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      腦科學(xué)到下個世紀(jì)或仍是前沿科學(xué)

      發(fā)布時間:2019-07-01 作者:蒲慕明 來源:中國教育報

      大腦是人體最重要的器官,也可能是宇宙間最復(fù)雜的物體——結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能復(fù)雜,比最大的超級計算機(jī)不知道還要復(fù)雜多少倍。這個復(fù)雜的物體是怎么出現(xiàn)的呢?它是生物演化過程中的一個奇跡。

      大腦外面有皺褶的這層叫大腦皮層,是所有重要的腦功能的關(guān)鍵區(qū)域。理解大腦,不僅要知道大腦皮層的結(jié)構(gòu)和功能,還要知道大腦皮層里那些復(fù)雜的核團(tuán)的功能。為理解這些問題,科學(xué)家至少花了200年時間。

      現(xiàn)在,我們對大腦的了解,比如大腦如何處理信息、神經(jīng)細(xì)胞怎樣編碼和傳導(dǎo)信息、信息如何從一個神經(jīng)元交互到另一個神經(jīng)元……這些傳導(dǎo)機(jī)制都理解得比較清楚;對不同的神經(jīng)元做什么,在各種功能中會產(chǎn)生什么反應(yīng),也很清楚。

      在過去的一個世紀(jì)里,諾貝爾獎涉及的神經(jīng)科學(xué)中的重要發(fā)現(xiàn)都跟大腦的信息編碼、儲存相關(guān)。但是,我們只對神經(jīng)細(xì)胞如何處理信息了解得很清楚,對整個大腦復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)了解不多。

      到底是什么原理使得神經(jīng)細(xì)胞在某種情況下發(fā)生某些反應(yīng),我們并不是很清楚;對大腦中的信息處理不太了解,對各種感知覺、情緒,還有一些高等認(rèn)知功能——思維、抉擇甚至意識等,理解得比較粗淺。雖說腦科學(xué)已有相當(dāng)?shù)倪M(jìn)展,但是未知的比已知的要多得多。打一個比方,腦科學(xué)現(xiàn)在的處境,相當(dāng)于物理學(xué)和化學(xué)在20世紀(jì)初期的處境,有很多事情已經(jīng)搞清楚,但是重大的理解和突破還沒有出現(xiàn)。所以現(xiàn)在的腦科學(xué)是生物科學(xué)里比較神秘的領(lǐng)域,從這點(diǎn)來說,腦科學(xué)將成為未來生命科學(xué)發(fā)展中很重要的一個領(lǐng)域。年輕人將來想鉆研科學(xué)的話,腦科學(xué)就是前沿科學(xué),不但在這個世紀(jì),甚至下個世紀(jì)依舊是前沿科學(xué)。

      為此,我們希望啟動一個由中國科學(xué)家主導(dǎo)的國際大科學(xué)計劃,做全腦介觀層面上的神經(jīng)連接圖譜。對于介觀圖譜,不僅中國科學(xué)家感興趣,世界各國的科學(xué)家都有興趣。通過該計劃,人們能夠研究動物特別是模型動物(包括小鼠、獼猴等跟人最相近的靈長類動物)的大腦圖譜。其中一翼要做腦疾病的診斷與治療,形成各種新型的醫(yī)療產(chǎn)業(yè)。另外一翼是類腦人工智能、類腦計算、腦機(jī)接口等與人工智能相關(guān)的新技術(shù),該領(lǐng)域?qū)ξ磥淼娜斯ぶ悄墚a(chǎn)業(yè)具有重大影響。這就是目前中國腦計劃的方向,也是大家公認(rèn)的最好的方向。與世界其他國家的腦計劃相比,雖然我們的計劃啟動得慢,但我們的設(shè)計是最圓滿的,希望它的實(shí)施也是最圓滿的。

      腦科學(xué)研究的另外一個重要應(yīng)用就是腦機(jī)智能技術(shù)、類腦研究方面。

      在該領(lǐng)域中,未來很重要的一個發(fā)展方向,就是腦機(jī)接口和腦機(jī)融合的新方法,還有各種腦活動的刺激方法、調(diào)控方法以及新一代人工網(wǎng)絡(luò)模型和計算模型。盡管現(xiàn)在的深度網(wǎng)絡(luò)計算模型很好,但與人腦相比,還差得很遠(yuǎn)。如果能夠更進(jìn)一步研發(fā)出類人腦的新型計算模型和新的類似神經(jīng)元的處理硬件,并將它們應(yīng)用到新一代計算機(jī)上,有可能做出更優(yōu)秀、更高效的計算機(jī),它們的計算能力也將更接近人類,并且能耗更低,效率也更高。

      此外,類腦計算機(jī)器人和大數(shù)據(jù)處理也是未來類腦研究的方向。我重點(diǎn)談?wù)剤D靈測試。大家也許聽說過圖靈測試,如何判斷一臺機(jī)器具有人的智能?圖靈在70年前就提出過這樣一個設(shè)想:在彼此看不到對方的情況下,分別與一臺機(jī)器和一個人對話,并在對話過程中,分辨出對方是機(jī)器還是人。如果無法分辨出對方的身份,就可以認(rèn)定這臺機(jī)器具有人的智能。其中語義的理解是最關(guān)鍵的。多年來,人們一直希望做出能夠通過圖靈測試的機(jī)器。通過測試的標(biāo)準(zhǔn)是,只要有1/3的人在5分鐘之內(nèi)辨別不出跟自己對話的是機(jī)器還是人,即可認(rèn)定機(jī)器獲勝。

      小冰是微軟(亞洲)互聯(lián)網(wǎng)工程院在中國推出的人工智能聊天機(jī)器人,可以通過對話不斷提升自己,增加自身的知識儲備,增強(qiáng)回應(yīng)能力。雖然問世多年的小冰具有很高的對話能力,但人們還是很容易就知道它不是真的人,而只是一臺機(jī)器。在今天,如果真正要做出好的類腦智能,必須依靠新的圖靈測試。什么是新的圖靈測試?除了語言能力之外,測試指標(biāo)還應(yīng)包括對各種信息的感知能力與處理能力。具體來說,可以讓一個機(jī)器人和一個人各自操作一只機(jī)械手來玩一個玩具,同時要求他們彼此間就動作情況進(jìn)行對話,以便進(jìn)行判別。我們很容易發(fā)現(xiàn),類似測試可比跟一臺計算機(jī)對話復(fù)雜多了。團(tuán)隊(duì)合作方面也是測試內(nèi)容。叫一個機(jī)器人與人類合作進(jìn)行某些活動,比如進(jìn)行比賽,觀察大家是否能夠辨別出來隊(duì)員中哪個是機(jī)器人哪個是人。這些都是新的圖靈測試所涵蓋的內(nèi)容。

      我們可以期待,未來二三十年內(nèi),可能出現(xiàn)能夠通過新的圖靈測試的、具有通用人工智能的類腦人工智能。

      (作者系中科院院士、中科院神經(jīng)科學(xué)研究所所長,原載《北京青年報》,有刪改)

      《中國教育報》2019年07月01日第2版 

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