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计划中的“百亿亿级”超级计算机可能足够强大以绘制人脑图 。
双子塔的幸存者故事从海上拯救威尼斯法医中的稳定同位素Bobby Kasthuri 有问题 。
为了在最好的层面上理解是什么让我们成为人类 ， 他着手创建一个完整的人脑地图：绘制每个神经元与其他每个神经元连接的位置 。 问题是 ， 大脑的连接比银河系的星星还多 。 仅百万分之一的器官包含比国会图书馆所有书面作品更多的信息 。 大脑地图将代表有史以来收集的关于世界历史上任何事物的最大单一数据集 。
【可以绘制人脑图的超级计算机】Mira-cables-裁剪
阿贡国家实验室的一台名为 Mira 的超级计算机
制作那张地图似乎是一项不仅可以消耗一生 ， 还可以消耗数十人的任务 。 然而在短短三年内 ， 它可能只是可能的 。 阿贡国家实验室的神经科学家 Kasthuri 是众多科学家之一 ， 他们的研究将使用实验室正在建造的新型超级计算机 ， 该计算机计划于 2021 年部署 。 这台名为Aurora 21的计算机将并行运行五亿次操作——十亿次计算——与人脑的处理能力相当 。 对于自 2013 年以来在日益激烈的超级计算竞赛中落后于中国的美国而言 ， 这一里程碑——百亿亿级计算能力——既是国家地位的象征 ， 也是科学游戏规则的改变者 。
对大脑模拟的需求是巨大的 ， 仅仅构建像 Aurora 21 这样的计算机是一项艰巨的任务 。 完成的计算机预计耗资数亿美元 。 它将占地约四分之一英亩 ， 拥有数千英里的布线 ， 而且 ， 如果超级计算机的趋势继续下去 ， 耗电量将与一座中等城市一样多 。
Aurora 21不仅仅是为了模拟我们的大脑而设计的 。 它将能够为预测天气、追踪宇宙演化以及了解新药物如何与人体相互作用等多种任务执行计算要求高的模拟 。
“成功的衡量标准是你启用了什么样的科学 。 ”Argonne 的计算、环境和生命科学副实验室主任 Rick Stevens 说 ， 每一个计算里程碑都为研究带来了新的可能性 。 但这对神经科学有着特殊的希望 。 在提供模拟大脑的能力时 ， 超级计算机可以阐明支撑人类学习、行为甚至精神疾病的大部分神秘过程 。
田纳西大学诺克斯维尔分校高性能计算教授 Michela Taufer 表示 ， 此类突破的承诺推动了这场军备竞赛 。 她说 ， 胜利者不一定拥有最大的计算机或最多的奖牌 。 “成功的衡量标准是你启用了什么样的科学 。 ”
映射大脑
在他职业生涯的早期 ， Kasthuri 对这样一个事实感到震惊：果蝇从卵中孵化出完全有能力的 ， 已经知道如何飞行 ， 而人类婴儿出生时是如此无助 ， 以至于在没有人喂养的情况下会饿死 。 他知道 ， 这种无助感 ， 也就是我们成长为有功能的成年人所花费的岁月 ， 一定是让我们成为人类的关键 。 “我们权衡了能够学习几乎任何东西的能力 ， ”Kasthuri 说 。 我们生来就有大约 1000 亿个神经元的空白 ， 随着时间的推移 ， 这些神经元经过排列和重新排列 ， 以创建我们运行的硬件 。 但是没有人真正了解硬件是如何接线的 。 因此 ， Kasthuri 开始在这些神经元水平上探索大脑 。 在 Aurora 21 的帮助下 ， 他将能够将数百万张二维图像拼凑在一起 ， 在三个维度上重建大脑——本质上是创建一张地图 ， 称为连接组 。 在很多方面 ， 它就像一张城市地图 。Kasthuri 说：“这座城市的街道地图将告诉你这个充满活力的城市是什么样子的 ， ”比如哪些部分维持着最多的交通 ， 哪些部分与其他部分直接相连 。
百亿亿级计算机将是第一台能够以高效的速度处理如此大量数据的机器——理论上 ， 让像 Kasthuri 这样的科学家能够绘制多个大脑图 。“我们不可能只做一个大脑 ， ”Kasthuri 说 。 他预计 ， 最有趣的发现将来自比较 。 两个具有不同技能的成年人之间的连接组有何不同？大人小孩之间？Kasthuri 甚至希望将人类的大脑与章鱼的大脑进行比较 。 我们最后一个共同的祖先可能是生活在6亿年前的某种蠕虫状生物 ， 这意味着可以像人类一样学习和解决问题的章鱼是独立进化的 。 但 Kasthuri 想知道我们的大脑共享哪些结构原理 ， 以及这些原理揭示了我们如何思考和学习 。 “能解决问题的大脑只有一个计划吗？” 卡斯图里想知道 。 “或者有不止一种方法可以给那只猫剥皮？”
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