蓝脑计划
蓝脑计划（英语：Blue Brain Project）尝试利用分子层级的哺乳类脑部逆向工程建立一个电脑模拟脑。该计划于2005年5月由瑞士洛桑联邦理工学院脑与心理研究所（EPFL）在瑞士成立，其任务是利用生物学数据重建和哺乳动物大脑模拟（脑模拟）来识别大脑结构和功能在健康和疾病的基本原则。
该计划由创始人亨利·马克拉姆领导，他也是欧洲人脑计划的负责人，由Felix Schürmann和Sean Hill共同执导。本计划使用蓝色基因超级电脑运行Michael Hines的Neuron(软件)，电脑模拟并不仅是包括人工神经网络模型，也包括生物过程的真实神经元模型[1][2][3]，和一个经验重建模型连接组（connectome）。这个计划希望最终能够揭开意识的本质[3]。
目前已经有一些相关的子计划领域，包括卡哈尔蓝脑（Cajal Blue Brain (Spain)），它是由马德里理工大学的马德里高速运算和可视化中心（CeSViMa）所主控，其它子系画则由英国、美国和以色列的大学以及独立实验室所执行。
目标
该计划的最初目标于2006年12月完成[4]，模拟了老鼠的新皮层柱，一些研究人员认为这是新皮层最小的功能单位[5][6]，这被认为是负责意识思维等高级功能。在人类中，每个柱体长约2毫米(0.079英寸) ，直径0.5毫米(0.020英寸) ，包含约60,000个神经元。 大鼠新皮层柱在结构上非常相似，但只包含10000个神经元和108个突触。 在1995年到2005年间，马克拉姆对这个柱描绘了神经元类型以及它们之间的连接。
进度
2007年11月[7]，该计划报告了第一阶段的结束，发表了一个用于创建、验证和研究新皮层柱的数据驱动过程。
到2005年，第一个细胞模型完成。到2008年，建成了第一个由10000个细胞组成的人工细胞新皮层柱。截至2011年7月，已建成100个新皮层柱组成的细胞中央环路（mesocircuit），包含100万个细胞。 在2014年计划了一个细胞的老鼠大脑模型[需要更新]，包含100个中央环路，共计1亿个细胞。据预测，建成人类大脑将在2023年成为可能，其细胞数量相当于1000个老鼠大脑，细胞总数将达到1000亿个[8][9]。
2005年，该计划将其初步成果发表在科学文献上，旨在一个分子水平上建立模拟[1]，从而研究基因表现的影响。它还旨在简化柱的模拟，允许平行模拟大量连接的柱，最终模拟完整的新皮层，而人类的新皮层由大约100万个皮层柱组成。[来源请求]
2015年，瑞士洛桑联邦理工学院（Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, EPFL）的科学家们建立了一个定量模型，揭示了先前未知的胶质细胞、星形胶质细胞和神经元之间的关系。该模型透过神经胶质血管单元（NGV）的功能来描述大脑的能量管理。另外将一层神经胶质细胞加入蓝脑计划模型中，以改善系统的功能。[10]
2017年，“蓝脑计划”发现，神经元簇之间存在多达11个面向的联系。该计划负责人表示，在一定程度上，我们很难理解大脑，部分是因为通常用于研究网络的数学方法无法探测到那么多面向。蓝脑计划能够利用代数拓扑[11]对这些网络进行建模。
据《科学日报》报导，2018年，“蓝脑计划”发布了首个数位3D脑细胞图谱，这就像是“从手绘地图到谷歌地球”，提供了大脑737个区域的主要细胞类型、数量和位置资讯[12]。
2019年，参与“蓝脑”计划的计算神经科学家伊丹·塞格夫（Idan Segev）发表了一场题为《计算机中的大脑:我从模拟大脑中学到了什么》（Brain In the computer: what I did I learn from the Brain）的演讲，他提到完整的老鼠大脑皮层的研究已经完成，即将开始进行虚拟脑电图的实验。他还提到，这个模型对他们当时正在使用的超级电脑来说，实在过于沉重，因此他们正在探索将每个神经元都表示为一个神经网络的方法。[13]
2022年，蓝脑计划的科学家们利用代数拓扑开发了“拓扑神经元合成”算法，仅使用少量范例便可产生大量独特的细胞，合成出数百万个独特的神经元形态，这使他们能够复制大脑的健康状态和不健全状态。在一篇论文中，Kenari等人能够使用这个算法以数位方式合成老鼠大脑中的树突形态，他们仅使用了少量参考细胞就对整个大脑区域进行了测绘。由于该算法开源，这将有助于建立大脑疾病的模型，而且最终可能会产生数码化的孪生大脑。[14]
相关题目
参照
- ^ 1.0 1.1 Graham-Rowe, Duncan. "Mission to build a simulated brain begins" （页面存档备份，存于互联网档案馆）, NewScientist, June 2005.
- ^ Palmer, Jason. Simulated brain closer to thought （页面存档备份，存于互联网档案馆）, BBC News.
- ^ 3.0 3.1 Segev, Idan. ASC 2012: Prof. Idan Segev - The blue brain. The Hebrew University of Jerusalem. [31 May 2013]. （原始内容存档于2016-07-02）.
- ^ Project Milestones. Blue Brain. [2008-08-11]. （原始内容存档于2023-02-10）.
- ^ 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.
- ^ Author: Rakic, P. | Journal: National Academy of Sciences |105[34] | pp: 12099-12100 | web: http://www.pnas.org/content/105/34/12099.full （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- ^ News and Media information. Blue Brain. [2008-08-11]. （原始内容存档于2008-09-19）.
- ^ Henry Markram: Simulating the brain; the next decisive years, video [3/3] 07:00. [2011-08-29]. （原始内容存档于2021-01-26）.
- ^ Henry Markram: Simulating the brain; the next decisive years - 07:00. [2011-08-29]. （原始内容存档于2013-08-01）.
- ^ 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 （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- ^ "Blue Brain Team Discovers a Multi-Dimensional Universe in Brain Networks" （页面存档备份，存于互联网档案馆）. Frontiers Science News, June 12, 2017.
- ^ Blue Brain Project releases first-ever digital 3D brain cell atlas. ScienceDaily. November 28, 2018 [18 April 2019]. （原始内容存档于2020-11-08）.
- ^ Brain in the computer: What did I learn from simulating the brain - Idan Segev. YouTube. [2023-03-10]. （原始内容存档于2023-03-10）.
- ^ Blue Brain builds neurons with mathematics （页面存档备份，存于互联网档案馆） Kate Mullins, EPFL news. June 4th, 2022
参考
- IBM Aims To Simulate A Brain （页面存档备份，存于互联网档案馆）, Forbes, 6 June 2005.
- Mission to build a simulated brain begins（页面存档备份，存于互联网档案馆）, [New Scientist] News, 6 June 2005.
- Blue Brain Project site, Lausanne.
- （页面存档备份，存于互联网档案馆）.
- NCS documentation.
- NEURON documentation （页面存档备份，存于互联网档案馆）.
- 亨利·马克拉姆, "The Blue Brain Project", Nature Reviews Neuroscience（页面存档备份，存于互联网档案馆）, 7:153-160, 2006 February. PMID 16429124.
- Growing a Brain in Switzerland （页面存档备份，存于互联网档案馆）, Der Spiegel, 7 February 2007
- Out of the Blue -- Can a thinking, remembering, decision-making, biologically accurate brain be built from a supercomputer?, Seed Magazine, March 2008
- Reconstructing the Heart of Mammalian Intelligence Henry Markram's Lecture, March 4, 2008.
- The Blue Brain Project Henry Markram's Lecture, Neuro Informatics 2008.
- The Blue Brain Project （页面存档备份，存于互联网档案馆） an Interview with Idan Segev.
- Simulated brain closer to thought （页面存档备份，存于互联网档案馆） BBC News 22 April 2009
- Firing Up the Blue Brain -"We Are 10 Years Away From a Functional Artificial Human Brain" Luke McKinney, July 2009
- Henry Markram builds a brain in a supercomputer （页面存档备份，存于互联网档案馆） TED Conference. July 2009
- Indian startup to help copy your brain on computers （页面存档备份，存于互联网档案馆） Silicon India. 1 February 2010
