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。     

脑科学和类脑研究领域科技项目布局优化探讨

通过分析2011—2020年广州市2万余个科技项目的管理数据,对脑科学和类脑研究领域可能产生突破的细分研究方向、技术路线、应关注的问题进行讨论,探讨广州市脑科学和类脑研究领域的科技项目布局优化策略.     

负责任研究与创新框架之下的脑科学伦理治理——对欧盟脑科学计划(HBP)的案例研究

脑科学是当代科学技术发展的前沿,带来了重要的伦理与社会问题。国际上脑科学计划都把伦理与社会问题作为其中重要的一部分。欧盟脑科学计划(HBP)是把伦理与社会问题整合到整个计划中的一个典范,其一些做法具有创新性和启发意义。这篇论文从理念、结构设计、伦理治理机制和开展的重要问题研究等方面,对欧盟脑科学计划的伦理治理做了探讨,总结其成功要素,提出了对中国脑科学计划的科技伦理治理及其他领域的科技治理可以借鉴之处。     

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。     

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。     

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。     

脑科学研究新技术

文章针对目前脑科学的发展需求,就亟需研发的几个关键技术方向——"神经信号新型检测技术""新型显微成像技术""神经环路形态追踪和功能操控技术"和"全脑尺度上神经环路重构技术"进行阐述。希望通过国家大型脑科学研究计划的顶层设计,集全国之力量,推动我国脑科学核心技术的研发,为脑科学和交叉科学的发展作出贡献,并打破高端科研仪器长期为欧美垄断的局面。     

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...     

封面故事：反映大脑中基因表达情况的图集

研究人员在神经科学和遗传学两个学科都已经进入了一个新的前沿领域。小鼠基因组中大约22000个基因中每个基因的表达，都已经在小鼠大脑所有主要结构上以细胞分辨率被测绘出来。这一成就是“艾伦脑科学研究所”“脑图集”（Brain Atlas）项目的一部分。     

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。     

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。     

人类发明“加速度”

现今的西方人非常注重对人类脑思维的研究,他们将此命名为“脑科学”,希望通过对大脑机理的研究,寻找出科学思维的真谛,但在2001年中国科普知识调查中显示;中国人对脑科学的知识、对科学思维方法的知识是各类知识答题中得分最低的。人类的发明在“加速度”地发展,而“人类思维”作为人类科技文明的载体,似乎也应不断地完善,趋向更加科学。     

行为脑科学基础研究的现状及发展趋势

揭示脑的奥秘始终是人类面临的最严峻的挑战之一。现代生物技术将会给脑科学带来前所未有的发展机遇。正确认识脑科学研究的意义和最终目的,了解其研究热点和发展趋势无疑是有益的。     

展望智能科学

智能科学研究智能的基本理论和实现技术，是由脑科学、认知科学、人工智能等学科构成的交叉学科。脑科学从分子水年、细胞水平、行为水平研究人脑智能机理，建立脑模型，揭示人脑的本质。认知科学是研究人类感知、学习、记忆，思维，意识等人脑心智活动过程的科学。人工智能研究用人工的方法和技术，模仿，延伸和扩展人的智能，实现机器智能。三门学     

“脑功能联结图谱与类脑智能研究”先导专项研究进展和展望

对大脑的认知是人类认识自然和自身的终极挑战,脑科学研究的核心是理解脑功能的结构及物质基础。中科院在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"(Mapping Brain Functional Connections;简称:脑联接图谱;MBFC,2012—2020),目标是对特定脑功能的神经联结通路和网络结构的解析及模拟。专项代表了脑科学研究的战略制高点,对揭示脑的工作原理、推动智能科学技术进步、增进人类身心健康等方面都具有十分重要的意义。专项设立以来,在感知觉神经环路发育和功能、视觉与本能恐惧行为的神经环路机制、情绪的神经环路编码机制、成瘾和抑郁症等脑疾病机理、意识的神经基础、基因编译技术及脑疾病的非人灵长类模型、神经元分类和功能分析技术及其应用、神经环路双色钙成像方法、神经环路结构与功能研究工具开发、深度神经网络芯片研制,以及资源库与平台建设等方面取得了一系列重要的科学发现和技术研发进展。我们将进一步按照专项十年规划,开展脑认知科学、类脑人工智能技术、脑疾病早期诊断及干预3个前沿领域的科学研究,以及相关新技术研发和脑科技资源库建设,发挥中科院在脑与认知基础研究和技术研发等领域的引领作用。     

脑的工作原理与意识的脑机制初探

脑是如何工作的？它是以一种什么样的机制完成其生理机能和意识机能的？这是当代脑科学急需回答的一个重大理论问题。对于这一问题，人们虽然提出了神经反射理论、信息加工理论等一系列理论，试图对它加以科学的解决，但都因在说明脑的机制上贫乏而没有成功。作者认为，导致这一问题长期得不到解决的根本原因是没能提出一种能对脑的生理机能和意识机能作出统一说明的脑工作原理理论。本着确立统一的脑工作原理理论的思路，经过艰苦的     

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     

脑科学对于哲学基本问题的本体论和认识论意义

当代脑科学的发展直接影响着哲学基本问题的走向和问题的进一步解决,当代脑科学对于哲学基本问题具有重要的本体论意义和认识论意义。哲学基本问题的进一步深化和发展必须奠定在现代自然科学这一坚实的基础之上,脑科学的发展将最终揭示大脑的工作原理,精神自我认识世界亦即思维和存在的同一问题将得到科学的解释和证明。