeff; Telefont, Martin; Knoll, Alois; Lippert, Thomas. The Human Brain Project: Creating a European Research Infrastructure to Decode the Human Brain (PDF). Neuron. 2016, 92 (3): 574–581 [2020-07-27]. PMID 27809997. doi:10.1016/j.neuron.2016.10.046. （原始內容存檔 (PDF)於2018-07-19）. 
  4. ^ Human Brain Project, Framework Partnership Agreement https://www.humanbrainproject.eu/documents/10180/538356/FPA++Annex+1+Part+B/41c4da2e-0e69-4295-8e98-3484677d661f （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
  5. ^ "A Report to the European Commission" （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） The Human Brain Project.
  6. ^ 存档副本. [2020-07-27]. （原始內容存檔於2016-03-28）. 
  7. ^ Forrest, Michael D. Simulation of alcohol action upon a detailed Purkinje neuron model and a simpler surrogate model that runs >400 times faster. BMC Neuroscience. 2015, 16: 27. PMC 4417229  . PMID 25928094. doi:10.1186/s12868-015-0162-6. 
  8. ^ Wan, Lei; Liu, Junxiu; Harkin, Jim; McDaid, Liam; Luo, Yuling. Layered tile architecture for efficient hardware spiking neural networks. Microprocessors and Microsystems. 2017, 53: 21–32. doi:10.1016/j.micpro.2017.07.005 （英語）. 
  9. ^ An algorithm for large-scale brain simulations - News. www.humanbrainproject.eu. [2020-03-18]. （原始內容存檔於2020-11-09） （英語）. 
  10. ^ Frégnac, Yves; Laurent, Gilles. Neuroscience: Where is the brain in the Human Brain Project?. Nature. 2014, 513 (7516): 27–9. Bibcode:2014Natur.513...27F. PMID 25186884. doi:10.1038/513027a  . 
  11. ^ Open message to the European Commission concerning the Human Brain Project. [2014-07-07]. （原始內容存檔於2014-11-08）. 
  12. ^ The Vital Role of Neuroscience in the Human Brain Project (PDF). [2016-03-11]. （原始內容 (PDF)存檔於2014-08-23）. 
  13. ^ Scientists threaten to boycott €1.2bn Human Brain Project. The Guardian. 2014-07-07 [2014-07-07]. （原始內容存檔於2020-12-05）. 
  14. ^ Brean, Joseph. A billion-dollar European effort to model the brain in a supercomputer is in danger of collapsing. National Post. 2014-07-08. [失效連結]
  15. ^ Your brain does not process information and it is not a computer – Robert Epstein | Aeon Essays. Aeon. [2016-05-23]. （原始內容存檔於2021-02-14）. 
  16. ^ The Vital Role of Neuroscience in the Human Brain Project (PDF). [2016-03-11]. （原始內容 (PDF)存檔於2014-08-23）. 
  17. ^ Theil, Stefan. Trouble in Mind. Scientific American. 2015, 313 (4): 36–42. Bibcode:2015SciAm.313d..36T. doi:10.1038/scientificamerican1015-36. 
  18. ^ €1B Human Brain Project back on track after Commission signs new contract. Science|Business. [2020-03-18]. （原始內容存檔於2020-03-23） （英語）. 
  19. ^ The Human Brain Project Hasn't Lived up to its Promise. 2019-07-22 [2020-07-27]. （原始內容存檔於2020-11-08）. 
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