脑功能联结图谱与类脑智能研究

人类大脑是自然界通过漫长进化而产生的最精细、最复杂、最优美和最成功的器官,脑科学是研究人、动物和机器的认知与智能的本质与规律的科学。智力的本质、创造性的来源以及理性、记性、忘性、个性、人性和决策机制等都是脑科学的核心问题,对这些问题的理解将是有效预测、干预和推迟脑衰老,并创造出具有自我学习能力的人工智能系统的科学基础。脑科学研究将拓展人类对自然和自身的认识,它对人类的知识创新、健康和幸福以及信息科学与人工智能、文化科学、社会科学、教育学、语言学等都将产生极大的辐射作用,对人类社会的进步和经济发展有深远的影响。对脑功能的破译需要在多个层次上解析脑网络系统的联结方式与规则,最终得到脑网络结构及其功能的“线路设计图”,这是脑科学的战略制高点。为了探讨脑网络图谱这一重大问题,中科院于2012年启动了战略性先导科技专项（B类）“脑功能联结图谱计划”（简称“脑功能图谱”）。2015年,在中科院的统筹部署下,将类脑智能研究领域加入该专项,扩充后的专项更名为“脑功能联结图谱与类脑智能研究”,在国际上首次实现了脑科学与智能技术领域的实质性融合,为脑智科学的发展和中国脑计划的启动打下了坚实基础。     

人,智慧,大智慧(第一篇)

人类出世,大约有三百多万年了。不过,只是在近几千年,人类的智慧才有了大的飞跃,才进入了探求大智慧的阶段。到了接近公元的前几个世纪,出现了一次世界性的智慧大飞跃,在中国,在古希腊,在古印度,都出现了一批开人天目、引人入神的圣哲。比如中国的老子、庄子、孔子、孟子以及《周易》的作者,古希腊的泰勒斯、苏格拉底、柏拉图和亚里士多德,古印度的释迦牟尼和诸多《奥义》学者。他们在智慧领域为人类开辟出了新天地,把人类引入了大智慧的境域。当然不能说他们之中的谁便是大智慧的化身,更不能说世上有谁穷尽了大智慧,但却可以说,他们在追求大智慧方面为人类开了先河,他们在探究大智慧方面为人类提供了舟楫。有谁想要进入大智慧的境域,最简便的方法便是乘上他们的小舟,到他们开辟的智慧之河中游上一游。本刊开辟“智河泛舟”栏目,正是想要为有兴趣的读者提供游览大智慧的方便。     

斑马线上的"风景"

正说起斑马线,我们都再熟悉不过了。由多条相互平行的白实线组成的人行横道线,因酷似斑马身上的条纹而被称为斑马线。近期以来,全国范围内开展了一场"礼让斑马线"的主题活动。其实,斑马线不仅是行人的一条"生命线",还是城市中一道"风景线"。探寻斑马线的"祖先"斑马线的起源最早可追溯到古罗马时期的"跳石"。说到"跳石",还要先说马车。轮子的发明是人类交通运输史上的一个重大技术突破,正是轮子的发明才催生了各种代步     

面向未来的中国科学院脑科学与类脑智能研究——强化基础研究,推进深度融合

脑科学与类脑智能技术相互借鉴、相互融合代表了未来脑科学与类脑智能研究的新趋势。中科院在脑科学研究上具有深厚积累和特色优势,率先启动了"脑功能联结图谱"战略性先导科技专项(B类),选择感知觉、学习记忆等几种重要大脑功能,绘制其神经环路图谱,解析其信息处理加工规律;率先在脑科学和智能技术两大领域进行实质性融合,在先导专项中扩充了类脑智能研究内容,成立了中科院脑科学与智能技术卓越创新中心,全面推进脑科学与类脑智能研究深度融合,为我国智能产业的发展提供科技引领与支撑。在分析国际脑科学与类脑智能发展态势的基础上,文章阐述了中科院在脑科学与类脑智能研究方面的部署,提出了进一步加强脑科学与智能技术融合的举措与建议。     

智能时代的脑科学与类脑智能研究

以智能科技为核心技术、智能算力为生产力的智能时代再次把脑科学推向世界科学与技术前沿。脑科学是研究人、动物和机器的认知与智能的本质和规律的科学。对神经系统结构和功能联结规律进行全面解析将最终绘制成脑功能联结图谱,近10多年来神经科学研究致力于系统性地解析神经系统的神经元类型和神经结构连接,在单细胞转录组分析、神经网络结构示踪等技术推动下取得了阶段性进展。解析人类大脑这一最为复杂的信息和智能系统,会启迪类脑智能理论和类脑智能技术,即脑科学/神经科学启发的智能理论和技术。在智能时代,脑科学研究的多学科交叉研究范式促使脑机接口、类脑智能计算等类脑智能研究领域加入脑科学。脑机接口的神经解码和编码技术为绘制人脑功能神经网络图谱提供了重要的功能研究技术和方法,并且可探索在脑疾病临床诊治上的应用。类脑计算正成为脑科学研究的一种新范式,借鉴脑处理信息和学习的基本原理发展高能效、高速和智能的新型类脑计算系统,利用发展的类脑计算系统可以加速发展脑模拟和数字大脑,促进理解大脑运行机制和治疗脑疾病,发展数字脑科学和脑医学。新近出现的脉冲神经网络智能处理器为构建大规模类脑智能计算系统奠定了基础,未来类脑超级算力极可能超过人类大脑算力,影响智能科技变革和人类社会发展。     

奥巴马的“人脑地图”梦

美国白宫前不久正式公布一项被认为可与人类基因组计划相媲美的脑科学研究计划(以下简称"脑计划"),以探索人类大脑工作机制、绘制脑活动全图、针对目前无法治愈的大脑疾病开发新疗法。这项计划有三大特点,即通过公私合作的方式完成,潜在影响力深远,同时面临艰巨挑战。奥巴马政府现在雄心勃勃,4月上旬推出探索人类大脑工作机制、绘制脑活动全图的研究计划。这一计划将耗时10年、投资数十亿美元。而此前,欧盟已经宣布了在未来10年投资10亿多欧元的"人类大脑工程"。在奥巴马看来,人类脑科学研究的落后是一件比较尴尬奥巴马的雄心     

神经科学——生命科学中的排头兵

人类能登上月球,可以向遥远的外星发射宇宙飞船,说明社会的物质文明已经发展到了很高的阶段。人类之所以能创造如此发达的物质文明,不是因为人类的体能很发达,而是因为人类的智能最发达。人间创造的一切奇迹都是人类智慧的结晶。而智慧的物质基础是人脑。它是世界上最复杂、最精密的器官。揭开人脑的奥秘一直是人们的梦想。     

脑科学的昨天、今天和明天

正看过科幻电影《盗梦空间》的读者,一定会被主角能够潜入人脑、进入梦境的本领所震撼。现实中的脑科学,探究的正是类似现象。脑科学,一直被科学家视为当代科技"皇冠上的明珠",也是国家之间科技竞争的战略高地。随着当代脑科学技术研究不断取得突破,特别是控脑和脑控技术的日趋发展,人类对大脑的开发利用已进入一个崭新阶段。     

谁更聪明

正研究人员过去认为,大脑的大小和大脑与身体的质量比能反映物种的智慧程度,因为这显示了该物种向大脑分配的能量多少。然而,这种想法是错误的。除了脑身比之外,有些其他比例能更好地反映物种的智慧程度,但并不存在绝对的相关关系。树鼩比人类聪明吗"按脑身比排智商"的理论只能证明,我们对大脑运作机制的了解仍然少得可怜。因为若按照这个逻辑,树鼩可比人聪明多啦!     

国际脑科学研究进展

本文从脑计划的路线分析、脑科学的计划应用和"标准模型"的建设构想三个方面着手分析目前国际上的脑科学研究进展,并提出对我国启动脑计划、国家安全以及对我国脑科学研究的影响和意义。     

中国科学家对"恐惧记忆形成机制"有新发现

经过近3年研究,复旦大学脑科学研究院马兰教授带领的研究人员发现,脑内的一种蛋白质b抑制因子参与了"恐惧记忆"的形成;研究结果表明,b抑制因子作为神经信号分子在脑内有重要作用,在记忆形成中扮演了一个至关重要的角色.     

山东省脑科学与类脑科学发展战略研究

近年来,脑科学与类脑科学研究是全球科学技术发展的战略制高点之一。部分国家早已开展脑计划的战略布局,国内的脑科学研究亦逐渐形成北京、上海两大中心,广东、江苏位列第二梯队,经济发达地区脑科学与类脑研究机构分布密集的发展格局。本文通过综述国内外脑科学和类脑科学研究现状,对山东省目前在脑科学和类脑科学领域存在的问题进行分析,最后借鉴国内外研究的先进经验,对山东省脑科学和类脑科学的发展研究提出对策建议。     

方兴未艾的脑科学研究

正人脑可谓人体最复杂、最神秘的器官,无数科学家殚精竭虑才能揭开其奥秘的冰山一角。21世纪是脑科学时代。为进一步了解大脑,监测大脑活动的研究方兴未艾,已在学术界和商界掀起了一股脑科学热。脑科学研究什么狭义的脑科学指神经科学,是为了解神经系统内分子水平、细胞水平、细胞间的变化过程以及这些过程在中枢功能控制系统内的整合作用而进行的研究。广义的脑科学指研究脑的结构和功能的科学,包括认知神经科学等。为什么科学家们热衷于脑科学研究?原因可能有以下几点。其一,脑科学是人类了     

脑科学与类脑研究概述

脑科学和类脑智能技术是两个重要的前沿科技领域;二者相互借鉴、相互融合的发展是近年来国际科学界涌现的新趋势。脑科学研究对大脑认知神经原理的认识,提升了人类对自身的理解和脑重大疾病的诊治水平,也为发展类脑计算系统和器件、突破传统计算机架构的束缚提供了重要的依据。文章概括性地总结了国际脑科学和智能技术领域的总体进展,未来15年的发展趋势和有望解决的重大科学问题,以及我国在这两领域发展的特色和优势。     

基于多尺度多模态数据的脑疾病研究进展——遗传影像大数据研究

脑疾病是当前世界各国面临的共同挑战,给个人、家庭及社会都带来沉重的负担。随着各种高通量技术和无线远程获取技术的迅速发展,为脑科学与脑疾病的研究提供了前所未有的契机。借助多尺度多模态的脑科学大数据,我们能够从不同尺度、不同角度对人脑功能及脑疾病展开研究。本文将以遗传影像大数据为例,首先介绍国内外遗传影像大数据的数据库建设进展与挑战。进一步我们将讨论当前遗传影像数据挖掘分析的主要数学理论和方法,以及遗传影像大数据与智能算法在揭示脑疾病病理机制和辅助临床诊断治疗中的应用。最后,我们就多尺度多模态大数据与脑疾病未来发展方向——疾病分型、计算神经科学、计算精神病学进行总结与展望。     

逮住"天下第一鱼"的人--记长江学者、西北大学早期生命研究所所长舒德干教授

一“人类的心灵需要理想甚于需要物质。当一个人把生命的全部意义确定于无穷地探索尚未知道的东西时 ,他会因拥有伟大的目的而拥有伟大的力量”———左拉从古至今 ,人类对于客观世界的探索一刻也没有止息过。早在战国时期 ,大诗人屈原就在《天问》中叩问上苍 ,万物的起源是什么 ?我们从哪里来 ?生命从哪里来 ?古希腊哲学家苏格拉底提出的“认识你自己”更是千古的命题。从宏大的天体到微小的粒子 ,从无穷尽的宇宙到人类自身 ,人类探索着一个个为什么 ,又破解着一个个为什么。在这不断的发现与破解中 ,人类前行。这种破解与发现又总是从对客…     

脑科学视域下营造良好的情绪氛围在语文课堂中的应用

1990到2000被称为"脑的十年",随着脑科学、学习科学等学科的兴起,越来越多的人开始关注,并且借此寻求对于教育的帮助。笔者聚焦脑科学视域下营造良好的情绪氛围在语文课堂中的应用,从概念界定、应用、教学建议等方面分析了脑科学视域下营造良好情绪氛围的独特与重要性,并且给出了语文课堂教学的具有针对性的建议与应用。     

追溯病毒的起源

正这关系到生命之谜,让我们走进生命起源的核心问题。人类这物种,真的标志着生命进化的顶峰吗?或者病毒才是?因为在历史长河中,当人类进化得越来越复杂时,病毒已经精简了,成功地抛掉了很多基因,只留下了少数的必需基因。今天,病毒是如此的小和简单,有些甚至不能自我复制,因此,病毒携带的基本遗传物质,需要"溜进"宿主细胞,并诱骗宿主细胞才能复制。例如,只有14种蛋白     

“万物皆数”的背后

“万物皆数”无疑是意义十分深刻的一句格言,因为笃信它,科学家们才发展了科学,人们才得以创造出我们今天拥有的物质文明。人们对万事万物都具有数量上的规定性这点似乎深信不疑:古希腊悲剧中的主人公永远无法摆脱“生有时辰死有地”的命运;在我们周围的某个角落,仍然活跃着一些依据生     

哲学科学的创新

哲学科学应具有科学性、统一性、普适性、超越性。我们尝试以普适之道为核心,以对称与不对称为主线,构建哲学科学的体系的框架。对称与对称性破缺是自然、社会和思维的普遍规律。它适用以下广泛的领域:宇宙演化;物质结构;生命起源与物种进化;脑与意识;社会、经济、政治、军事、信息;智能劳动与体能劳动;语言、艺术、哲学等。自然、社会和思维中的对称与不对称是统一的。从我们的宇宙开始膨胀,到演化出包括太阳、地球在内的天体;从无机物演化出生命,再从生命演化出作为万物之灵的人类;从人类智慧发展到现代文明和未来更高级的文明——这是对…