2003年，清華大學(xué)計算機(jī)系一個叫王小斐的研究生，選修了一門神經(jīng)生物學(xué)的課，提交了一份 “把計算機(jī)CPU和人腦聯(lián)在一起”的課程作業(yè)，收獲了生物學(xué)老師這樣的評價：“計算機(jī)系每隔十年就會來一個你這樣的?！?/p>

(資料圖片僅供參考)

從計算機(jī)誕生起，人們就試圖通過一些數(shù)學(xué)分析和計算機(jī)模擬方法來研究人類大腦，也因此有了計算機(jī)神經(jīng)科學(xué)這一分支，計算機(jī)和生物學(xué)專家都在利用新工具和跨學(xué)科的交叉技術(shù)應(yīng)用，推動腦科學(xué)的研究。

讓王小斐沒想到的是，20年過去，他當(dāng)年的夢想又迎來了一個新機(jī)會。

近日，在杭州的螞蟻A空間，有個異常燒腦的“基于圖計算的腦仿真架構(gòu)”項目啟動會，螞蟻技術(shù)研究院和復(fù)旦大學(xué)腦科學(xué)研究院聯(lián)合啟動了一個全新的產(chǎn)學(xué)研融合科研項目，用圖計算技術(shù)做類腦研究，讓人們有了理解大腦的新方式。

一次跨界的新嘗試

作為一個既懂計算機(jī)又懂神經(jīng)科學(xué)的跨界學(xué)者，王小斐是這個項目的牽線人，現(xiàn)在的他是復(fù)旦大學(xué)腦科學(xué)研究院的工程師，而目前擔(dān)任螞蟻技術(shù)研究院的院長陳文光，也是螞蟻圖計算主要負(fù)責(zé)人，曾是清華大學(xué)計算機(jī)系的教授，王小斐和他相識多年。

“小斐有一天在清華門口約我喝咖啡，然后遞給我一份論文，說腦的這事兒已經(jīng)這樣了，你這個圖計算應(yīng)該有得搞，能用上?！标愇墓饣貞浾f，自己看完后第一感覺：這是好事啊。

另一邊，王小斐把自己的想法和復(fù)旦大學(xué)腦科學(xué)研究院高級PI、博士生導(dǎo)師王云溝通，盡管第一次聽說“圖計算”三個字，但當(dāng)看到圖計算與腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有天然的相似性，尤其是圖關(guān)系的動態(tài)可變化與神經(jīng)突觸的生長和可塑性非常相像。王云覺得這將是自己退休前干得最有意義的事情了。

雙方都有一種強(qiáng)烈的期待：在這樣一個新技術(shù)層出不窮的時候，是時候做一些突破性的事情了。

“當(dāng)然，跨界是一個非常不容易的事情，剛開始我講的名詞陳文光老師不知道，陳文光老師講的名詞我不理解?！蓖踉铺寡裕迷谒麄冎虚g有個王小斐。

左起：陳文光、王小斐、王云、朱曉偉

接下來，這個項目將依托復(fù)旦大學(xué)腦科學(xué)研究院神經(jīng)藥理實(shí)驗室與螞蟻技術(shù)研究院圖計算實(shí)驗室，通過圖計算、人工智能與實(shí)驗神經(jīng)科學(xué)的緊密結(jié)合，打造新一代大規(guī)模高精度腦仿真系統(tǒng)，為理解生物智能和治療腦疾病提供新的研究手段，助力尖端科學(xué)研究。

用計算機(jī)模擬大腦

腦仿真是什么？圖計算又是什么？可能很多人看完一頭霧水：難道計算機(jī)真的可以模擬大腦了？就像科幻影片《超驗駭客》在2017年上映時，無數(shù)看了該片的人不禁發(fā)出疑問：我們有朝一日真的能夠?qū)⒅餮菁s翰尼·德普的大腦上傳到計算機(jī)中嗎？

“我們都知道人的大腦特別復(fù)雜，又極其重要，這也是為什么說一個人的腦子只占人身體重量的2%-3%，但它的耗氧量占整個人的20%?！巴踉平o大家科普，人腦的基本單位是神經(jīng)元，我們的大腦里有約1000億個神經(jīng)元，并由約100萬億個神經(jīng)突觸連接，神經(jīng)元通過這種錯綜復(fù)雜的連接關(guān)系，用來傳遞和處理信息。

我們常說的一朝被蛇咬十年怕草蛇，其原理就是一個一個的神經(jīng)元信息傳遞形成了“恐懼記憶”，并影響著我們今后生活中的行為。

一直以來，人類對腦科學(xué)前沿的探索從未停止，目前，歐洲、美國和日本等先后啟動了“藍(lán)腦計劃”“BRAIN計劃”等赫赫有名的研究項目，我國也于2021年正式啟動“中國腦計劃”，世界各國的腦計劃已經(jīng)獲取了大量的神經(jīng)生物數(shù)據(jù)。

與此同時在技術(shù)層面，IBM2014年發(fā)表了仿人腦芯片，該芯片擁有一百萬個“神經(jīng)元”以及2.56億個“突觸”，可以短暫模擬大腦活動。同年，日本的“京”超級計算機(jī)（K Computer）使用八萬三千個處理器，也成功模擬了人類一秒鐘腦部活動的百分之一。此前，馬斯克也曾宣稱已將自己的大腦上傳到云端。

然而，當(dāng)前腦仿真系統(tǒng)常用的架構(gòu)還是立足于20年前的數(shù)據(jù)量、計算機(jī)能力和生物學(xué)對神經(jīng)的理解。因此，計算神經(jīng)學(xué)需要一個全新的腦仿真架構(gòu)，來容納更大量的數(shù)據(jù)、提供更宏偉的算力，從而實(shí)現(xiàn)更精確的仿真和預(yù)測。從這個層面來講，圖計算技術(shù)先天性的與神經(jīng)元和腦仿真有相似性，基于圖計算技術(shù)搭建的高精度腦仿真架構(gòu)有望為揭示大腦的秘密提供一種新的研究方法和手段。

一個高精度腦仿真架構(gòu)

一說到圖，普通人最常見、最好理解的是一張圖片?！暗俏覀冞@里的圖不是圖片的圖，而是更類似于知識圖譜，一種抽象的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，由兩種基本的數(shù)據(jù)類型組成：頂點(diǎn)和邊?！蔽浵伡夹g(shù)研究院圖計算實(shí)驗室研究員朱曉偉解釋。舉個例子，如果把項目、員工和公司當(dāng)作三個不同的頂點(diǎn)，這些不同類型頂點(diǎn)之間又有各種各樣的關(guān)系，員工和員工之間可能是好友，員工可能受雇于某個公司，可能會參與某個項目，這些關(guān)系就是邊。

作為一種以點(diǎn)和邊來構(gòu)建關(guān)聯(lián)關(guān)系的計算模式，圖計算最大的優(yōu)勢是可以對大到百萬億規(guī)模的點(diǎn)邊關(guān)系進(jìn)行動態(tài)性和實(shí)時性分析。螞蟻從2015年開始探索圖計算，布局了圖數(shù)據(jù)庫、流式圖計算引擎、圖學(xué)習(xí)等相關(guān)技術(shù)，打造了世界規(guī)模領(lǐng)先的圖計算集群。

支付寶作為一個重要的金融工具，在一些刷單、詐騙等黑灰產(chǎn)的風(fēng)險管控中已經(jīng)在使用圖計算。以互聯(lián)網(wǎng)場景為例，不良商家常常通過不同的銀行卡、熟人來完成刷單或者套現(xiàn)“回路”，純資金流的數(shù)據(jù)模式無法看出端倪，但借助圖數(shù)據(jù)模式發(fā)現(xiàn)此類閉環(huán)模式，提前預(yù)防風(fēng)險。

也正因如此，未來可以嘗試通過圖計算來高精度還原神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)，模擬生物實(shí)驗得到數(shù)據(jù)，并進(jìn)一步結(jié)合生物實(shí)驗互相驗證。王云笑稱，一般大家一提到生物學(xué)家，第一反應(yīng)就是“整天研究小白鼠”的，的確關(guān)于腦科學(xué)的研究如果只是局限在生物實(shí)驗室，無疑是非?？菰锴业托?，但有了高精度仿真大腦的輔助，科學(xué)實(shí)驗將會變得更加高效、快速且低碳。

當(dāng)人類對自己的大腦研究透徹，那后續(xù)的想象空間也將會更大。如疾病的治療，為藥物研究早期靶點(diǎn)篩選提供模型，促進(jìn)更精細(xì)、更高效的藥物開發(fā)，縮短藥物上市時間等。

當(dāng)然，這一切才剛剛開始。就像螞蟻技術(shù)研究院陳文光所言：“交叉領(lǐng)域很有前景，但科學(xué)探索它本身就是一個不確定性的事情，在這個領(lǐng)域到底能產(chǎn)生什么樣的結(jié)果還很未知，只是說我們在正確的道路上和正確的方向上。”

都市快報·橙柿互動 記者 劉永麗

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