模擬大腦
光遺傳學是第一步，也是初步的一步。第二步是要利用最新的技術模擬整個大腦。至少有兩種方法解決這個龐大的問題，需要幾十年艱苦的工作。首先是利用超級計算機模擬幾十億個神經元的行為，每個神經元又與幾千個其他神經元相連接。另一個方法是實際找出每個神經元在大腦中的位置。
模擬大腦第一個方法的關鍵是簡單的，依靠計算機的能力。計算機越大越好。無情的力量和不雅的理論也許是解決這個巨大問題的關鍵。“藍色基因”（Blue Gene）也許是能夠完成這個巨大任務的計算機。它是由IBM建造的地球上最強大的計算機。
當我游歷位于加利福尼亞的勞倫斯利弗莫爾（Lawrence Livermore）國家實驗室時，我有機會參觀了這個像怪物一樣的計算機，也是在這個地方他們為五角大樓設計氫彈頭。它是美國首要的頂級秘密的武器實驗室，占地790英畝（4799畝）的綜合體，在一個鄉村農村的中間，每年預算12億美元，雇傭6800人。它是美國核武器軍事組織的心臟。我必須通過很多道安檢才能見到它，因為它是地球上最敏感的武器實驗室。
最后，通過了一系列檢查站，我進入了擺放IBM“藍色基因”計算機的大樓，它的計算速度驚人，每秒500萬億次。“藍色基因”非常壯觀，占地1平方英里（2.59平方公里），由一排一排的噴成黑色的櫥柜組成，每一個約8英尺（2.44米）高，15英尺（4.57米）寬。
當你走在這些櫥柜之間時，你的體驗是完全不同的。在好萊塢的科幻影片中，計算機有大量的閃爍的光、旋轉的盤、劃破空間的電閃，而這些櫥柜卻是完全安靜的，只有微弱的光在閃。你認識到這個計算機在做每秒萬億次的復雜計算，但它工作時，你什么也聽不到，什么也看不到。
讓我感興趣的是，“藍色基因”正在模擬的是老鼠大腦的思維過程。老鼠的大腦有200萬個神經元，而我們有1000億個神經元。模擬老鼠大腦的思維過程比我們想的要艱難，因為每個神經元與很多其他神經元相連，形成一個密集的神經網絡。但是當我走在構成“藍色基因”的一排一排控制臺時，我禁不住吃驚，這個令人驚駭的計算能力只能模擬老鼠的大腦，而且只有幾秒鐘。（這并不意味“藍色基因”能夠模擬老鼠的行為。在目前，科學家只能勉強模擬蟑螂的行為。更確切地說，“藍色基因”可以模擬在老鼠中發現的神經元激活，而不是它的行為。）
事實上，有幾個組都集中精力在模擬老鼠的大腦上。一個野心勃勃的企圖是位于瑞士的洛桑理工學院（école Polytechnique Fédérale de Lausanne）的亨利·馬克拉姆（Henry Markram）的“藍色大腦”項目。它開始于2005年，那時它得到了一個小型的“藍色基因”計算機，僅有16000個處理器，但是在一年之內它成功地模擬了老鼠大腦的新皮層單元，即大腦新皮層的一部分，其中含有1萬個神經元和1億個連接。這是一個標志性的研究，因為它意味著完整地分析大腦一個重要成分——神經元與神經元——的結構分析在生物上是可能的。（老鼠的大腦由幾百萬個這樣的單元組成，一再重復。這樣，只要模擬這些單元中的一個，就可以理解老鼠的大腦是如何工作的。）
在2009年，馬克拉姆樂觀地說：“現在構建一個人類的大腦是不可能的，但在10年時間里我們將能夠做到。如果我們正確地構建它，它應該像人一樣說話，有智力，像人一樣行動。”然而，他警告說，做到這一點需要的超級計算機需要比現在的超級計算機強20000倍，內存存儲為當前因特網總內存的500倍。
因此，妨礙實現這個龐大目標的障礙在哪兒呢？對他來說，問題很簡單：錢。
因為基礎科學是知道的，他感到只要投錢進去就能成功。他說：“不是多少年的問題，是錢的問題……它是一個是否社會想要它的問題。如果他們想在10年要它，過10年他們就會有它。如果他們想1000年要它，我們就等吧。”
但是一個與其競爭的小組也在研究這個問題，聚集了歷史上最大的計算能力。這個小組利用最先進的“藍色基因”計算機，叫做“黎明”，基地也在利物浦。“黎明”計算機看上去讓人敬畏，有147456個處理器，150萬億字節內存。比我們桌上的計算機大約強10萬倍。這個小組在達曼德拉·莫德哈（Dharmendra Modha）領導下取得了一系列成功。在2006年，它能夠模擬小白鼠大腦的40％。在2007年，它能夠模擬老鼠大腦的100％。（老鼠的大腦含有5500萬個神經元，比小白鼠大腦多得多。）
在2009年，這個小組又打破另一個世界紀錄。他們成功地模擬了人的大腦皮層的1％，或大約等于貓的大腦皮層，含有16億個神經元，9萬億個連接。然而，模擬的速度很慢，大約為人腦速度的1/600。（如果僅模擬10億個神經元，模擬速度就快得多，大約是人腦速度的1/83。）
“這是一個智力的哈勃望遠鏡，一個大腦的線性加速器。”莫德哈在評論這個巨大的成就的時候這樣說。因為大腦有1000億個神經元，這些科學家已經看到了隧道端頭的光線。他們感到完全模擬人的大腦已指日可待了。“這不只是可能的，也是不可避免的，一定會實現。”莫德哈說。
然而，要模擬人的整個大腦，這里有個嚴重的問題，特別是功率和熱。“黎明”計算機消耗100萬瓦的功率，產生的熱量是如此之多，需要6675噸的空調設備，每分鐘要吹270萬立方英尺（7.65萬立方米）的冷空氣。要模擬人的大腦，消耗的功率就不得不再上升1000倍。
這確實是一個不朽的任務。這個假想的超級計算機的功率消耗將是10億瓦，相當于一個核電站的全部輸出。用這個計算機消耗的能量可以照亮整個城市。要冷卻它需要一條河流的全部河水和讓河水流過計算機的渠道。這個計算機本身要占據城市的很多街區。
令人驚訝的是，與之相反，人的大腦只用20瓦。人的大腦產生的熱量幾乎注意不到，然而它的性能卻輕而易舉地超過了我們最好的超級計算機。此外，人的大腦是大自然母親在銀河系的這一部分創造的最復雜的物體。因為在我們的太陽系看不到有其他具備智能生命形式存在的跡象，這意味著我們不得不至少走出24萬億英里（38.6萬億公里），去到最近的星球，甚至要走得更遠才有可能發現像我們的大腦一樣復雜的物體。
我們也許能夠在10年的時間內拆解和分析大腦，但是只有當我們擁有宏偉的像“曼哈頓”那樣令政府破產的項目，傾注幾十億美元在里面才有可能。然而，由于當前的經濟氣候，這不大可能很快發生。像“人類基因組”那樣讓政府破產的計劃，耗費將近30億美元，是美國政府支持的，因為它有明顯的健康和科學價值。然而，拆解分析大腦的利益則不是太緊迫的，因此需要更長的時間。更現實的是，我們在一小步一小步地接近這個目標，也許需要幾十年才能實現這個歷史壯舉。
因此，計算機模擬大腦也許要到本世紀中期。即使這樣，還要幾十年分析從這個重大的項目得出的堆積如山的數據，并使這些數據與人腦相匹配。如果沒有有效處理這些數據的方法，我們將會被淹沒在數據的海洋里。