復(fù)旦和螞蟻聯(lián)手，用人腦“擊敗”人腦

2003年，清華大學(xué)計(jì)算機(jī)系一個(gè)叫王小斐的研究生，選修了一門(mén)神經(jīng)生物學(xué)的課，提交了一份 “把計(jì)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(píng)價(jià)：“計(jì)算機(jī)系每隔十年就會(huì)來(lái)一個(gè)你這樣的?！?/p>

(資料圖片僅供參考)

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

讓王小斐沒(méi)想到的是，20年過(guò)去，他當(dāng)年的夢(mèng)想又迎來(lái)了一個(gè)新機(jī)會(huì)。

近日，在杭州的螞蟻A空間，有個(gè)異常燒腦的“基于圖計(jì)算的腦仿真架構(gòu)”項(xiàng)目啟動(dòng)會(huì)，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(dòng)了一個(gè)全新的產(chǎn)學(xué)研融合科研項(xiàng)目，用圖計(jì)算技術(shù)做類(lèi)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(gè)既懂計(jì)算機(jī)又懂神經(jīng)科學(xué)的跨界學(xué)者，王小斐是這個(gè)項(xiàng)目的牽線(xiàn)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(zhǎng)陳文光，也是螞蟻圖計(jì)算主要負(fù)責(zé)人，曾是清華大學(xué)計(jì)算機(jī)系的教授，王小斐和他相識(shí)多年。

“小斐有一天在清華門(mén)口約我喝咖啡，然后遞給我一份論文，說(shuō)腦的這事兒已經(jīng)這樣了，你這個(gè)圖計(jì)算應(yīng)該有得搞，能用上?！标愇墓饣貞浾f(shuō)，自己看完后第一感覺(jué)：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(jí)PI、博士生導(dǎo)師王云溝通，盡管第一次聽(tīng)說(shuō)“圖計(jì)算”三個(gè)字，但當(dāng)看到圖計(jì)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(dòng)態(tài)可變化與神經(jīng)突觸的生長(zhǎng)和可塑性非常相像。王云覺(jué)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(gè)新技術(shù)層出不窮的時(shí)候，是時(shí)候做一些突破性的事情了。

“當(dāng)然，跨界是一個(gè)非常不容易的事情，剛開(kāi)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?，好在他們中間有個(gè)王小斐。

左起：陳文光、王小斐、王云、朱曉偉

接下來(lái)，這個(gè)項(xiàng)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(yàn)室與螞蟻技術(shù)研究院圖計(jì)算實(shí)驗(yàn)室，通過(guò)圖計(jì)算、人工智能與實(shí)驗(yàn)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(jì)算機(jī)模擬大腦

腦仿真是什么？圖計(jì)算又是什么？可能很多人看完一頭霧水：難道計(jì)算機(jī)真的可以模擬大腦了？就像科幻影片《超驗(yàn)駭客》在2017年上映時(shí)，無(wú)數(shù)看了該片的人不禁發(fā)出疑問(wèn)：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(jì)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(shuō)一個(gè)人的腦子只占人身體重量的2%-3%，但它的耗氧量占整個(gè)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(gè)神經(jīng)元，并由約100萬(wàn)億個(gè)神經(jīng)突觸連接，神經(jīng)元通過(guò)這種錯(cuò)綜復(fù)雜的連接關(guān)系，用來(lái)傳遞和處理信息。

我們常說(shuō)的一朝被蛇咬十年怕草蛇，其原理就是一個(gè)一個(gè)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(lái)，人類(lèi)對(duì)腦科學(xué)前沿的探索從未停止，目前，歐洲、美國(guó)和日本等先后啟動(dòng)了“藍(lán)腦計(jì)劃”“BRAIN計(jì)劃”等赫赫有名的研究項(xiàng)目，我國(guó)也于2021年正式啟動(dòng)“中國(guó)腦計(jì)劃”，世界各國(guó)的腦計(jì)劃已經(jīng)獲取了大量的神經(jīng)生物數(shù)據(jù)。

與此同時(shí)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(wàn)個(gè)“神經(jīng)元”以及2.56億個(gè)“突觸”，可以短暫模擬大腦活動(dòng)。同年，日本的“京”超級(jí)計(jì)算機(jī)（K Computer）使用八萬(wàn)三千個(gè)處理器，也成功模擬了人類(lèi)一秒鐘腦部活動(dòng)的百分之一。此前，馬斯克也曾宣稱(chēng)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(jì)算機(jī)能力和生物學(xué)對(duì)神經(jīng)的理解。因此，計(jì)算神經(jīng)學(xué)需要一個(gè)全新的腦仿真架構(gòu)，來(lái)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(cè)。從這個(gè)層面來(lái)講，圖計(jì)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(jì)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(gè)高精度腦仿真架構(gòu)

一說(shuō)到圖，普通人最常見(jiàn)、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(lèi)似于知識(shí)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(lèi)型組成：頂點(diǎn)和邊?！蔽浵伡夹g(shù)研究院圖計(jì)算實(shí)驗(yàn)室研究員朱曉偉解釋。舉個(gè)例子，如果把項(xiàng)目、員工和公司當(dāng)作三個(gè)不同的頂點(diǎn)，這些不同類(lèi)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(gè)公司，可能會(huì)參與某個(gè)項(xiàng)目，這些關(guān)系就是邊。

作為一種以點(diǎn)和邊來(lái)構(gòu)建關(guān)聯(lián)關(guān)系的計(jì)算模式，圖計(jì)算最大的優(yōu)勢(shì)是可以對(duì)大到百萬(wàn)億規(guī)模的點(diǎn)邊關(guān)系進(jìn)行動(dòng)態(tài)性和實(shí)時(shí)性分析。螞蟻從2015年開(kāi)始探索圖計(jì)算，布局了圖數(shù)據(jù)庫(kù)、流式圖計(jì)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(jì)算集群。

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

也正因如此，未來(lái)可以嘗試通過(guò)圖計(jì)算來(lái)高精度還原神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)，模擬生物實(shí)驗(yàn)得到數(shù)據(jù)，并進(jìn)一步結(jié)合生物實(shí)驗(yàn)互相驗(yàn)證。王云笑稱(chēng)，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(yàn)室，無(wú)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(yàn)將會(huì)變得更加高效、快速且低碳。

當(dāng)人類(lèi)對(duì)自己的大腦研究透徹，那后續(xù)的想象空間也將會(huì)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(kāi)發(fā)，縮短藥物上市時(shí)間等。

當(dāng)然，這一切才剛剛開(kāi)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(gè)不確定性的事情，在這個(gè)領(lǐng)域到底能產(chǎn)生什么樣的結(jié)果還很未知，只是說(shuō)我們?cè)谡_的道路上和正確的方向上?！?/p>

都市快報(bào)·橙柿互動(dòng) 記者 劉永麗

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