蒲慕明院士 | 人工智能与脑科学研究:齐头并进,曙光在前

2018-11-08 11:39 来源:丁香园 作者:青柳
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人类大脑到底是怎么回事,它是如何理解外界世界?人的认知功能是怎么来的?11 月 4 日,在 2018 年腾讯 WE 大会上,中科院神经科学研究所所长蒲慕明院士就该问题进行了精彩阐述,并与丁香园进行了深入交流。

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在过去的四五年,全世界掀起了人工智能浪潮,而脑科学浪潮在欧美、日本都引发了国家层面的脑科学计划。中国脑科学计划也在筹备当中,希望借此造福人类社会。

中国脑计划的结构是「一体两翼」,其主体是基础研究,帮助理解人类大脑的认知功能。为了研究各种人类的认知功能,我们需要建立各种平台,同时我们也想理解认知的能力是怎么样在发育过程中出现的,即认知的发育过程。

要理解人的大脑,必须知道它的结构。任何情况下,不知道结构是怎么样的,你很难理解它的工作原理是什么。大脑网络中,成千亿的细胞如何连接在一起,有什么样的规则,如何处理信息,完成这个结构我们就需要大脑图谱。

就像我们要分析计算机的功能必须知道计算机的结构,对于大脑的功能我们必须要知道大脑的网络结构,这就叫做「全脑介观神经联接图谱」,也是我们这个中国脑计划的一部分。

当然,这个主体的基础研究在它的「两翼」:

第一,关注社会需求,利用这些研究助益于临床脑部疾病的诊断和治疗。

第二,利于脑科学的进步推动人工智能技术的发展。

未来人工智能要进一步发展的话,就需从脑科学得到启发,包括机器学习过程,怎么设计新的计算模式,新的仿人脑神经元结构的器件、芯片,甚至是机器人。这个领域叫做脑机智能技术,所以「一体两翼」的概念在中国脑科学、脑计划中也是达成了共识。

什么是认知?可以分成三个层面:

层面一:认知是对外界世界的认知,包括我们的感知觉,对外界各种感官所收到的信息,怎么样在大脑中引起反应,各种感知觉怎么样整合,感知觉之后怎么样变成运动。

层面二:非我的认知。比如说人类有同情心、同理心,可以参与很复杂的社会行为,以及自我意识。这些就不是所有动物都有的,可能灵长类才有,所以我们认为非人灵长类可能是最好的模式。

猕猴是最靠近人类的实验动物,中国脑计划把对于非人灵长类动物的研究也当成一个重心,因为中国在灵长类方面的研究水平世界领先,资源最为丰富,所以有机会成为该领域的领跑者。

层面三:更进一步,语言的认知。只有人类才有语音交流,有丰富的句法、文法,可以有无限的句型的变化。这不是自然界所共有的语音交流,动物也有语音交流,有声音交流,但是它没有语言,语言只有人类有,连黑猩猩(最靠近人的动物)都没有,都不能做到这一点。

那怎么样理解语言呢?语言的理解、语义的理解,也是人工智能里面临最大的问题。语音识别、面孔识别都可以通过机器实现。但是要让机器读懂你的语言,真正能够完全理解语言含义,这还很困难。真正具有人类智能(包括语言理解在内)的机器人是我们想象中的未来,这都要依赖于我们对最上层的语言及认知的理解。

比如说用不会说人话的猴子做实验,把人类跟语言相关的基因放在猴子的大脑里面,也许它的大脑网络结构就变化了,它的发音能力也变化了,从中推测人的起源,很有意思。

猕猴是最靠近人类的实验动物,理解它的结构就可以更容易理解人脑结构,最终理解人类大脑。所以目前把完成猕猴的全脑图谱作为中国脑计划的目标之一,希望通过该研究对高等认知功能有进一步的理解。当脑部疾病出现时,猕猴也可以作为很好的疾病模型,为功能恢复提供各种治疗方向。

孤独症、智力障碍等医学问题是现在人类社会儿童健康领域面临的严峻挑战之一,中年阶段的抑郁症、成瘾问题等各种精神疾病,以及老年退行性疾病、老年痴呆等等问题都希望通过动物研究以解决治疗难点。理解发病原理,早期诊断,早期治疗,甚至做到早期预防和干预,这都有赖于该研究取得的各种医学成果。

中国脑计划将来要做的不仅仅是在脑疾病方面的应用,同时也将布局脑-机智能技术。这里面包含了各种跟脑-机相关的研究,首先就是脑-机接口跟脑-机融合的技术,用大脑的信息控制机器、假肢等等,这就是脑-机接口。

当然,还有各种电、磁、超声调控大脑的器件,可以帮助治疗各种疾病。我们知道它的环路技术,可以刺激特殊的环路,这就不是药物干预,而是物理、生理干预。这种干预有特异性,可能比药物更好。现在脑疾病的药物很少有高特异性的,不可避免有副作用,有效性也存在问题。在不断地研发药物的同时,我们需要有各种物理刺激的方法。

蒲院士介绍到,在这个领域,希望通过相关研究帮助理解高等生物的认知功能,并制作动物疾病模型,研究干预方法,这也是未来中国非人灵长类研究的方向。

吴承恩的《西游记》中有个情节,孙悟空把身上的毛一拔、一吹,出来一大批猴子,这就是现今社会研究的克隆技术。500 年前的神话(体细胞克隆术),在现在实现了。去年年底,中科院神经科学研究所诞生了世界上第一只和第二支克隆猴,「中中」和「华华」,它们的基因表现很清楚,DNA 指纹检测完全是体细胞的基因,而不是它代孕妈妈的基因。现在跟野生猴子在一起,都分不出来克隆猴跟野生猴的差别。

克隆猴可以用以研究神经生物学问题,也可以研究疾病问题。体细胞可以用来在体外编辑出很精确的基因编辑,然后再移植到卵里面。准确的基因编辑产生的猴模型,可以用来做临床前的药效或者治疗效果的检测。

在采访环节,蒲院士提到,现在的「脑科学」相当于物理学、化学在 20 世纪初期的时候,20 世纪初期很多重大的物理学发现都还没有出来,重大理论还没有出来,但传统的理论已经到了非常成熟的阶段,而大家也应该可以看到这个曙光并保留一份期待。

编辑: 任杨源

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