类脑智能引导AI未来

人工智能是否要“类脑”以及如何“类脑”是人工智能发展中颇具争议的问题。结合在仿生视觉及人工智能领域多年的研究体会,阐述了类脑智能研究的意义与方式,讨论了现阶段人工智能与类脑智能的异同,发表了对未来人工智能发展的一些看法。基于对类脑智能的以上看法,作者及团队将研发智能、感知和操控功能兼备的“机器头脑”,以探索机器自主智能的发展。     

从蓝脑计划到人脑计划:欧盟脑研究计划评介

正最近欧盟和美国分别启动和准备启动耗资巨大的两个脑研究计划——"人脑计划"和"尖端创新神经技术脑研究计划"。本文介绍欧盟人脑计划的背景、目标、内容及方法,也介绍学术界对此的见解和争议。关于脑和心智的研究已成为对当代科学最大的挑战之一。2000年,诺贝尔生理学或医学奖得主埃德尔曼(Gerald M.Edelman)说:"脑科学的知识将奠定即将到来新时代之基础。凭这些知识我们可医治大量疾病,建造模仿脑功能的新机器,而且更深入地理解我们自己的本质以及我们如何认识世界。""心智的生物学研究在21世纪的地位,正相当于基因研究在20世纪的地位,这已成为当前科学界的共识。"2013年春季,欧盟和美国分别启动和准备启动耗     

本期专题简介

<正>2013年春季,欧盟和美国分别启动耗资巨大的脑研究计划——欧盟的"人脑计划"和美国的"推进创新神经技术脑研究计划",引起全球各国政府和科学家的关注。这同样也引起了中国广大科学家和科学爱好者们的关注。为此我刊特组织了《脑科学》的专栏,比较系统地介绍了脑科学中有关心智游移、意识、视觉,以及脑科学与信息科学的交叉领域等的研究进展。     

计算神经科学的研究特点及发展

诺贝尔奖得主克里克(F.Crick)说过:"对我们人来说,在科学研究中没有比研究自己的脑更重要的了.我们对整个世界的认识都有赖于它."另一位诺贝尔奖得主埃德尔曼(G.Edelman)则说道:"脑科学的知识将莫定即将到来的新时代的基础,这些知识使我们可以医治大量疾病,建造仿照脑功能的新机器,对我们自己的本质和我们如何认识世界都会有更深入的理解."因此,脑研究已经成为21世纪科学研究的最前沿.     

没有脑血管的动物

最近,日本动物学家发现3种鲵鱼没有脑血管。这一偶然发现具有很大学术价值。没有血管,怎样向神经细胞供氧呢? 脊椎动物的脑器官,一点儿也不能间断供氧。一旦停止片刻供氧;脑功能便立即停止。承担运送氧的物质就是血管内流着的红血球中血红蛋白质。脊椎动物脑的内部有大量血管潜入,向脑内充分供氧。假如     

阿尔茨海默病早期网络功能障碍

<正>大脑中负责记忆和认知的区域中的β﹣淀粉样肽聚合体(Aβ)被认为会引发阿尔茨海默病(AD)。尽管有大量关于肽的神经生物学效应的研究,但是仍然有两个核心问题悬而未决:各种形态的Aβ都是人体主要的生物活性神经毒素吗?以及这些形态的Aβ是如何破坏神经功能的呢?迄今为止,尝试在临床上降低或消除人体内Aβ的尝试都未能明显减缓AD症状,若想开发成功的治疗方法可能需要这两个问题     

脑电研究方法上的突破性探索——读弗里曼和基罗加新著《脑电的脑功能成像》

正英国神经科学家、当今意识研究的领军人物之一格林菲尔德(S.Greenfield)说过:"一个物质的脑,如何会产生高度发达的心智?此问题还有另一个连带的问题:两者中之一如何会影响到另一个?这些问题是对人类智慧从未有过的最大挑战。"从20世纪初到20世纪70年代以前,行为主义一直主宰着脑的研究。该学派认为,能够用科学的方法加以研究的只有行为,也就是给予实验对象(无论人还是动物)某种刺激,观察其相     

生态建筑师:海獭

<正>在北美西海岸,海獭的归来给当地的生态环境带来了巨大的变化。在海獭的帮助下,巨藻森林和其他濒危海洋环境也随之重现生机。海獭,这个生态建筑师是如何做到这一切的呢?这恐怕要感谢它们的"好胃口"。在过去的30年中,在加拿大不列颠哥伦比亚省的温哥华岛西海中,演绎了一场最为精彩的"水下变革"。研究人员在同一片水域进行观察,察看这片曾经因海胆大量生长、被海胆过度啃食海藻而形成的"海胆荒地"是     

英皇家学会呼吁调查新一代脑植入设备

<正>科学家认为脑植入设备可以在未来几十年内使人类实现"心灵感应",帮助瘫痪人士重获行走能力。脑植入设备领域内的很多领军科学家表示,社会必须要为一场技术革命做好准备。在这场技术革命里,脑植入设备可以帮助人们通过"心灵感应"进行交流,通过脑电波"下载"新技能,甚至在脑电波形式的"神经明信片"中描绘自己假期里的奇遇。     

非线性科学：它的内容,方法和意义（下）

七、神经网络系统神经网络系统可能是我们所面临的高度复杂的非线性动力学系统,也是迄今所知功能最强、效率最高的最完美的信息处理系统,因此,很自然地成为非线性科学研究的重要内容。已经取得了可喜的进展,但是,它只是建立脑模型的第一步,就人类的科学认识活动而言,对大脑的研究无疑是一种挑战,它正越来越强烈地吸引着许多不同领域的科学家参与到脑研究的队伍之中。虽然对大脑的结构近几十年来在细胞和分子水平上已进行了大量的研究,发现了许多新的现象,但我们仍然未能了解神经系统是怎样使人具有听和看、学习和记忆,甚至推理和语言等高级脑功能的,要取得这方     

脑损伤对道德行为的影响及相关伦理困境

以道德的全脑协同活动为前提,尝试厘清特定脑区损伤对道德行为的影响.脑损伤引起的道德后果主要表现为不道德行为.在大脑皮层,"自我"功能丧失通常是额叶损伤的结果,颞叶损伤可导致暴力攻击等问题行为;眶额叶损伤还可能引起风险决策、社会情感、自我信息矫正等方面障碍,腹内侧前额叶损伤则可能产生学习适应、抽象事件判断、自我控制等功能受损.在大脑皮层下,一些患者的严重暴力侵害行为和杏仁核损伤有关;下丘脑、苍白球、隔核等损伤的行为后果通常与基本生理需求的不恰当满足有关,主要表现为性道德失调;还有些脑区损伤的影响被放置于特定脑神经网络中进行了探讨.基于脑损伤研究所提出的道德脑机制假设,通常将心理过程或心理能力作为中间要素,而非寻求道德和脑的直接对应关系.脑损伤在道德领域的研究和应用面临着诸多伦理争议,主要围绕患者的道德行为评价、道德功能提升、污名化等.未来亟待探讨脑损伤影响道德行为的认知神经机制、确立与完善脑损伤后遗症的多样化图谱及扎根中国土壤开展研究等.     

小虫春秋：果蝇的视觉学习记忆与认知

视觉认知是脑科学领域中的重要研究方向,是揭示 “脑是怎样工作的”,“物质的脑是如何产生精神的”的重要路径。近年来,科学家们以果蝇为模式生物,从基因脑行为认知相结合的角度,系统性地开创了果蝇的视觉“认知”研究,如学习与记忆、注意、跨模态记忆、特征提取和泛化、两难抉择、抉择的神经环路等。即使果蝇这样相对简单的脑,在很多方面都展示了令人惊奇的“理性”行为。看来,那种认为只有某些独特的唯一的脑机制才能实现人类的理性的想法是不成立的。我们期待,在探索“智与愚”的神经生物基础方面,果蝇会对我们继续有所帮助。     

五角大楼的赌注:寻找一切可行的途径

<正>美国国防部高级研究计划局(DARPA)正在大力推进诸如脑移植、仿生义肢等生物学领域内的研究,但一些科学家对这类研究的高风险存有疑虑。杰弗里·林(Geoffrey Ling)在谈论未来技术时,他的种种构想就像似旋风一般在房间里飞旋。在他的世界里,人们将活得比自然寿命更长;大脑意识可以下载到硬盘上,然后通过人工智能加以强化;机器人和飞行器可以通过人的思想加以控制……"这些情景可能都会发生。未来20年的科技会让我们眼花缭乱、目不暇接,因为我们已经开始在向这一令人难以置信的领域迈进。"他说。     

狗眼看人“亲” 只因催产素

<正>你凝视着TA,你的大脑中正发生着一系列复杂的变化:凝视让你的大脑开始大量分泌催产素,而催产素让你对TA的感情越来越深,让你花更多的时间陪着T A。你所不知道的是,T A脑中的催产素也在增加,从此也越来越爱你,每天痴痴地盯着你看的时间越来越长……如此循环往复,最终,你们在一起了。别激动,这说的是狗。一项最新研究指出,人类和狗的相互凝视形成     

跨学科开启头脑风暴 促进脑科学交叉与融合

<正>成为领跑者,就要有更多科研无人区的“探险家”.脑科学是自然科学领域重要的前沿学科,类脑技术已经成为当前国际科学研究的热点,被各国视为未来经济增长点和引领新科技发展的引擎.国家“十四五”规划明确提出重点布局脑科学与类脑研究等重大研究领域,国家科学技术部于2021年正式启动了“科技创新2030-脑科学与类脑研究”重大科技项目.为推动中国脑科学与类脑研究及在大湾区推动脑科学与类脑研究产学研融合示范,     

当代“炼金术士”:有机化合物自动合成机

<正>8月10-14日,正值全世界化学家齐聚旧金山参加美国化学会2014年秋季会议之际,《自然》杂志推出了一组"2014:化学家的选择"专题报道,其中有描述化学家尝试构建自动合成有机化合物的"梦之机器",也有对制备形貌单一的纳米管的合成方法的描述,包括在实验室中模拟光合作用以及尝试用一种廉价的浴盐(氯化镁)制造太阳能电池。尽管上述尝试会面临诸多挑战,相信,经过化学家们的不懈努力和探索,化学领域终将会出现令人期待的变化。——编者     

脑的思维机制——神经科学的研究

揭示脑的思维机制是神经科学的远大目标。关于思维活动的研究已从简单的定位论向前跨进了一步,现正尝试从脑神经回路网络的特殊活动来加以研究。在这种尝试中,神经映象(map)和神经程序(program)正在成为二个中心概念。     

大数据时代的数据素养教育

正数据素养是大数据时代对科研人员所提出的要求。国外各大学已在广泛开展数据素养教育。在中国,如何提高下一代科学家的数据素养,使他们具备在大数据时代开展科学活动的能力,是一项紧迫的重要任务。随着信息技术和网络技术的迅速发展,科学研究数据呈现爆炸性增长的态势。利用各种各样的研究工具和实验设备,通过模拟、仿真、计算和观察,在科学研究过程中不断产生和创造出大量"原生态数字信息",形成特定科学领域的数据集和数据场。如美国大规模科学项目"泛星计划"(全景式巡天望远镜和快速反应系统),每年在运行中可捕获2.5PB(1PB=10~(15)字节)的数据;国际上高能物理学研究领域的LHC(大型强子对撞机)每年能产生50～100PB的数据;小规模研究     

电针镇痛时大鼠脑和垂体内鸦片样物质含量的变化

内源性鸦片样物质(OLS)的发现为痛觉生理的研究开辟了新的领域。针刺镇痛过程中是否有OLS参与,这是针刺麻醉原理研究中的一个重要方面。本工作证明,电针引起大鼠脑内OLS含量升高,这种变化与针刺镇痛效果有平行关系。说明脑内的OLS在针刺镇痛中可能起重要作用。     

人脑连接组研究:脑结构网络和脑功能网络

人脑是自然界中最复杂的系统之一,在这个系统中,多个神经元、神经元集群或者多个脑区相互连接成庞杂的结构网络,并通过相互作用完成脑的各种功能.近年来,结合基于图论的复杂网络理论,研究者们发现利用结构和扩散磁共振成像数据构建的脑结构网络以及利用脑电图/脑磁图数据和功能磁共振成像数据构建的脑功能网络具有很多重要的拓扑性质,如"小世界"属性、模块化的组织结构以及主要分布在联合皮层上的核心脑区(如楔前叶、额上回、额中回).另一方面,研究者发现许多神经精神疾病(如阿尔兹海默病和精神分裂症等)与脑结构和脑功能网络的异常的拓扑变化有关,这些研究不仅为理解神经精神疾病的病理机制提供了新视角,也可能为疾病的早期诊断和治疗评价提供脑网络影像学标记.本文以人脑结构和功能连接网络的研究为重点,介绍了人脑连接组和复杂网络理论的基本概念,并且回顾了近年来人脑结构和功能连接组的研究成果,并指出了该领域中存在的问题及未来的研究方向.