超级计算机创造数字双胞胎，终结动物实验

先进的超级计算机和定制化的应用将会推动新的研究，为神经科学领域和社会带来巨大利益。创建大脑和人体的数字化模型可以终结人体和动物实验，代之以“数字化双胞胎”。

作者： Eng Lim Goh博士, HPE副总裁兼HPE SGI首席技术官

蓝色大脑项目（Blue Brain Project, 简称BBP）的研究者在努力揭开人类大脑的秘密。

Dr. Eng Lim Goh介绍医疗社区的进步是如何改变世界医学研究的

在我看来，超级计算机最了不起的地方就是帮助我们在研究领域迎接各种巨大的挑战。近年来，高性能计算技术的进步缩短了从假设到洞察之间所需的时间。我们正在试图加强数字化大脑的模拟能力，因此需要集中我们的大脑和计算能力。

HPE将与BBP项目（BBP）合作，提供他们所需的超级计算机，以实现对哺乳动物大脑进行准确的模拟，推动医学进步。在过去的数年中，HPE已经战胜了若干复杂、貌似不可能的挑战：我们是内存驱动计算的先锋，设计了星际任务专用的计算机，协助将人类送往深远的太空——还要准时返回；与COSMOS研究小组合作，研究宇宙的起源。

不过，探寻我们自身，研究人类的大脑应该比星系探索更具挑战性。

人类的大脑是宇宙中最复杂的现象之一，若对其进行数字化重建就需要新一代的超级计算机，以及大脑研究者和计算工程师之间的深度合作。HPE总裁兼CEO安东尼奥.内里说：“我们的任务是开发新技术，提高我们的生活质量，包括助力医疗行业交付有针对性的治疗方法，挽救生命。HPE先进的超级计算机和定制应用推动新的研究，为神经科学研究和社会带来巨大利益。”

BBP项目的目标是为大脑全面建立数字化模型，它将成为海量模拟的基础，每一个模拟都代表一个计算机实验。不仅数字实验需要超群的计算能力，大脑模型还要求一系列不同的计算档案来反映大脑不同的组织水平和它们之间的互动，也包括不同类型的建模和方法模拟。

当内里收到来自瑞士的BBP团队的请求时，他立即意识到其中的重要性，因为了解人类大脑并为之建模会成为HPE全球合作伙伴的延展。接到最初请求之后的第三天，他就要求我去日内瓦。能与BBP团队共同讨论设计系统是件幸运的事。更让人兴奋的是，该项目组对哺乳类大脑的研究与我们正在进行的两个项目非常吻合。

Living Heart是HPE与斯坦福大学的合作项目，它创建了通用换算3D模型来监控循环及虚拟测试研制中的药物治疗，目的是预测药物引起的心律失常，即使病患远在地球的另一边也可以进行。

DZNE正在研究3万人30年来的病情发展，以找到阿尔兹海默症的治疗方法。HPE内存驱动超级计算机帮助改善全世界患有神经紊乱症的10亿病患的生活。

“在一些医学研究中，数字模拟将淘汰动物和人类实验。”

DZNE的研究显示，世界人口正趋向老龄化，痴呆和阿尔兹海默症等脑部疾病目前每年要耗费1万亿美元。了解大脑并研发治疗方法及创新会减少医疗机构的负担，同时提高人们的生活质量，这一点正在变得越来越重要。大脑相关的疾病不是唯一的问题。至2025年，世界上将有12亿人进入老年。根据世界卫生组织的数据，至2020年，全球四分之三的死亡将是由癌症、糖尿病等慢性病导致的。

到目前为止，动物或人体实验是测试医学假设的一个重要方法。但这种方法昂贵、缓慢、还不准确，不仅有风险，而且引发了道德质疑，远不如我们能模拟人体功能的计算机模型。完全用计算机实验来取代动物和人体实验看上去似乎不可能，但仅在几年前，人们也无法想像乘坐完全由计算机设计并模拟的飞机。现今，生产线出产的第一架飞机就是成品，不是样机，因为我们利用计算机模型进行测试能的力达到了这样的水平，比传统流程提高了很多。我坚信，通过与BBP和Living Heart等项目的合作，我们可以制造出类似的事物，——我们最终可能创建出比人体或动物实验更有效的数字模型。

“数字双胞胎（digital twins）使研究工作节省开支，也更快捷、更准确。”

下一步，我们希望打造心脏、大脑等器官的数字双胞胎，甚至为个体病患制造单细胞的数字双胞胎。运行模拟可以发现不同的人对各种治疗的反应如何。就这一点来说，我们将实现一个巨大的飞跃，即结束笼统的、传统的、时常不准确的研究，进入真正个人化的医疗，而运行的模型不仅成本低廉，而且几乎可以与出具诊断和确定治疗方案的同时就获得。这会进一步丰富我们在精准医疗上已经取得的成果，HPE帮助医生摆脱“一般病人”的概念，帮助他们治疗“实际的病人”。

当然，如此卓越的计划需要相当卓越的计算能力才行。现在，BBP给一个个体神经元建模就需要大约2万个常微分方程。如果给整个大脑区域建模，这一数字上升至1000亿个，而且解这些方程式必须同时进行。为支撑庞大运算，BBP在瑞典的Lugano部署了HPE SGI 8600超级计算机系统，将利用由372个计算节点组成的机群。HPE SGI 8600是第六代系统，用以解决世界上最复杂的问题，服务于生命科学、地球科学、空间科学、工程学、制造业和国家安全等领域——也就是说它是为了类似BBP的机构建造的，它强化了大数据和人工智能，加深了人类对世界的了解。

包括HPE与BBP合作在内的努力都在创造更美好的未来。大数据、人工智能和超级计算的进步极大地推动了医疗研究的发展，但也有阻碍因素——例如更多的病历需要数字化，并转成可用的格式。类似的项目显示出我们正在超越极限，利用数据去争取看似不可能的胜利。如果我们能做到，那出现很多创举。我为自己能参与其中感到非常骄傲。

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