腦科學(xué)助力人工智能：離不開大數(shù)據(jù)

　　小白鼠在聽音樂時，大腦活動是什么樣的?在17日舉辦的以“大數(shù)據(jù)應(yīng)用與創(chuàng)新”為主題的中國科技傳播論壇上，音樂響起，大屏幕中清醒小白鼠在聽音樂時的全腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)活動清晰展現(xiàn)：閃爍的鈣成像信號不僅呈現(xiàn)了單神經(jīng)元活動，也蘊含了跨腦區(qū)的信息傳遞、變換信息。

　　清華大學(xué)自動化系教授、中國工程院院士戴瓊海介紹，隨著卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和深度學(xué)習(xí)的快速發(fā)展，人工智能的發(fā)展態(tài)勢已經(jīng)超越了預(yù)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(xiàn)在還不知道上百億的神經(jīng)元如何進行有效的信息處理。”戴瓊海說，人工智能和腦科學(xué)的發(fā)展至今無法關(guān)聯(lián)。通過研制介觀尺度觀測技術(shù)和儀器，探索大腦神經(jīng)元結(jié)構(gòu)與功能統(tǒng)一的感知與計算機制，建立大腦的動態(tài)連接圖，把神經(jīng)科學(xué)實驗與理論、模型、統(tǒng)計學(xué)等進行有效整合，是科學(xué)家們亟待研究的重要課題。

　　戴瓊海說，腦科學(xué)要作用于人工智能，首先要進行腦成像研究，建立起大腦神經(jīng)元的動態(tài)連接圖。通過計算成像獲取海量神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)和動態(tài)功能整合數(shù)據(jù)，將神經(jīng)科學(xué)和數(shù)據(jù)科學(xué)相結(jié)合，揭示大腦的認知模型，從而推動人工智能的跨越式發(fā)展。

　　“大腦皮層有上百億個神經(jīng)元，每個神經(jīng)元又包含千余個信息收發(fā)分支，迫切需要寬視場高分辨率的動態(tài)觀測技術(shù)和儀器，而高分辨率和寬視場之間存在著固有矛盾。”戴瓊海指出了當前顯微成像的核心難題。

　　“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，就無法捕獲神經(jīng)元間的動態(tài)信息收發(fā)過程。”戴瓊海介紹，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(shù)據(jù)通量，無法進行介觀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。

　　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)的寬視場高分辨計算攝像儀器從理論創(chuàng)新、技術(shù)突破、工程實踐三個層面率先突破了傳統(tǒng)顯微成像中大視場與高分辨率之間的固有矛盾和低數(shù)據(jù)通量的瓶頸制約難題，實現(xiàn)了兼顧“全局形態(tài)”和“細節(jié)特征”的多尺度觀測。

　　目前，該儀器已成功應(yīng)用于腦科學(xué)及腫瘤學(xué)等生物醫(yī)學(xué)研究，在國際上首次進行了清醒動物中全腦神經(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(jié)構(gòu)信息與功能信息的統(tǒng)一觀測、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驗。