上海即將啟動「全腦介觀神經聯接圖譜」計劃
人類大腦被稱為「三磅的小宇宙」。研究人腦的奧秘可能是人類歷史上信息量最大的工程，但是科學家們從未放棄。
在上海世界人工智慧大會期間，由復旦大學主辦的一場類腦人工智慧主題論壇上，中國科學院院士、神經科學研究所所長、中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心主任蒲慕明向第一財經記者透露，上海即將啟動全腦介觀神經聯接圖譜國際合作計劃，「我們將聯合神經所和交大、復旦、華師大等上海高校一起實施，這是一項持續長達二三十年的長期工程。」
腦圖譜繪製是各國科技戰略重點
今年5月2日，「全腦介觀神經聯接圖譜」國際合作計劃在北京召開的香山科學會議第S40次學術討論會上提出，以蒲慕明院士為代表的與會科學家在會議上提出啟動該計劃，目標於2020年完成十萬級神經元的斑馬魚大腦介觀圖譜，2025年完成小鼠全腦介觀圖譜，2030年完成獼猴全腦介觀圖譜。圖譜將確定神經元空間位置、「輸入」、「輸出」、以及與大腦功能（如行為、情感等）的因果關係等。
香山會議上，蒲慕明院士指出：「當前，腦圖譜繪製已成為各國科技戰略重點，主導發起全腦介觀神經聯接圖譜繪製是實現我國腦科學由『並跑』向『領跑』轉變，佔據國際科技制高點的重要支撐。」
今年1月，克隆猴中中與華華問世，登上了《細胞》雜誌封面，標誌著第一個經由體細胞核移植產生的靈長類動物被成功克隆，被視為明確所有基因序列、能實施可探測標記的全腦圖譜繪製的實驗樣本。
蒲慕明院士是這項研究的主導者。他告訴第一財經記者：「做介觀圖譜是為了研究大腦神經的結構，從而幫助理解大腦的結構，有了結構才能知道功能，這樣就可以知道大腦是怎麼工作的。」
他同時向第一財經記者解釋道：「做大腦圖譜是一項非常複雜的工程，需要很多工具、標記神經元，克隆猴中中、華華為未來的介觀圖譜研究奠定了標準化模型，以它們為標準，所有的猴子都按照這個標準來做。」
人腦中的神經元可能多達千億，而每個神經元又同時與成百上千個其他神經元形成傳遞信息的連接（突觸），研究大腦的連接組，就是要對近千億神經元之間相互連接的情況進行全面的研究與分析，可想而知這項工程的艱巨。
全腦尺度上解析結構
在全腦尺度上解析結構和功能神經聯接圖譜是揭示腦工作原理的關鍵，也是全面理解認知功能神經基礎的必由之路。全腦介觀神經聯接圖譜介於「宏觀」和「微觀」之間，研究納米、微米級別的神經元細胞的類型和活動，既能反映出全腦情況，又能反映神經元精細結構甚至神經聯接情況，被科學家比喻為一項「既見森林、又見樹木甚或樹葉」的研究。
按照計劃，到2020年要完成有10萬個神經元的斑馬魚全腦介觀圖譜的繪製。「斑馬魚全腦介觀圖譜不只要繪製10萬個神經元的位置，還要完成神經元細胞的分類，還要完成神經元細胞的分類，確定上百種神經元細胞的輸入和輸出聯接及其活動，以及每個類型細胞活動的追蹤。」蒲慕明院士表示。
先進的設備儀器是基礎科研的必要支撐。在儀器裝備和數據處理效率有數量級提升的條件下建立規模化作業的工程平台，能為即將啟動的國家腦計劃提供突觸水平神經聯接圖譜繪製的一站式解決方案。
目前，中科院自動化所已研製出擁有自主知識產權的高通量電鏡三維影像系統。利用該平台，中科院神經科學研究所研究員杜久林團隊已開展了大腦體積約為0.125立方毫米的幼齡斑馬魚全腦神經聯接圖譜的繪製。
據第一財經記者了解，華中科技大學副校長駱清銘教授帶領團隊利用歷時16年完成的顯微光學切片斷層成像技術，已獲得小鼠全腦及細胞構築、血管網路和神經元形態的三維重建圖譜。駱教授的技術平台有望為上海的「全腦介觀神經連接圖譜」提供支撐。
上海腦-智工程總負責人、著名神經科學家、中科院上海分院副院長張旭院士對第一財經記者表示：「全腦介觀神經連接圖譜將為類腦智能技術的發展提供研究的科學基礎。」
腦科學和人工智慧是當今國際科技前沿熱點，結合神經生物學原理髮展的腦啟發智能演算法應用迅速崛起，催生了新一代類腦人工智慧系統，為疾病診斷、智能機器人、通用人工智慧等戰略性新興產業帶來巨大的發展機遇，成為全球產業發展和升級新的爆發點和增長點。
對此，蒲慕明院士表示：「在人工智慧神經網路的發展過程當中，很多基石都是來自過去。有些是得益於人腦的這樣一些自動迴路的研究，比如說人腦是如何來分析信息的。我覺得要說在未來更多的人工智慧方面的一些進展，更多的腦科學研究的成果會融入到人工智慧發展當中。」
牛津大學神經學家、英國皇家科學院院士Colin Blakemore教授對第一財經記者表示：「人工智慧取得的很多成就都是依靠和大腦完全不一樣的機制，比如說高速的運作以及巨大的存儲能力、強大的計算能力等等，這些都是大腦不具備的能力。而且人工智慧也可以在不加選擇的情況下同時進行大量流程的運作，這與大腦的運作機制也不同。」
TAG:第一財經 |