复旦类脑研究院:破解大脑奥秘,为实现人工智能"自我思考"奠定基础
来源 I 脑机接口社区 2021-01-14 09:13:42
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图说:复旦类脑研究院 采访对象供图


理解大脑的结构与功能是21世纪最具挑战性的前沿科学问题,谁揭开大脑运作的神秘面纱,谁就在重大脑疾病防治和全球智能产业革命中抢占了先机。利用磁共振成像技术观察大脑内部结构,是当前脑科学研究的主流技术。


2015年6月,复旦大学张江校区类脑人工智能科学与技术研究院成立之初,就瞄准科研平台高、学科综合交叉、科研队伍强、国际化水平高的特色,通过数学、计算机、信息、生命科学等多学科交叉,开展大脑认知机制解析、神经形态仿真、类脑智能算法等原创性基础研究和应用研究。近日,记者实地走访了研究院重要平台之一——张江国际脑影像中心。


首先映入眼帘的,是建筑中部下沉庭院,和从中升起的"大伞","伞"纵横交错的纹理,像是大脑的纹路,又恰似一颗生根发展的大树。


走进位于地下一层的磁共振室,只见五台世界上最先进的磁共振扫描仪正在工作,研究人员介绍,“这是亚洲唯一、世界第四台3T脑连接磁共振,可以清晰展示人脑的白质连接;这是亚洲第一台可以用于病人扫描的7T磁共振,人脑内部最细微的血管,均一览无遗……”通过一次次实验,人脑的一个个功能被挖掘出来——


据类脑院院长冯建峰教授介绍,为打造实现重大科技创新成果的国之重器、国之利器,2016年上海市政府和复旦大学牢牢把握时代脉搏,投入4亿资金支持共建复旦张江国际脑影像中心,努力打造世界上最先进、亚洲规模最大的高端科研型影像研究平台。2018年又启动了张江国际脑库重大实验技术平台的建设,同时建有国内第一个与牛津大学、剑桥大学联合建设的“计算神经科学与类脑智能”111创新引智基地和教育部重点实验室等3个省部级平台。


正是通过建设这样一批战略性基础性工程,筑巢引凤,类脑院把吸引、聚集和培养国际一流人才作为重要任务。4年来,建设了包括4名海外院士、9位海外特聘教授在内的国际化人才梯队。


不断注入的源头活水,为类脑院在脑疾病及认知机理、类脑智能算法等方面取得了丰硕的科研成果。《睡眠时长与认知、心理健康以及脑结构的关系》论文揭示,睡眠时长较长的儿童在认知能力与心理健康方面总体要比睡眠时长较短的儿童好。另一项研究则指出,早期越严重的多动症症状将引发后期的睡眠问题。


图说:脑疾病诊疗技术突破 来源:采访对象供图


上述研究,皆源于研究人员的努力:破解大脑奥秘。比如,研究发现,人脑前额叶和枕叶区的灰质体积越小,多动症的症状越严重。冯建峰教授进而解析,人们的许多生理行为均与大脑有关,通过大脑的惩罚与奖赏机制,可以寻找出根源所在,他说,“这不仅是医疗领域的突破,更重要的意义在于,它为实现人工智能的‘自我思考’奠定基础。”


比如,"吸烟有害健康"、"小酒怡情、大酒伤身"、"一醉解千愁",此类俗语在现代社会早已耳熟能详。然而,香烟与酒精究竟如何影响人的大脑和健康?冯建峰团队的研究结果表明,吸烟人群的脑功能连接呈现整体减弱的趋势,主要涉及外侧眶额皮层、额下回以及楔前叶等脑区;而饮酒人群的脑功能连接呈现整体增强的趋势,主要涉及内侧眶额皮层、扣带回皮质等脑区。研究发现吸烟组对脑惩罚功能的敏感性降低,而饮酒组对脑奖赏功能的敏感性升高。无论是对惩罚失敏,还是对奖赏过于兴奋都会导致人对某种物质的依赖。


抑郁症何以通常伴有睡眠问题?在这里也得以破解。研究结果显示,外侧眶额皮层、楔叶以及背侧前额叶皮层等脑区共同构成抑郁问题与睡眠质量关系的脑神经环路基础。这一研究首次发现了抑郁症与睡眠问题的共病病理机制,有望为改善大众尤其是抑郁症患者睡眠质量问题,甚至治疗抑郁症带来革命性突破。


甚至是"解梦"这种玄而又玄的东西,也可以通过科技来还原梦中的场景。科研人员为记者现场模拟,果然如此。当至于7T磁共振内的被试者进入睡眠状态时,采集被试脑部功能磁共振信号,对信号解码可以还原出被试梦中的事物。比如梦中出现一条河流,人脑中就会出现与河流相关的信息,就有河流的编码。当所有的编码合成一起,就有一幅完整的梦中场景。


记者在这个实验室还发现一些产业应用成果方面的展示,与国家电网合作研发的智能电网系列机器人,与上汽合作研发智能物流规划管理系统,及与一汽集团成立人工智能联合实验室的相关展示。其中一项步态识别的算法展示吸引了记者的注意力,人脸识别众所周知,应用日益广泛,但人脸识别存在误差率,而人的行走姿式受大脑控制,各不相同,如指纹一般准确。这项应用技术占领了身份识别的国际制高点。


类脑院院长冯建峰介绍,"现在的人工智能,仍停滞于机器概念。也就是机器人所拥有本领,都是人们赋予的。很快,我们要破解更多大脑的秘密,让人工智能自己思考。"

来源|新民晚报

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