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脑科学与类脑智能要相互支撑

日期:2017-10-23 11:38:36编辑作者:诚信在线
、 “2012年,中科院战略性先导科技专项‘脑功能联结图谱计划’启动,对特定脑功能的神经联结通路和网络结构进行解析及模拟,这比美国相关脑计划还早一年。从脑功能联结图谱计划的基础研究出发,寻找大脑与疾病及人工智能的关系,则是2014年启动的‘上海脑-智工程’,这就属于转化型研究,非常有探索性。”中科院院士、中科院上海分院副院长张旭研究员,在近日举行的第14届长三角科技论坛开幕式暨主题报告会上,详细介绍了中国在脑功能领域取得的重要进展,以及由此对健康和人工智能产业带来的影响。
 
  此次论坛由上海市科协、安徽省科协、江苏省科协、浙江省科协和上海市杨浦区人民政府共同主办,杨浦区科协及三省一市有关学会承办。中科院院士、市科协主席陈凯先,中共杨浦区委副书记、区长谢坚钢分别在开幕式上致辞,开幕式由市科协党组书记、副主席杨建荣主持。
 
  开幕式上还进行了长三角科技论坛会旗交接等活动和“长三角创新协同与高校科技园区”专题论坛。此外,由皖苏浙沪三省一市学会合作组织了20个分论坛,内容涉及产业技术、生命科学、城市建设、能源环境等多个领域,覆盖了从基础研究到转化应用,以及管理科学等方面,代表了长三角地区最高层次的学术水平。
 
  功能联结图谱加深脑科研
 
  在我国公布的“十三五”国家重大科技创新规划中,脑科学和类脑研究榜上有名。脑连接图谱研究是认知脑功能并进而探讨意识本质的科学前沿,不仅有重要科学意义,而且对脑疾病防治、智能技术发展也具有引导作用。
 
  张旭说,人脑有1000亿个神经元,每一个神经元可以与1000个神经元建立突触联系,形成神经环路和网络。如今,人们依然对这1000亿个神经元的功能和分类不甚了解。通过脑功能联结图谱为基础,科学家们可以找到与神经退行性疾病相关的神经元及神经环路,有利于相关疾病的治疗。
 
  与此同时,脑机接口和类脑人工智能需要借鉴脑功能联结图谱展现出来的脑运行规律,从而让电子芯片的运行方式更像大脑。
 
  事实上,对脑功能联结谱图的研究基本可以分为3个层面:宏观层面,在毫米级空间分辨率上,研究不同功能脑区的联结结构,这可以通过核磁脑成像技术加以实现,展现在科学家眼前的是五颜六色的神经束;微观层面,在微米到纳米分辨率上,聚焦突触连接的信息传递及分子调控,这需要使用微观电子显微镜成像,科学家看到的是神经细胞的一部分——突触;而中国的“脑功能联结图谱计划”将重点放在了介于宏观与微观之间的介观层面,在微米级分辨率上,届时各脑区神经环路的联结规律,使用的观察技术是介观光学成像,科学家能看到神经纤维组织。
 
  脑功能联结图谱拉长了神经科学家的研究路线图。张旭以自身的躯体感觉研究为例指出:首先,对单个神经元基因进行测序,发现每个神经元表达1万种基因;接着,找到其中2000种基因存在差异,通过生物信息学的计算和电生理实验,对神经元进行进一步的分类,分为10种类型、14种亚型;最后,在神经元中对基因进行敲除,找出与热痛相关的基因,以及与热痛相关的脑区。这个研究过程从神经元分类延伸到了功能型神经网络。
 
  脑科学与类脑智能融合
 
  脑功能联结图谱不仅催生出显微光学切片断层成像技术,更吸引了医疗甚至是高科技产业的共同参与。
 
  张旭透露,宏观层面的人脑成像技术和设备离不开核磁共振仪。上海联影医疗研发的高性能3.0TMRI和一体化PET/MRI,不仅具有自主知识产权,全部核心部件自主研发,更让科学家看到了神经元的结构、功能。
 
  医生是研究的另一个受益者。脑功能术中信息刺激系统能够对脑结构进行功能分析、实现手术中的脑保护,以及脑功能恢复。中科院与华山医院的术中脑功能研究,产生了一个有趣的结果:研究人员发现汉语和英语是在不同的脑区中进行处理的。
 
  如今,将脑科学与类脑智能融合成为张旭的重要目标。“智能技术发展面临新的瓶颈,需要从脑科学和神经科学获得启发,发展新理论与方法,提高机器的智能水平。”他说,“智能技术发展也有助于脑科学取得进一步突破。”

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