在这个正是日新月异的时代，飞黄腾达的时代，人类的科技、生活已经在近几年快速的进入快车道，在这年头有台电脑、手机已不是稀奇的事，因为几乎每家每户都会有电脑，电脑仿佛将我们彼此链接在一起，下面分析一片关于电脑与手机各种新型科技产品的文章供大家阅读。

人类的大脑非常复杂。和令人烦恼的交易。我们对它的理解是支离破碎的，而且受到阻碍，因为，除了极少数情况，我们无法进入它的内部，在它还在运作的时候，环顾四周。电脑提供的承诺;如果我们能造出一个像真的大脑一样运作的人工大脑，也许我们可以把它拆开来看看它是如何工作的。这就是“人脑工程”背后的理念。欧盟委员会最近授予“人脑工程”10亿欧元，作为未来和新兴技术旗舰项目之一。HBP的联合主管亨利·马克拉姆博士说，他们可以在10年内逼真地模拟人类大脑。但许多神经学家认为，我们对大脑的了解还不足以对其进行建模。我们的知识有哪些空白，为什么会出现问题?

构建构建块

人工大脑必须从好的积木开始。真正的神经元是多种多样的。它们扩展短流程和长流程，这些流程以不同的模式扩展。这些形状不仅仅是为了展示;神经元处理信号的方式因其结构不同而不同。HBP的目标之一是将神经元建模为三维细节细胞。

在显微镜下可以看到神经元，并使用计算机程序进行重建。但我们可以在模型中重建的结构是真实结构的近似值。很难用数学方法表示所有的分支，或它们的转数和锥度。一个更大的挑战是赋予功能属性。在许多神经元中，并不清楚来自其他细胞的信号在结构中的什么地方被接收，也不清楚到达不同分支的信号是如何组合的。

神经元也不是静态的。由于发育、学习和损伤，它们的延伸或收缩。关于这是如何发生的知识是不完整的。建模人员将如何决定要实现哪些规则?

装备积木

人造大脑的组成部分也必须响应和发送信号。真正的神经元由许多不同的蛋白质组成。例如，通道蛋白允许带电荷的分子、离子穿过细胞膜并产生电活动。离子通道的类型很多，但仍有很多有待研究。在大多数神经元中，蛋白质的全部数量，或它们如何对信号传导起作用，都是未知的。神经元中蛋白质的数量和类型在各种条件下也会发生变化，其机制目前还知之甚少。哪些蛋白质应该放入不同的模型神经元?什么时候应该打开、关闭、打开或关闭蛋白表达呢?

最后，蛋白质应该放在哪里?一些通道只存在于细胞体中，而另一些则存在于扩展部分中。通道的分布影响神经元接收和发送信号的方式，但通常是未知的。形态如何与功能相结合?

建立小型网络

如果单个神经元建模的挑战被克服了，下一步就是将它们连接起来。神经元之间的交流发生在特定的接触点。我们对这些接点的组成和信号传输的一般规律知道得很多。但重要的细节却被遗漏了。谁与谁相连?单个神经元的接触点在哪里?连接的强度是什么?在不同的条件下，强度是如何变化的?对于大多数神经元，我们的信息是有限的，比如潜在的伴侣和对连接强度的估计。即使是在大脑的一个小区域内，测试所有可能的神经元对也是不可行的。我们如何连接一个神经元网络，并确保伙伴、位置和力量是正确的?即使这个模型是建立在联系和力量可以进化的基础上的，那么进化的规则是什么呢?这些细节将对模型的输出产生深远的影响。

跨多个级别连接

许多网络必须连接起来才能形成一个完整的大脑。虽然我们大致知道大脑的哪些区域与他人交流，但我们对这种交流的许多细节却一无所知。哪些神经元与哪些区域相连?信号从一个区域传到另一个区域再传回来的反馈回路是什么?同样不清楚的是，跨多个组织级别(分子、细胞)和跨多个时间尺度(秒、分)处理的信息是如何集成的。如何将模型绑定在一起?

一个模型大脑会做什么?

如果所有这些挑战都被克服了，并且模拟了人脑，那么这个模型会做什么呢?它会重现那些让我们对真实大脑印象深刻的行为吗?这是有可能的。除了一定程度的复杂性之外，模型还可以做许多令人印象深刻的事情。但重点应该放在我们是否能够理解行为是如何以及为什么会出现的。我们想要的机制。

模型的优点是组成模型的各个部分是已知的，如果模型足够简单，可以删除各个部分来检查它们的作用。但是，考虑到所提议的模型所需的复杂性，一次删除一个组件不仅非常麻烦，而且还可能增加我们的理解。复杂的行为，如果出现，很可能是许多模型组件交互的结果。我们可以测试所有可能的相互作用吗?

建筑的理解

HBP的研究人员是对的:我们不能继续孤立地研究大脑的微小部分，并希望了解它是如何工作的。他们的目标是整合来自实验和计算机建模的信息，这是一个很好的目标。但我们必须建立在坚实的知识基础上。马克拉姆和相关的研究人员已经花费了

在过去的二十年里，研究人员对大脑皮层内的细胞和连接进行了表征。基金会正在发展。然而，巨大的差距依然存在。它们会对项目产生致命影响吗?或者，HBP会像提议的那样帮助我们填补空缺吗?神经科学家只能等着瞧了。

推荐阅读

1. “我们会…模拟人脑?——埃德·杨(Ed Yong)BBC未来，2013年2月8日。

2. 《计算机建模:盒子里的大脑》(Computer modeling: Brain in a box)，作者:M.米切尔•沃尔德洛普(M. Mitchell Waldrop)。《自然》，2012年2月22日。

确认

作者感谢Marco Herrera Valdez对早期草稿的反馈，以及Ed Yong, John Hewitt, Zen Faulkes, Philippe

desjardin - proulx和Nathan Insel进行了有价值的讨论。

图片:图1:来自Saad Faruque在Flickr(许可CC-BY-SA);图2:来自Tumblr上的Cajal(或通过各种渠道;公共领域的形象);图片来源:圣地亚哥·拉蒙·卡哈尔，大约1905年;图3:修改doi:10.1371/journal.pcbi。1000395(原图3,CC-BY许可);图片来源:Li et al. (2009)， PLoS Comp. Biol。5 (5):e1000395。