腦科學到下個世紀或仍是前沿科學

大腦是人體最重要的器官，也可能是宇宙間最複雜的物體——結構複雜、功能複雜，比最大的超級計算機不知道還要複雜多少倍。這個複雜的物體是怎麼出現的呢？它是生物演化過程中的一個奇蹟。

大腦外面有皺褶的這層叫大腦皮層，是所有重要的腦功能的關鍵區域。理解大腦，不僅要知道大腦皮層的結構和功能，還要知道大腦皮層里那些複雜的核團的功能。為理解這些問題，科學家至少花了200年時間。

現在，我們對大腦的了解，比如大腦如何處理信息、神經細胞怎樣編碼和傳導信息、信息如何從一個神經元交互到另一個神經元……這些傳導機制都理解得比較清楚；對不同的神經元做什麼，在各種功能中會產生什麼反應，也很清楚。

在過去的一個世紀里，諾貝爾獎涉及的神經科學中的重要發現都跟大腦的信息編碼、儲存相關。但是，我們只對神經細胞如何處理信息了解得很清楚，對整個大腦複雜的網路結構了解不多。

到底是什麼原理使得神經細胞在某種情況下發生某些反應，我們並不是很清楚；對大腦中的信息處理不太了解，對各種感知覺、情緒，還有一些高等認知功能——思維、抉擇甚至意識等，理解得比較粗淺。雖說腦科學已有相當的進展，但是未知的比已知的要多得多。打一個比方，腦科學現在的處境，相當於物理學和化學在20世紀初期的處境，有很多事情已經搞清楚，但是重大的理解和突破還沒有出現。所以現在的腦科學是生物科學裡比較神秘的領域，從這點來說，腦科學將成為未來生命科學發展中很重要的一個領域。年輕人將來想鑽研科學的話，腦科學就是前沿科學，不但在這個世紀，甚至下個世紀依舊是前沿科學。

為此，我們希望啟動一個由中國科學家主導的國際大科學計劃，做全腦介觀層面上的神經連接圖譜。對於介觀圖譜，不僅中國科學家感興趣，世界各國的科學家都有興趣。通過該計劃，人們能夠研究動物特別是模型動物（包括小鼠、獼猴等跟人最相近的靈長類動物）的大腦圖譜。其中一翼要做腦疾病的診斷與治療，形成各種新型的醫療產業。另外一翼是類腦人工智慧、類腦計算、腦機介面等與人工智慧相關的新技術，該領域對未來的人工智慧產業具有重大影響。這就是目前中國腦計劃的方向，也是大家公認的最好的方向。與世界其他國家的腦計劃相比，雖然我們的計劃啟動得慢，但我們的設計是最圓滿的，希望它的實施也是最圓滿的。

腦科學研究的另外一個重要應用就是腦機智能技術、類腦研究方面。

在該領域中，未來很重要的一個發展方向，就是腦機介面和腦機融合的新方法，還有各種腦活動的刺激方法、調控方法以及新一代人工網路模型和計算模型。儘管現在的深度網路計算模型很好，但與人腦相比，還差得很遠。如果能夠更進一步研發出類人腦的新型計算模型和新的類似神經元的處理硬體，並將它們應用到新一代計算機上，有可能做出更優秀、更高效的計算機，它們的計算能力也將更接近人類，並且能耗更低，效率也更高。

此外，類腦計算機器人和大數據處理也是未來類腦研究的方向。我重點談談圖靈測試。大家也許聽說過圖靈測試，如何判斷一台機器具有人的智能？圖靈在70年前就提出過這樣一個設想：在彼此看不到對方的情況下，分別與一台機器和一個人對話，並在對話過程中，分辨出對方是機器還是人。如果無法分辨出對方的身份，就可以認定這台機器具有人的智能。其中語義的理解是最關鍵的。多年來，人們一直希望做出能夠通過圖靈測試的機器。通過測試的標準是，只要有1／3的人在5分鐘之內辨別不出跟自己對話的是機器還是人，即可認定機器獲勝。

小冰是微軟（亞洲）互聯網工程院在中國推出的人工智慧聊天機器人，可以通過對話不斷提升自己，增加自身的知識儲備，增強回應能力。雖然問世多年的小冰具有很高的對話能力，但人們還是很容易就知道它不是真的人，而只是一台機器。在今天，如果真正要做出好的類腦智能，必須依靠新的圖靈測試。什麼是新的圖靈測試？除了語言能力之外，測試指標還應包括對各種信息的感知能力與處理能力。具體來說，可以讓一個機器人和一個人各自操作一隻機械手來玩一個玩具，同時要求他們彼此間就動作情況進行對話，以便進行判別。我們很容易發現，類似測試可比跟一台計算機對話複雜多了。團隊合作方面也是測試內容。叫一個機器人與人類合作進行某些活動，比如進行比賽，觀察大家是否能夠辨別出來隊員中哪個是機器人哪個是人。這些都是新的圖靈測試所涵蓋的內容。

我們可以期待，未來二三十年內，可能出現能夠通過新的圖靈測試的、具有通用人工智慧的類腦人工智慧。

（作者系中科院院士、中科院神經科學研究所所長，原載《北京青年報》，有刪改）

《中國教育報》2019年07月01日第2版

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