腦科學(xué)助力人工智能：離不開(kāi)大數據

　　小白鼠在聽(tīng)音樂(lè )時(shí)，大腦活動(dòng)是什么樣的?在17日舉辦的以“大數據應用與創(chuàng )新”為主題的中國科技傳播論壇上，音樂(lè )響起，大屏幕中清醒小白鼠在聽(tīng)音樂(lè )時(shí)的全腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )活動(dòng)清晰展現：閃爍的鈣成像信號不僅呈現了單神經(jīng)元活動(dòng)，也蘊含了跨腦區的信息傳遞、變換信息。

　　清華大學(xué)自動(dòng)化系教授、中國工程院院士戴瓊海介紹，隨著(zhù)卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )和深度學(xué)習的快速發(fā)展，人工智能的發(fā)展態(tài)勢已經(jīng)超越了預期，但人工智能距離人的智能尚有難以逾越的差距，只有通過(guò)建立腦科學(xué)與人工智能的橋梁，才能產(chǎn)生質(zhì)的飛躍。

　　“我們現在還不知道上百億的神經(jīng)元如何進(jìn)行有效的信息處理?！贝鳝偤Ｕf(shuō)，人工智能和腦科學(xué)的發(fā)展至今無(wú)法關(guān)聯(lián)。通過(guò)研制介觀(guān)尺度觀(guān)測技術(shù)和儀器，探索大腦神經(jīng)元結構與功能統一的感知與計算機制，建立大腦的動(dòng)態(tài)連接圖，把神經(jīng)科學(xué)實(shí)驗與理論、模型、統計學(xué)等進(jìn)行有效整合，是科學(xué)家們亟待研究的重要課題。

　　戴瓊海說(shuō)，腦科學(xué)要作用于人工智能，首先要進(jìn)行腦成像研究，建立起大腦神經(jīng)元的動(dòng)態(tài)連接圖。通過(guò)計算成像獲取海量神經(jīng)元的結構和動(dòng)態(tài)功能整合數據，將神經(jīng)科學(xué)和數據科學(xué)相結合，揭示大腦的認知模型，從而推動(dòng)人工智能的跨越式發(fā)展。

　　“大腦皮層有上百億個(gè)神經(jīng)元，每個(gè)神經(jīng)元又包含千余個(gè)信息收發(fā)分支，迫切需要寬視場(chǎng)高分辨率的動(dòng)態(tài)觀(guān)測技術(shù)和儀器，而高分辨率和寬視場(chǎng)之間存在著(zhù)固有矛盾?！贝鳝偤Ｖ赋隽水斍帮@微成像的核心難題。

　　“看得大了，就看不清十微米尺度的神經(jīng)元;看得細了，就看不全厘米尺度的小鼠全腦;看得慢了，就無(wú)法捕獲神經(jīng)元間的動(dòng)態(tài)信息收發(fā)過(guò)程?！贝鳝偤＝榻B，此外，目前國際上已報道的神經(jīng)成像技術(shù)均具有較低的數據通量，無(wú)法進(jìn)行介觀(guān)尺度下高分辨率信息的高速獲取。換言之，即使看得大了、細了，還需要把海量信息采集、記錄下來(lái)。

　　戴瓊海介紹，目前我國的“多維多尺度高分辨率計算攝像儀器”研制已取得了階段性成果。自主研發(fā)的寬視場(chǎng)高分辨計算攝像儀器從理論創(chuàng )新、技術(shù)突破、工程實(shí)踐三個(gè)層面率先突破了傳統顯微成像中大視場(chǎng)與高分辨率之間的固有矛盾和低數據通量的瓶頸制約難題，實(shí)現了兼顧“全局形態(tài)”和“細節特征”的多尺度觀(guān)測。

　　目前，該儀器已成功應用于腦科學(xué)及腫瘤學(xué)等生物醫學(xué)研究，在國際上首次進(jìn)行了清醒動(dòng)物中全腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的單細胞分辨率功能成像、神經(jīng)—血管耦合機制下結構信息與功能信息的統一觀(guān)測、腦組織的免疫保護機理研究與心血管藥物的在體篩選等多項突破性實(shí)驗。