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既然神经元的结构非常简单，那么为什么不制造几百亿个模拟神经元来模拟人脑？

神经元,突触,大脑既然神经元的结构非常简单，那么为什么不制造几百亿个模拟神经元来模拟人脑？

发布时间：2019-02-08加入收藏来源：互联网点击：

“机器能否思考？”这个问题曾困扰人们多年，很多科学家也给出了不同意见，其中最著名的可能要算是“图灵实验”。英国著名数学家、逻辑家、被称作“人工智能之父”艾伦·图灵在1950年发表了那篇名垂青史的论文“计算机械与智力”。与其直接回答机器是否能思考，图灵选择提出并解释另外一个问题——“人类目前能够想象到的计算机可能在模仿游戏中表现合格么？”。图灵提出的一种模仿游戏为：设计三个角色，评判者 （人类） ，一名人类和一台计算机，测试仅通过非接触的文字对话，评判者对对方是人类还是计算机做出判断。若计算机能够骗过30%的评判者，那么就说明这台计算机拥有和人类一样的思考能力。图灵之所以要做出这样的替换，主要是为了避开“思考”这个难以界定的词。

令人兴奋是，在“2014图灵测试”大会上，聊天程序“尤金·古斯特曼” 首次“通过”了图灵测试。“尤金·古斯特曼”的设定是一名13岁的乌克兰小男孩，在5分钟的对话内，这个程序骗过了超过30%的人，没有被识破计算机的身份，因此成为了首例经过认证的图灵测试通过者。虽然图灵测试的内容并不完善，例如“30%”这个指标的正确性、以及测试本身并不能涵盖或代表“思考”，但是随着图灵当年的预测得以成真，为未来真正实现机器的“思考”能量提供了积极支持 。

人造大脑，科学家的终极挑战：

在各种人工智能程序不断被开发的过程中，相对的硬件发展也取得了成果，其中引人注目的就是有关“人造突触”的研究。

突触是神经细胞间以及神经细胞与其他细胞传递化学信号或电信号的关键部位。突触分为化学突触与电突触两种，在化学突触中，冲动传到突触前末梢,触发前膜中的二价钙离子 （ Ca 2 + ） 通道开放，在 Ca 2 + 的作用下突触泡与突触前膜融合后开口，内含的递质被排放到突触间隙。被释放的递质，扩散通过突触间隙，到达突触后膜，与位于后膜中的受体结合，形成递质受体复合体，触发受体改变构型，开放通道，导致形成兴奋性突触后电位或抑制性突触后电位。电突触为双向传递突触，发挥的作用类似于电阻。高等动物神经细胞上存在大量的突触，这也是大脑可以快速接收处理信息的重要原因之一。

最近的一项研究中，研究者制备了一种纳米电子原件，一层薄铁电物质BiFeO3 (BFO)夹杂在(Ca,Ce)MnO 3 (CCMO)电极和Pt/Co亚微米柱之间形成一个三明治结构。铁电层的电阻，可用类似于神经元电信号的电压脉冲来调整。低电阻条件下，突触联系 会很强；高电阻情况下，突触联系会较弱。正是基于此种调节电阻的能力，研究者实现了人工神经突触的学习能力 。

而另一组研究人员，也构筑了一种新型有机材料人造突触。这种人造突触由三个电极构成，每个电极又由柔性薄膜组成，三个电极之间由盐水电解液连接。其中，两个电极之间的电流由第三个电极控制。研究者通过反复的充电放电来模拟人类的学习过程，通过反复试验可以预测电极到达一定电位状态所需电压，一旦达到所需值则会维持稳定。研究者在所制备的人工突触上进行了15000次测量，研究人工突触在神经网络中的排列方式，随之又测试了神经网络对数字的辨别能力，发现其准确度高达97%。不仅如此，此设备还适用于信号的识别，与传统晶体管只有0和1两种状态不同，研究者在这种人造突触上实现了500种状态，对神经元形态计算机模拟提供了重要的意义 。

在软件和硬件都相应取得一定进步之后，目前究竟有没有初步成型的人造大脑问世呢？

答案是肯定的。加拿大滑铁卢大学的研究者在2014年发表了人类大脑模拟系统——Spaun 。Spaun除了拥有250万只虚拟神经元，还拥有一只28*28分辨率（784像素）的电子眼和一条可以在纸上写画的机械臂。虽然250万只神经元并不算是一个突破，毕竟IBM公司已经成功制备含有5300亿个模拟神经元的系统。但是Spaun能够帮助人们进一步理解行为的产生机制。

Spaun内部的结构严格依照人类大脑的某些结构进行构建，包括前额皮质 、基底核 和丘脑 。其中应用的运算也完全基于生理学原理，包括脉冲电压和神经递质。因为科学家们希望Spaun系统可以像真正的大脑一样运作：电子眼接收的信号通过模拟丘脑区域处理后，数据存放在模拟神经元中，随后模拟基底核可以给出指令促使模拟皮质完成任务。在这个工程中科学家需要向Spaun出示字母或符号来指示它如何处理存储的信息。

Spaun可以完成8项任务，包括对展示图案进行重复绘画、加法算数、简单的数列规律推理等。在未来，研究者希望Spaun可以拥有学习的能力，即根据完成任务来自主重构神经元，进而具备完成新任务的能力，成为更接近人类大脑的模型 。

Spaun的解剖结构和功能结构。 (A) Spaun的解剖结构展示了此系统相关的大脑结构和脑部连接。圆圈内为GABA能连接。方点虚线内为调节多巴胺能连接。相应图形与颜色与(B)中功能相对应。PPC，后顶叶皮层； M1,主要运动皮层； SMA，辅助运动区； PM，运动前皮层； VLPFC，腹外侧前额叶皮层； OFC，眼窝前额叶皮层； AIT，前颞皮层； Str，纹状体； vStr,腹侧纹状体; STN，丘脑底核 GPe,侧核； GPi，内苍白球体； SNr，黑质下网状部分； SNc，黑质致密部； VTA，腹侧被盖区； V2，次级视皮层； V4,外纹状皮层. (B) Spaun功能结构.黑色粗线表示皮层内部各部分交流过程；细线表示行为选择机制和皮层之间的交流. 圆角框内表示行为选择机制可以利用行为变化调整次级系统的信息输入。

蓝脑计划：

“蓝脑计划”是Ecole Polytechnique Federale de Lausanne的脑科学中心于2005年与IBM合作发起了一项哺乳动物大脑逆向工程,致力于利用超级计算机模拟哺乳类动物大脑。该计划旨在通过超级计算机来“复制”人脑所有的活动，以及在其内部发生的各种反应。该计划的领军人物亨利·马克莱姆在一次演讲中说到：构建的人类大脑模型将帮助我们对抗疾病，并更真实地认识世界。

该计划的研究者不仅对数十亿的神经细胞进行了大量研究，神经细胞之间的通讯和连接也成为研究重点。根据所得到的数据，他们已经能够构建新皮层的三维立体模型，并将神经元之间互相通信的规则进行编码。该项目的研究者在2005年完成了单细胞模型的构建，2007年度过新皮层单元研究的数据驱动处理阶段，2008年构建了含有上百万细胞的人造新皮层单元。2011年成功构建了含有100个新皮层单元的脑部微回路。目前，该项目研究者已经重构出了幼龄大鼠新皮层中一小部分的认知功能和电学行为。而人类大脑，在完成大鼠脑结构的构建后，研究者预计2023年可以完成 。

我们“看”到的99%的东西，其实都是我们大脑对周围信息进行处理和推断的结果，换句话说，世界的样子是大脑告诉我们的。待“蓝脑计划”以及以上所有人造大脑研究进入最终极实验过程阶段，我们可以通过人造大脑来理解这种信息处理过程，那么，世界还会是我们现在看到的样子么？答案仍为未知。这也许是人造大脑研究久经不衰的原因之一吧——人类在认识自己、认识世界的路上注定越走越远，直至真相。

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