腦科學與類腦人工智慧技術的突破前沿簡析

本文轉載自：三思派 作者：馮劍峰、沈應龍

撰文丨馮建峰，上海國家數學中心首席科學家，復旦大學類腦智能科學與技術研究院院長

大腦學習記憶對信息的智能加工與處理能力，遠遠超過現有的任何計算機和信息處理系統。面對目前互聯網的信息爆炸，各國政府和各IT巨頭（Google、IBM、微軟等）均在積極探索如何通過革命性的變革，把當今的「信息時代」推入到「智能時代」。要實現這歷史性的跨越，需要創製出以腦式信息處理為基礎的智慧型超級計算機及各種類腦人工智慧系統。

有關大腦學習記憶、抉擇等認知神經網路機制的研究，不僅可以揭秘大腦智能信息處理的奧秘，更可為人工智慧的研製提供全新的理論指導以開發出能力更強的智能設備和機器人，還可為前額葉皮層和高認知功能異常導致的老年痴獃等記憶相關腦疾病的治療提供幫助。

腦科學與類腦人工智慧的四大研究方向

按照從「研究」到「應用」的順序，可將腦科學及類腦人工智慧的研究內容劃分為四大部分：大腦神經網路分析、認知機制計算模擬、類腦智能演算法創新和類腦智能技術應用創新。

對大腦神經網路和認知機制的研究分別是對大腦開展「硬體」和「軟體」層面的解析，而類腦智能演算法和類腦智能技術應用的創新則分別是在「軟體」和「硬體」層面的輸出介面，能夠直接催生新興產業的發展。

1.大腦神經網路分析。利用現代生物學手段，採集遺傳、分子、神經元等多模態的腦影像和各種表型數據；利用多尺度高維複雜大數據分析的新演算法，輔助解析大腦運作和信息處理機制，尤其是神經元集群的學習與記憶、抉擇、語言等認知功能的機制；研究各類腦疾病對大腦信息處理機制的擾動，加深對大腦信息處理機制的理解。

2.認知機制計算模擬。發展大尺度腦系統的數學模型，尤其是神經反饋連接的作用；研究大尺度腦系統的認知和學習功能；深化發展類腦智能計算理論，設計新型高效的類腦人工智慧演算法。

3.類腦智能演算法創新。利用基於實驗事實的生物學發現，比如人類視覺中的不同通道、注意力和不同記憶機制等提出全新或改進己有深度學習的計算框架；開展理論研究，建立現有演算法的理論基礎，尤其是發展深度學習的動態數據分析理論；把發展的演算法應用於解決大數據驅動的實際問題，如開發基於採集的特定生理數據的人體健康與疾病分析預警系統。

4.類腦智能技術應用創新。利用納米材料完成單個憶阻器的構建；利用構建的納米憶阻器，並基於新的深度學習理論演算法，構建基於深度學習框架和納米材料憶阻器網路的智能控制器。基於智能控制器研發各類智能設備,例如智能可穿戴肌肉力量增強手套。

腦科學與類腦人工智慧的推進重點

對大腦神經網路和認知機制的研究分別是對大腦開展「硬體」和「軟體」層面的解析，而類腦智能演算法和類腦智能技術應用的創新則分別是在「軟體」和「硬體」層面的輸出介面，能夠直接催生新興產業的發展。

服務於的創新驅動發展等戰略需求，解密大腦智能信息處理的奧秘，促進社會健康保障和相關的信息產業領域的進步（例如人工智慧、機器學習等領域），需要關注以下方面：

分析平台：

腦科學大數據挖掘平台；

腦疾病輔助診斷智能系統軟體平台；

類腦智能軟硬體開發平台；

類腦晶元設計平台。

技術研發：

神經形態模擬技術：

腦網路重構技術；

腦認知動力學模型構建技術；

腦功能模擬關鍵調控技術

智能診療技術：

多尺度多模態數據融合技術；

類腦智能演算法新理論和新方法；

重大腦疾病智能診斷技術；

智能控制器：

類腦細膩片設計技術；

類腦芯雲技術；

憶阻器技術；

標準制定：

腦科學多尺度多模態數據採集標準；

類腦智能軟硬體平台測試標準。

成果形成：

大數據：國際最大尺度多模態腦科學大數據；

類腦演算法：融入腦機制的深度學習智能演算法；

類腦智能軟硬體：神經形態模擬、腦疾病智能診療、類腦控制器。

其中，技術研發的三大部分可進一步展開如下：

目前醞釀中的腦計劃將腦科學的研究劃分為認識腦、保護腦和模擬腦三個方面，其中模擬腦指的就是類腦人工智慧的研究。因此類腦人工智慧可以視為腦科學的一個分支。另一方面，隨著憶阻器、神經網路晶元（例如中科院開發出的「寒武紀」晶元）等物質器件的進步不僅推動了類腦人工智慧的發展，也有助於破解當前腦科學研究中的核心難題。

馮建峰，上海國家數學中心首席科學家，復旦大學類腦智能科學與技術研究院院長，腦科學與人工智慧技術的路線圖專題研究（上海市軟科學研究計劃項目編號：15692106604）課題組組長；沈應龍，上海市科學學研究所產業創新研究室助理研究員。文章為作者獨立觀點，不代表主辦機構立場。

2017腦科學與類腦智能學術研討會將於5月19日-20日在上海好望角飯店召開！聚焦腦科學的未來發展，擬邀腦科學計劃的領導者蒲慕明院士以及上海腦科學計劃的策劃者，將帶領大家暢享一場未來腦科學盛宴。這是一場與眾不同的腦科學會議，涉及神經科學、心理學、計算機學、認知科學、腦外科臨床學等多學科交叉，為未來腦科學研究指明方向。

會議初擬日程：

5月18日 周四

全天註冊簽到

5月19日 周五 上午

大會開幕式

大會開幕式，腦計劃領導者報告

擬邀演講嘉賓：

蒲慕明
科學院外籍院士

馬蘭
復旦大學腦科學研究院

馮建峰
復旦大學類腦智能科學與技術研究院

郭愛克
科學院上海生命科學研究院神經科學研究所

饒毅
北京大學生命科學學院，北京大學IDG麥戈文腦科學研究所

5月19日 周五 下午

腦科學前沿研究

腦結構和功能網路連接圖譜研究；非人靈長類動物研究；認知功能研究；運動控制的神經機制研究；神經編碼；感覺功能編碼機制

擬邀演講嘉賓：

陳愛華
華東師範大學腦功能基因組學教育部重點實驗室

胡新天
科學院昆明動物研究所

崔翯
科學院神經所

馬辛
首都醫科大學附屬北京安定醫院、北京腦重大疾病研究院抑鬱症研究所

王征
科學院神經所

何生
科學院生物物理研究所、腦與認知科學國家重點實驗室，創新課題組組長，國家「千人計劃」

劉天明
喬治亞大學計算機科學和生物成像研究中心

5月20日 周六 上午

腦疾病與臨床應用

神經退行性疾病與細胞治療：AD與PD；遺傳病（遺傳性癲癇）的診治；藥物成癮機制及藥物靶點發現；精神分裂症異常變異標誌物發現；腦腫瘤臨床和機制研究

擬邀演講嘉賓：

賈建平
宣武醫院神經內科、首都醫科大學神經病學研究所、北京腦重大疾病研究院阿爾茨海默病研究所

姜玉武
北京大學第一醫院兒科

李明
科學院昆明動物研究所

汪小京
華東師範大學- 紐約大學腦與認知科學聯合研究中心

王曉民
首都醫科大學，北京大學神經科學研究所

張亞卓
北京市神經外科研究所，北京市中樞神經系統重點實驗室，北京腦重大疾病研究院腦腫瘤研究所

註：贊助演講時段30min（下午茶歇前）

5月20日 周六 下午

腦科學技術與類腦智能

基因工程與光遺傳技術；多模態磁共振腦影像技術；人工神經網路研究；類腦晶元開發與神經義肢技術；類腦視覺信息處理技術

擬邀演講嘉賓：

趙繼宗
科學院院士

陳雲霽
科學院計算機技術研究所

鄭南寧
西安交通大學

魯華祥
科學院半導體研究所，享受國務院政府特殊津貼

蔣田仔
科學院自動化所

朱岩
中科院生物物理所，腦與認知科學國家重點實驗室，創新課題組組長，中科院「百人計劃」獲得者

活動:Poster展示交流，青年專家交流

註：贊助演講時段30min*2（上午茶歇後、下午茶歇前）

註冊收費

會議註冊

註冊類型

04月21日前到款

04月22日-05月5日間到款

05月5日以後到款

註冊費包含

標準票

學生票

標準票

學生票

標準票

學生票

費用

1000RMB

700RMB

1400RMB

1000RMB

1700RMB

1200RMB

會議資料、午餐、茶歇；食宿自理

備註：1、註冊費優惠期限以到款時間為準

2、參會代表如是學生票辦理參會簽到現場請攜帶學生身份證明，如無學生代表證明， 現場統一按標準票操作。

3、網上報名截止日期：2017年05月17日。

聯繫人：徐親親

手機/微信：13482281468

E-mail：qinqin.xu@bioon.com
固定電話：+86(21)64879183 ext 8097

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