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这是一场“脑计划”竞赛

这是一场“脑计划”竞赛

■本报记者 胡珉琦

有人说,大脑将是人类科学面临的“最后一个难题”,因此引来各国的争相破解。自2013年美国率先公布“脑计划”以来,欧盟、日本、中国也相继启动属于自己的大脑计划。就在近期,美国又宣布启动大脑阿波罗计划,绘制10万神经元活动地图。

绘制大脑地图

2013年4月2日,美国白宫第一次公布了“推进创新神经技术脑研究计划”(简称“脑计划”),该计划旨在通过创新的神经技术加强对人脑的认识,其最终目标是希望找到攻克大脑疾病的新方法,包括阿尔茨海默氏症、癫痫、帕金森氏症等。

当时,美国加州理工学院脑成像中心负责人、神经科学教授拉尔夫·阿道夫表示,“我们不了解任何一个单个机体的大脑工作机制,就连只有302个神经元的小虫,我们目前也没法了解它的神经体系”。因此,“脑计划”的核心内容就是新技术的发展、应用和实现,让人们可以同时记录来自大量大脑细胞的数据,这些是了解大脑工作机制的基本信息。

按照科学家对“脑计划”的设想,他们需要综合运用功能性核磁共振、电子或光学探针、功能性纳米粒子、合成生物学等一系列新技术,去探测、记录人类大脑的活动。

而皮层网络机器智能计划(MICrONS)是美国“脑计划”的一个部分,具体的做法是,尝试绘制一只啮齿类动物1立方毫米大脑皮层的所有神经元,研究大脑进行运算活动的方式,并将研究结果更好地应用于机器学习和人工智能计算领域。

尽管这类动物大脑皮层的神经元数量不足人类大脑皮层的百万分之一,但事实上,至今为止科学家一次也仅能测量几个神经元或是通过功能性磁共振成像获得合成照片中上百万神经元的活动情况。

科学家的计划是,当啮齿类动物在进行视觉感知或是学习任务时,记录并测量10万个神经元的活动和连接情况。这其中涉及到纳米级分辨率的成像,科学家将其形容为就像是一寸一寸测量、绘制美国地图。

以人工智能为导向

欧洲的脑计划紧随美国之后启动,也是在2013年初,欧盟宣布“人脑工程”成为欧盟未来十年的“新兴旗舰技术项目”。只是,欧盟项目与“脑计划”的方向有很大不同,前者是提出在巨型计算机上对人脑建模。

当然,目前想要构建多层次大脑图谱和统一的大脑模型所需的绝大部分核心知识依然缺失。因此,“人脑工程”的首要任务是采集和描述筛选过的、有价值的战略数据,通过逐一研究老鼠大脑的多层级结构、人脑的多层级结构、人脑功能和神经元结构。阿道夫认为,其实“人脑工程”建模所需的数据也可以是来自美国的“脑计划”。

除此之外,“人脑工程”的另一个重要目标是为研究本身提供一个汇集多个ICT平台的统一的技术系统,包括神经信息系统、人脑模拟系统、医疗信息系统、高性能计算系统、神经形态计算系统和神经机器人系统。

继美国、欧盟、日本之后,中国也将启动“中国脑计划”,但在研究内容方面也与前者有所区别。“中国脑计划”主要的研究方向是,以探索大脑秘密、攻克大脑疾病为导向的脑科学研究以及以建立和发展人工智能技术为导向的类脑研究。

在脑科学基础研究层面,这项计划主要可以解决大脑三个层面的认知问题:大脑对外界环境的感官认知,即探究人类对外界环境的感知,如人的注意力、学习、记忆以及决策制定等;对人类以及非人灵长类自我意识的认知,通过动物模型研究人类以及非人灵长类的自我意识、同情心以及意识的形成;对语言的认知,探究语法以及广泛的句式结构,用以研究人工智能技术。

相同的是,各国都希望通过这些基础研究获得对大脑疾病的认识、诊断和治疗的新的方法。类脑科学研究则与欧盟有些类似,都是利用开发新兴的计算技术,应用于人工智能技术的研发。

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