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当我们把"最强大脑"当娱乐时 国外对人脑的研究已到了这个程度

时间:2018-07-10 20:47 点击:
作者注:欧盟人脑计划于2013年入选了欧盟的未来旗舰技术项目,获得了10亿欧元的资金支持,也成为了全球范围内最重要的人 ...


详细解读欧洲人脑计划

详细解读欧洲人脑计划

  作者注:欧盟人脑计划于2013年入选了欧盟的未来旗舰技术项目,获得了10亿欧元的资金支持,也成为了全球范围内最重要的人类大脑研究项目。目前对于人类大脑研究的重要性和意义已无需赘述,国内对人工智能和神经认知的讨论也日益增多,但却非常浅显,关于欧盟人脑计划的介绍仅是几篇简短的新闻稿,而“百度大脑”的出现也只是吸引了一下眼球而已。因此,笔者想通过对欧盟人脑计划的详细描述为关注这个领域的研究机构、互联网公司和爱好者提供一些有实际意义的参考和灵感。同时,也想让大家感觉一下,当我们还在把“最强大脑”当娱乐时,国外对人脑研究的重视和执行已经到了何种程度。或许在将来我们依然能看到那个熟悉的画面:我们一边在流水线上加工着廉价的大脑硬件,一边幸福的谈论着国外的人脑技术是如何超乎想象和令人兴奋。就像我们今天谈论计算机、互联网和iPhone一样。

  理解人类大脑是21世纪科学领域最重大的挑战之一。如果我们能对此良好应对,则可以更好的洞悉大脑原理,研发新的大脑疾病的治疗方法,并能建立一套全新的、革命性的信息通信技术(Information and Communications Technologies ,以下简称ICT)。

  本文节选自HBP(人脑计划,Human Brain Project,以下简称HBP)执行报告,其认为,信息通信技术和生物学的融合已经到达了一个奇点——它可以将我们一直梦寐以求的掌握人类大脑变为现实。正是这种可行性促使研究者发起HBP的预研究项目(HBP-PS),预研究由欧盟资助,为期一年,300多名来自神经认知学、医学和计算科学的专家集聚一堂来开发一种新的ICT以便更好的研究大脑并在此基础上开展各种应用。2013年,该项目入选了欧盟的未来旗舰技术项目(Future & Emerging Technologies,以下简称FET,另一个项目是石墨烯),将从欧盟委员会获得10亿欧元资金支持,为期十年。

  一、项目背景和综述

  研究者发现在大脑研究过程中我们一直以来面临的最大障碍是各项大脑研究工作及产生数据的碎片化。当今的神经认知学领域的研究非常富有成效但缺乏系统性。它得到的众多数据描述了大脑众多区域内不同生理组织的不同层次,而这些研究样本又来自于不同发育阶段的不同物种。现阶段,研究者迫切需要将这些数据进行整合,以更好的展示出各部分如何组合并形成统一的、多层次的研究体系。

  生物学和信息通信技术的不断融合给了我们实现这个伟大目标的机会。新的基因测序和成像技术、新的显微镜观测技术使我们观测大脑的方式发生了彻底改变。借助互联网和云计算,我们可以轻易的将分布在世界各地的研究机构和医疗机构的数据进行高效整合。神经信息学为我们提供了更先进的数据分析方法,帮助我们构建无比详尽的大脑图谱并进行共享,鉴定别我们各自的知识缺陷和盲点,并在实验数据缺失时通过技术手段对参数值进行预测。而对于大脑庞大且复杂的生理细节,超级计算机的出现也使得建立和模拟各种大脑模型成为可能。

  这些技术将加速我们对大脑的理解,也能在另外两个领域给与我们启发,一是针对大脑疾病全新预防和治疗方式;二是能够变革产业、经济和社会的更为先进的计算技术。

  二、大脑研究的新基础

  HBP追求四大目标,每一个目标都是以现有工作为基础,并成为下一步研究的触发点。

  1、数据

  采集筛选过的、必要的战略数据来绘制人脑图谱并设计人脑模型,同时吸引项目外的研究机构来贡献数据。

  当今的神经认知学已经积累了海量实验数据,大量原创研究带来了层出不穷的新发现。即便如此,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,HBP的首要任务是采集和描述筛选过的、有价值的战略数据,而不是进行漫无目的的搜寻。HBP-PS定义了数据研究的三个重点:

  1)老鼠大脑的多层级结构。此前研究表明,对老鼠大脑的研究成果同样适用于所有的哺乳类动物。因此,对老鼠大脑组织的不同层级间关系的系统研究将会为人脑图谱和模型提供关键参考。

  2)人脑的多层级结构。老鼠大脑的研究数据在一定程度上可以为人脑研究提供重要参考,但显然两者存在根本区别。为了定义和解释这些区别,HBP的研究团队应采集关于人类大脑的战略数据,并尽可能积累到已有的老鼠大脑数据的规模,便于对比。

  3)人脑功能和神经元结构。弄清大脑结构和大脑功能之间的联系是HBP的重要目标之一。HBP会把三分之一的研究重点放在负责具体认知和行为技能的神经元结构上,从其他非人类物种同样具备的简单行为一直到人类特有的高级技能(例如语言)。

  2、理论

  定义数学模型,解释不同大脑组织层级与它们在实现信息获取、信息描述和信息储存功能之间的内在关系。

  如果缺乏统一、可靠的理论基础,我们很难解决神经科学在数据和研究方面碎片化的问题。因此,HBP应包含一个专注于研究数学原理和模型的理论研究协调机构,这些模型用来解释大脑不同组织层级与它们在实现信息获取、信息描述和信息储存功能之间的内在关系。作为这个协调机构的一部分,HBP应建立一个开放的“欧洲理论神经科学研究机构”(European Institute for Theoretical Neuroscience),以吸引更多项目外的优秀科学家参与其中,并充当创新性研究的孵化器。

  3、ICT平台

  建立一套综合的ICT平台系统,为神经认知学家、临床研究者和技术开发者提供服务以提高研究效率。

  HBP的第三个目标是建立一个汇集多个ICT平台的统一技术系统,其具备充分的技术潜力来应对一种全新的基于ICT的人脑研究任务。我们建议组建六大平台,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学系统。

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