日本超级计算机从大脑中取出大字节

日本的研究人员使用世界上最快的超级计算机强大的K计算机来模拟我们大脑的复杂神经结构。

使用一套流行的神经元模拟软件NEST, K计算机能够将82944个处理器的能力集中起来，创建一个网络，模拟17.3亿个神经细胞，由10.4万亿个神经细胞连接起来突触-约占生料的1%处理能力的人类的大脑．

这一技术壮举在推进我们对我们聪明的生物大脑的理解方面有多大的飞跃?

按下开关

我们的大脑是复杂的东西，目前我们对大脑如何工作的理解的核心是数十亿个专门的神经细胞,被称为神经元，连接在一起并传递信号，从而引起思想、感觉和行动的活动。

在某种程度上，神经元可以被认为是一个相当简单的生物开关。它吸收进来的信号，如果这个信号足够强，神经元就会把它发送给它连接的其他神经元。这类处理可以在电子硬件了。这就是K计算机的作用。

该项目是日本冲绳理工学院研究生院理研HPCI计算生命科学项目和德国Jülich神经科学与医学研究所研究人员工作的结果。

在速度方面，我们大脑神经元实际上，它们的生物开关启动得相当慢。它们以毫秒的速度工作(发射后需要时间恢复)，并结合成精美的图案。但由于它们的绝对数量，每秒仍有大量的计算在进行。

电子设备的切换速度更快。K电脑用了大约1拍字节内存相当于25万台家用电脑的总和。但是模拟仍然花了40分钟来提供计算能力一秒钟神经网络活动大脑在真实的生物时间里。

展示和讲述

坦率地说，像我这样的大脑研究人员对这些巨大的数字和计算能力印象深刻——它们是能够理解大量大脑神经元集群活动的基础。然而，理解远比简单地构建要复杂。

研究团队坦率地承认，这项工作是为了展示用当今的技术可以做什么——到目前为止，他们的模拟并没有真正解决关于我们大脑如何思考的任何重要问题。这有点像建立一个超级互联的高速公路网络，里面装满了模拟汽车，但还没有看到这个道路网络对假日交通高峰的反应。

毫无疑问，这种大规模的模拟将很快为我们的大脑如何运作、我们如何学习、我们如何感知，甚至我们如何感觉等谜团提供答案。但任何模拟都只能与构建软件时所做的假设一样好。

即使使用开源的NEST软件，如果您仔细查看，也会发现需要设置模拟中的一系列参数，而更改这些参数通常会显著地改变从模拟中得到的结果。

简单的转换隐喻也只是一个近似值;我们发现生物神经元在处理信号的方式上要复杂得多。此外，还有一些有趣但尚未得到充分理解的大范围神经调节剂，如一氧化氮，一种存在于大脑中的化合物，与改变神经元的局部兴奋性和放电特性有关。

再加上越来越多的证据表明，神经胶质细胞(它不像神经元那样携带信号，但在大脑中占比神经元大10到50倍)不仅为神经元提供物理支持，而且是大脑功能的组成部分，计算问题就变得更大了。

精致的建筑

也许最重要的是，我们的大脑有一个精致的结构，从皮层的不同层到早期视觉区域的方向列。在它的整个结构中，特定类型的信号通过不同的神经元配置传递，其形式决定了功能。

目前的K计算机模拟令人印象深刻地将大量神经元连接到许多其他神经元，利用原始的计算能力，但在未来，我们需要更好地理解大脑如何使用功能和结构特殊化来完成其工作。

为了完全模拟和理解我们的大脑——特别是能够解释我们已经知道的关于大脑功能的事情，并预测我们可以测试的新特性——我们需要汇集其他研究学科的技能和知识，如神经科学和计算机科学，以同样的方式，日本领导的模拟汇集了无数计算机处理器的能力。

随着日本准备在2020年之前开发出下一代超级计算机——比K计算机快100倍——其他国家也准备参与竞争或走得更远，肯定还有更多的事情要做。

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