类脑研究:为人类构建超级大脑
类脑研究是世界各大国间竞争博弈的战略重点,正进一步促成脑科学与计算机等多种学科的交叉融合,带动新一轮的科技革命,以信息手段加速人类对大脑的认知、模拟及融合,有望为人类构建能力强大的“超级大脑”.
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吴朝晖.
类脑研究是世界各大国间竞争博弈的战略重点,正进一步促成脑科学与计算机等多种学科的交叉融合,带动新一轮的科技革命,以信息手段加速人类对大脑的认知、模拟及融合,有望为人类构建能力强大的“超级大脑”。
类脑研究主要以“人造超级大脑”为目标,借鉴人脑的信息处理方式,模拟大脑神经系统,构建以计算为基础的虚拟机器脑;通过脑机交互技术,构建虚拟脑与生物脑一体化的超级大脑,最终建立新型的计算结构和智能形态。将类脑研究称为Cybrain (cybernetic brain),即仿脑及融脑之意.
类脑研究以神经科学与计算机、微电子、材料、心理、物理、数学等大学科交叉为突破方式;以信息技术为主要手段认识脑、模拟脑、融合脑;以超级大脑为核心目标,实现以计算为基础的虚拟机器脑与生物脑的一体化。
纵观国内外,类脑研究目前大都处于初级阶段。为人类构建“超级大脑”的美好愿望,尚存在诸多困难和挑战,主要有以下几个方面:
1)大脑神经信息的解读手段相对有限。虽然当前的核磁共振、经颅直流电刺激、电极阵列、光学成像技术等各种脑神经信息获取和调控手段发展迅猛,但依然存在观测模态单一、调控独立、信息片面、无法同步等问题。
2)类脑计算模拟的架构模型尚未成熟。人们对大脑信息加工过程的认识还非常粗浅,相关的数学原理与计算模型仍不清楚;基于硬件的类脑计算过程模拟在类脑器件和芯片、体系结构等方面仍需要重点探索;类脑学习启发的运作机制与算法研究也非常有限。
3)脑机交互融合的智能增强有待突破。脑信号获取不稳定、脑机交互效率低、脑区干预要求高、融合系统构建难等,是实现生物脑和机器脑互联互通的主要挑战之一。
这些困难和挑战为下一步的类脑研究指明了方向,有望成为人类构建超级大脑的关键突破点. 面向未来,类脑研究将在军事、医疗、教育等关键领域有着无限广阔的应用前景. 在构建“超级大脑”的世界科技新赛道上,我国需要抓住机遇、迎接挑战,加快实施部署类脑研究计划,这将是抢占国际战略制高点和科技话语权的重要支撑力量.
吴朝晖 浙江大学计算机科学与技术学院教授,中国科学院院士,IEEE Fellow,何梁何利科学与技术创新奖获得者,国家杰出青年科学基金获得者,国家“973”计划首席科学家. 长期从事人工智能、脑机融合、服务计算等计算机科学与应用领域的研究工作. 发表论文200多篇. 作为第一完成人,曾获国家技术发明奖二等奖1项、国家科技进步奖二等奖1项,研究成果入选2016年中国高校十大科技进展.
注:本文扩展版将刊于2020年4月期的《中国计算机学会通讯》
参考文献
First draft of a report on the EDVAC (1945)
[J].DOI:10.1109/85.238389 [本文引用: 1]
A logical calculus of the ideas immanent in nervous activity
[J].DOI:10.1007/BF02478259 [本文引用: 1]
Neuromorphic electronic systems
[J].
脑科学的新手段新技术: 信息+系统+智能视角
[J].DOI:10.1360/N972014-01376 [本文引用: 1]
Technologies for brain sciences: The perspectives of information, systems, and intelligence
[J].DOI:10.1360/N972014-01376 [本文引用: 1]
History of winning remodels thalamo-PFC circuit to reinforce social dominance
[J].DOI:10.1126/science.aak9726 [本文引用: 1]
类脑计算
[J].
Brain-inspired calculation
[J].
A million spiking-neuron integrated circuit with a scalable communication network and interface
[J].DOI:10.1126/science.1254642 [本文引用: 1]
Towards artificial general intelligence with hybrid Tianji chip architecture
[J].DOI:10.1038/s41586-019-1424-8 [本文引用: 1]
Darwin: a neuromorphic hardware co-processor based on Spiking Neural Networks
[J].
混合智能: 概念、模型及新进展
[J].
Cyborg intelligence: concepts, models and new developments
[J].
Cyborg intelligence: recent progresses and future directions
[J].DOI:10.1109/MIS.2016.105 [本文引用: 1]
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