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科学家们将使用强大快速的超级计算机来研究以前没有可能去研究的领域,即我们是如何思考的?精神紊乱是如何产生的?
在6月1日,代号为blue brain的超级计算机将要诞生了,这是大脑研究历史上非同寻常的时刻,瑞士洛桑市EPFL脑与认知科学奠基人神经科学家Henry Markram说,这个事件可能展示出有关人类大脑活动状态科学发现新的时代.
这台代号为Blue Brain的超级电脑是IBM最近安装的新型BlueGene/L系统,一个在超级计算机设计方面从根本上革新的系统.EPFL的机器有一个最高的速度大约22.8 teraflops（1 Teraflop表示每秒钟可完成1万亿次浮点计算）――意思是它能从理论上完成每秒钟22.8万亿的运算能力,如此强的速度应该使Blue Brain成为世界上顶级的15台超级计算机之一（世界冠军是BlueGene系统在Lawrence Livermore国家实验室――当今年完成后,它的速度将达到367 teraflops）.与IBM 研究人员通力协作的Markram 的EPFL团队将使用Blue Brain来产生一个详细的新大脑皮层电脑模型,它是最大和最复杂的人类大脑部分.“这会花掉2到3年的时间,”他说.
BlueGene/P将有较快的处理器,同时最终可能接近petaflops的速度――即每秒计算千的五次方.“我们有一个非常长期的计划,” Markram解释.“为了世界范围的研究,我们正在产生一个独特的工具.” 在约克镇IBM的研究分支机构,领导Blue Brain 项目的IBM的研究员Charles Peck补充说,“现在有一个巨大的机会来做过去几乎没有可能实现的科学.”
Blue Brain项目将研究搜索观察人类是如何思考和记忆的.另外,通过对大脑过程的精确模拟,“我们将能够研究出神经紊乱以及它们是如何产生的”, Markram说.科学家们相信孤独症、精神分裂症和抑郁症以及其他的心理疾病是由于大脑内缺陷的智商和故障线路引起的.
帕金森氏症是另一个目标,Markram补充说：“在中脑里有一组纵深的细胞能产生治脑部神经的药物多巴胺,当这些细胞开始死亡,多巴胺产生得较少时,就得了帕金森,”他解释说.“我们能够模仿它,”创造仿真品.
研究大脑是怎样活动的已经成为科学家们最大的挑战之一.研究人员仍然没有全盘地领会我们是如何思考的.一个原因是：大多数的研究到目前为止仍然采用“湿”实验――刺激或解剖老鼠的大脑或其他动物的大脑.Markram解释说：“一些‘湿’实验难以置信地复杂.”历时3年,花掉100万美元.
由于Blue Brain的模拟,他预言,“我们将可能在白天、甚至每秒都做同样的事情,这将是非常显著的现象.”
经常不断的改变线路.Markram首先产生这个想法是基于五年前协作BlueGene,确切的时间是IBM公布超级电脑系统之后.“甚至在那之前,Henry已经想放弃这个计算机模拟这条路了,” IBM的Peck说.“但现在它恰恰是切实可行的.”
那是因为大脑是格外地复杂以至于需要非凡能量的计算机.大脑的物理结构和化学的运转是非常复杂的.更进一步复杂的情况是它不断地变化内在的线路.“当你早晨醒来时,大脑与中午相比处于非常不同的状态,” Markram指出.
50年前,他解释说,“我们不清楚记忆是如何进入我们的大脑的.但我们的实验室（神经电子EPFL实验室）已经成为新理论的主要传播者之一,这个理论表明大脑是始终不断地处于动态状态.它不断地重组――自身始终不断地进行组织和改造.”
如果大脑线路处于一种常态,Markram坚持认为长期的记忆是不能保持的.为了解释记忆怎样被保存,他和他的同事伪造虚构了“液体计算”理论.确认Blue Brain这个概念. “那是可能的事情,”IBM研究机构副总裁Tilak Agerwala说.“但我们仍然完全不能理解大脑是如何运作的,”可是,这个概念已经有一个奇特的名字：生态电脑.
目前,Markram看见BlueGene体系结构是大脑模型最好的工具.它有大约8000个处理器,通过绘制一个或两个模拟的大脑神经细胞到每一个处理器,计算机将变成一个10000个神经细胞硅元素的复制品.“接着我们将用我们已经设计出来的大脑功能的规则（在软件里）来互相连接他们,” Markram说.
“神经脑皮层是智慧和适应性的开始,” Markram补充.“它标志着从爬行动物跳跃到哺乳动物.”
自从神经脑皮层40年前首次发现,研究人员已经辛苦地对其进行研究,看它如何使人类具有创造性.“这是我的热情所在,也是我10年的使命,” Markram说.“现在,我们知道信息是怎样从一个神经细胞转移到其他神经细胞的.我们知道它们如何运转.我们已经把这些指定出来了.”