藍腦計畫

**藍腦計畫**（英語：Blue Brain Project）嘗試利用分子層級的哺乳類腦部逆向工程建立一個電腦模擬腦。該計畫於 2005 年 5 月由瑞士洛桑聯邦理工學院腦與心理研究所（EPFL）在瑞士成立，其任務是利用生物學數據重建和哺乳動物大腦模擬（腦模擬）來識別大腦結構和功能在健康和疾病的基本原則。

該計畫由創始人亨利・馬克拉姆領導，他也是歐洲人腦計畫的負責人，由 Felix Schürmann 和 Sean Hill 共同執導。本計畫使用藍色基因超級電腦運行 Michael Hines 的 Neuron (軟體)，電腦模擬並不僅是包括人工神經網路模型，也包括生物過程的真實神經元模型，和一個經驗重建模型連接組（connectome）。這個計畫希望最終能夠揭開意識的本質。

目前已經有一些相關的子計畫領域，包括卡哈爾藍腦（Cajal Blue Brain (Spain)），它是由馬德里理工大學的馬德里高速運算和可視化中心（CeSViMa）所主控，其它子系畫則由英國、美國和以色列的大學以及獨立實驗室所執行。

## 目標

該計畫的最初目標於 2006 年 12 月完成，模擬了老鼠的新皮層柱，一些研究人員認為這是新皮層最小的功能單位，這被認為是負責意識思維等高級功能。在人類中，每個柱體長約 2 毫米 (0.079 英吋) ，直徑 0.5 毫米 (0.020 英吋) ，包含約 60,000 個神經元。 大鼠新皮層柱在結構上非常相似，但只包含 10000 個神經元和 108 個突觸。 在 1995 年到 2005 年間，馬克拉姆對這個柱描繪了神經元類型以及它們之間的連接。

## 進度

2007 年 11 月，該計畫報告了第一階段的結束，發表了一個用於創建、驗證和研究新皮層柱的數據驅動過程。

到 2005 年，第一個細胞模型完成。到 2008 年，建成了第一個由 10000 個細胞組成的人工細胞新皮層柱。截至 2011 年 7 月，已建成 100 個新皮層柱組成的細胞中央環路（mesocircuit），包含 100 萬個細胞。 在 2014 年計劃了一個細胞的老鼠大腦模型，包含 100 個中央環路，共計 1 億個細胞。據預測，建成人類大腦將在 2023 年成為可能，其細胞數量相當於 1000 個老鼠大腦，細胞總數將達到 1000 億個。

2005 年，該計畫將其初步成果發表在科學文獻上，旨在一個分子水平上建立模擬，從而研究基因表現的影響。它還旨在簡化柱的模擬，允許平行模擬大量連接的柱，最終模擬完整的新皮層，而人類的新皮層由大約 100 萬個皮層柱組成。

2015 年，瑞士洛桑聯邦理工學院（Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, EPFL）的科學家們建立了一個定量模型，揭示了先前未知的膠質細胞、星形膠質細胞和神經元之間的關係。該模型透過神經膠質血管單元（NGV）的功能來描述大腦的能量管理。另外將一層神經膠質細胞加入藍腦計畫模型中，以改善系統的功能。

2017 年，「藍腦計劃」發現，神經元簇之間存在多達 11 個面向的聯繫。該計畫負責人表示，在一定程度上，我們很難理解大腦，部分是因為通常用於研究網路的數學方法無法探測到那麼多面向。藍腦計畫能夠利用代數拓撲對這些網路進行建模。

據《科學日報》報導，2018 年，「藍腦計劃」發布了首個數位 3D 腦細胞圖譜，這就像是「從手繪地圖到谷歌地球」，提供了大腦 737 個區域的主要細胞類型、數量和位置資訊。

2019 年，參與「藍腦」計畫的計算神經科學家伊丹・塞格夫（Idan Segev）發表了一場題為《計算機中的大腦：我從模擬大腦中學到了什麼》（Brain In the computer: what I did I learn from the Brain）的演講，他提到完整的老鼠大腦皮層的研究已經完成，即將開始進行虛擬腦電圖的實驗。他還提到，這個模型對他們當時正在使用的超級電腦來說，實在過於沉重，因此他們正在探索將每個神經元都表示為一個神經網路的方法。

2022 年，藍腦計畫的科學家們利用代數拓撲開發了「拓撲神經元合成」演算法，僅使用少量範例便可產生大量獨特的細胞，合成出數百萬個獨特的神經元形態，這使他們能夠複製大腦的健康狀態和不健全狀態。在一篇論文中，Kenari 等人能夠使用這個演算法以數位方式合成老鼠大腦中的樹突形態，他們僅使用了少量參考細胞就對整個大腦區域進行了測繪。由於該演算法開源，這將有助於建立大腦疾病的模型，而且最終可能會產生數位化的孿生大腦。

## 相關題目

* 人工智慧
* 人工神經網路
* 認知科學
* 神經資訊學
* 腦科學計畫
* 谷歌大腦
* 人腦計畫 (HBT)
* 人類連接組計畫 (HCT)

## 參照

## 參考

* IBM Aims To Simulate A Brain （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）, Forbes, 6 June 2005.
* Mission to build a simulated brain begins（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）, _[New Scientist]_ News, 6 June 2005.
* Blue Brain Project site, Lausanne.
* （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）.
* NCS documentation.
* NEURON documentation （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）.
* 亨利・馬克拉姆，"The Blue Brain Project", _Nature Reviews Neuroscience（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）_ , 7:153-160, 2006 February. PMID 16429124.
* Growing a Brain in Switzerland （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）, _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 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） an Interview with Idan Segev.
* Simulated brain closer to thought （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） 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 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） TED Conference. July 2009
* Indian startup to help copy your brain on computers （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） Silicon India. 1 February 2010

## 外部連結

* Blue Brain Project （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Blue Brain: Year One documentary （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）