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“大脑计划”能否让人更聪明(转载)

信息来源:宁夏回族自治区药学会    发布日期:2017-03-30    浏览次数 :5334次



小白鼠大脑中不同皮层区域的连接图。

  近日,中国科学院公布“十三五”发展规划纲要,提出了60项有望实现跨越发展的重大突破。其中,脑科学与类脑智能研究,携手量子通信、人机交互与虚拟现实、月球与首次火星科学探测等,入选未来5年的努力方向行列。

  大脑是人体中最复杂的部分,被称为“三磅的宇宙”。国际科学界预言,21世纪将是脑研究世纪。随着欧盟、美国和日本相继投入巨资进入这一领域,中国也把脑科学研究列为“事关我国未来发展的重大科技项目”之一,并于2015年正式启动“大脑计划”。

  那么,人类大脑究竟有何神奇之处?“大脑计划”能带来何种改变,会让人变得更聪明吗?

  掌握“读心术”的前提

  谈恋爱时,会不会猜测她喜欢什么礼物,或者头疼怎么不让她生气?带宝宝时,又会不会担心下一秒有什么东西被摔坏,或者纠结哭声到底是传递啥信息?要想掌握这样的“读心术”,不妨先从研究大脑架构入手。

  日前,美国华盛顿大学的研究小组使用图像诊断设备,对210名22岁至35岁的健康年轻人脑部进行分析,然后绘制出了按照结构和功能划分的大脑“地图”。结果显示,能够感受到听觉、视觉及冷暖等外部环境的变化并作出反应的部位,在大脑一侧就被分成了180个区域。其中,83个区域属于已知,另外97个区域是首次查明。

  长期以来,科学家试图描绘一幅包含人脑连接性、功能和微观结构的高清图谱,以便更好地了解它如何作为一个整体工作。但由于技术难度过大,这一设想一直未能成真。此前最著名的脑图谱,只是根据组织中细胞的排列,将大脑皮层分为52个区域。这些限制导致大脑图谱“模糊不清”,且无法在个体间进行复制。

  此次华盛顿大学的研究人员利用磁共振成像装置,全方位扫描实验者大脑静止及执行简单任务时的状态。结果发现,有些区域清楚地包含在某些特定的任务中。比如,名为“55b”的区域会在听到故事时活跃起来;有的区域则参与控制人的行走运动等。

  这张高清大脑“地图”,是美国奥巴马政府人脑功能探索计划的组成。2013年4月,美国政府宣布启动“脑计划”。这个计划有一个宏伟的蓝图,即绘制人脑活动图谱、了解人脑运行机理,进而读出人们的思维活动,并推动脑部疾病检测。

  “一体两翼”研究格局

  人脑中有大约1000亿个神经元,彼此通讯,形成100万亿个突触,数量之繁密,胜过整个银河系的星辰。而目前最先进的技术,也只能记录来自单一神经元或小群神经元的信息,“就像你在看电影,可显示屏只有一像素”。因此,大脑之谜与宇宙之谜被称为“两大科学难题”。

  随着21世纪新技术的发展,脑科学研究正在出现新的一波浪潮。2005年,瑞士洛桑理工学院的科学家提出“蓝脑计划”,希望制造出人造大脑,以达到治疗阿尔茨海默症和帕金森氏症的目的。相关设想的主要路径是,“拆除之后重建”哺乳类动物的大脑。2013年,欧盟宣布将“人脑工程”列入未来10年“新兴技术旗舰计划”,并启动目前世界最先进的脑科学大型研究计划。

  一些大型互联网企业则积极布局人工智能大脑领域。9月1日,百度董事长兼CEO李彦宏首次向外界全面展示了“百度大脑”进展。目前,“百度大脑”已建成超大规模的神经网络,拥有万亿参数、千亿样本、千亿特征训练,能模拟人脑的工作机制;数十万台GPU(图形处理器)服务器,保证了“百度大脑”超强的计算能力; 全网网页数据、10多年累积的搜索数据以及百亿级的图像、视频、定位数据,成为“百度大脑”的养料。“3年前的‘百度大脑’已经具备了两三岁孩子的智力水平,如今它的智商有了更多进步。”李彦宏表示。

  科学家建议,各种层面的“大脑计划”应该从认识脑、保护脑和模拟脑三个方向展开研究,逐步形成以脑认知原理的基础研究、脑重大疾病、类脑人工智能为“一体两翼”的研究格局。

  让人变得更加智能健康

  在美国的“脑计划”中,科学家提出了细致的研究步骤:5年后对秀丽隐杆线虫的大脑活动实现监控,这种生物的大脑拥有302个神经细胞和大约7000个神经节点;10年之后完成果蝇的大脑图谱绘制,它拥有大约13万个神经细胞;15年后观测斑马鱼的大脑活动……

  “神经科学领域研究技术的创新与发展,将有助于让人类彻底理解大脑的运行方式,进而阐明意识的发生、思维过程等科学谜题,为更好地防治抑郁症、孤独症、阿尔茨海默症等大脑疾病,以及开发大脑潜能作出贡献。”江苏省图像处理与图像通信重点实验室主任、南京邮电大学教授李海波认为,大脑是长(自主发育)出来的,因此研究的核心理念是“让人更加智能、更加健康”。

  要想实现这一目标,除了将脑科学技术从实验室推向市场,更重要的是通过对脑科学的研究促进人类智力的提升,让人变得更聪明。

  通常来说,人类发育过程中,最具有可塑性潜能的是孩童阶段。人类在幼年学习知识,并学会适应外界复杂的社会; 一些严重的神经系统疾病如自闭症,也从孩童阶段开始表现出来。因此,人脑开发应该从儿童开始,围绕儿童发展脑机制和行为学、婴幼儿神经发育疾病的机理、脑疾病治疗的重大需求等展开研究,促进人类智力发育。

  当然,在这一过程中,人工智能也会获得极大的助力。一般认为,脑认知原理主要解决三个层面的问题:一是大脑对外界环境的感官认知,如人的注意力、学习、记忆及决策制定等;二是对人类及非人灵长类自我意识的认知,通过动物模型研究人类和非人灵长类的自我意识、同情心及意识的形成;三是对语言的认知,探究语法及广泛的句式结构,用以研究人工智能技术。

  通过探索运用这些机理,推动脑科学和类脑智能技术的相互借鉴、相互融合,也许某一天,智能机器人将同样具备视觉、听觉、触觉、运动神经系统乃至记忆、自主神经系统;而人类也将发展出类似互联网络的功能,可以凭借脑波或“第六感”真正进行“意念交流”。

  中国应该“有所为”

  蒲慕明是中科院上海神经科学研究所所长,还曾担任美国加利福尼亚大学伯克利分校杰出讲座教授。身处中美两国学术前沿,他清晰地感受到,脑科学和类脑研究的全球性热潮反映了三点共识:

  第一,脑科学是人类理解自然界现象和人类本身的终极疆域,是本世纪最重要的前沿学科之一;第二,脑疾病所带来的社会经济负担已超过心血管病和癌症,脑科学的发展对脑疾病的诊断治疗将有关键性的贡献;第三,对人脑认知神经机制的理解,可能为新一代人工智能算法和器件的研发带来新启发。

  蒲慕明认为,基于现实层面的考量,我国“大脑计划”应该“有所为,有所不为”,并不是所有领域都做,而是充分利用我国数理、信息、材料、工程交叉学科的专长,在我们的优势领域做到世界领先。事实上,中国科学家利用特有的灵长类动物资源,已经作出了一系列震惊世界的发现。例如,世界第一个基因编辑猴与第一个可作为自闭症模型的基因工程猴等。

  同时,我国拥有各种疾病患者群,经过科学的组织有可能形成种类齐全、资料完整的样本库,这是确保相关研究走在前列的重要基础。

  (来源: 解放日报 部分资料引自新华社、《科技日报》 记者 夏斌)

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