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从脑科学、人工智能到应用

2021-11-21冯建峰

国际人才交流 2021年4期
关键词:类脑张江脑科学

脑科学和人工智能是全球科学技术发展的战略制高点。近年来,随着大数据、5G互联网、超级计算、智能信息科学等新理论新技术的快速发展,受神经生物学启发的深度神经网络等机器学习算法迅速崛起,催生了人工智能在智能诊疗、智能机器人、智能制造等领域的成功应用,为战略性新兴产业带来巨大的发展机遇,成为助力全球产业发展和升级的爆发点和增长点。

大脑是一个复杂随机的动力系统,具有不同时空尺度上的非线性作用和反馈机制。当前人工智能的研究已经借鉴大脑的感觉信息处理等功能发展了深度学习、胶囊学习等前沿算法和理论。如何借鉴生物智能实现人工智能的突破,使得人工智能和生物大脑一样在面临新环境时具备高度的可塑性、创造性、适应性、灵活性和自学习等能力,我们仍然面临巨大挑战。

复旦大学建立了类脑智能科学与技术研究院,这是一个交叉学科合作研究平台,研究团队包括数学、计算机科学、大数据、认知神经科学、临床神经科学等多学科的科学家,通过交叉学科合作来开展大脑机制解析、类脑智能理论与算法、脑疾病智能诊疗等原创性基础研究和应用转化研发。此外,还建立了复旦大学张江国际脑影像中心和复旦大学张江国际脑库的国际化科研平台。张江国际脑影像中心拥有从3T、7T到11.4T核磁共振等脑影像研究设备以及脑电图、脑磁图等脑波研究设备,张江国际脑库不仅有英国生物样本库(Biobank)、美国人脑连接组计划(Human Connection Project,HCP)等国际脑数据库,还有我国人群的精神分裂、抑郁症、脑卒中、阿尔茨海默病、自闭症等脑疾病的数据库,涵盖基因、神经生理、影像、行为和环境等多维度数据。

这样的跨学科研究平台支撑了国内、国际多领域的科研合作,获批了计算神经科学与类脑智能学科创新引智基地(“111”基地),吸引了诺贝尔奖获得者Michael Levitt教授、英国皇家学会会士Trevor Robbins教授等国际一流科学家,与剑桥大学、牛津大学、哈佛大学、悉尼大学等国际一流高校建立了广泛的国际合作网络,也正在拓展与日本、中国香港、韩国等国家和地区高校的合作。

跨领域交叉学科合作帮助我们在多个研究方向上取得了突破。在脑数据分析方面构造了脑网络动态图谱;发展了数学统计中关联分析与因果推断的理论体系和生物医学大数据的统计建模方法,实现了神经环路的精准定位与动态刻画;发展了基于左右脑高低频神经信息处理机制的类脑人工智能算法。我们正在与中科院神经所和计算所合作推动建立从脑科学、全脑计算到类脑智能的多学科融合发展路径。

人类大脑包含864亿个神经元,如何深入挖掘不同时空尺度下神经元到脑区的网络结构是我们理解大脑工作原理的关键。脑科学研究已经进入到实验、数据和计算相融合的新研究范式阶段,计算脑科学与类脑智能研究正在为我们模拟大脑,窥探如宇宙一样复杂的大脑“星图”拉开序幕。

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