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人工智能各国战略解读系列之《欧盟人脑计划》

2019-06-18 13:39

大脑对人类而言不再是一个未知的领域,对大脑的探索可以说是21世纪最重要也是最具挑战的课题。人类大脑,是一个功能结构极其复杂的庞大系统。为了解决千百年来人类对大脑的认知黑洞,多个国家相继提出了“脑计划”。其中欧盟于2013年提出了人脑计划(Human Brain Project,HBP),该计划项目为期10年,欧盟和参与国将提供近12亿欧元经费,使其成为了全球范围内最重要的人类大脑研究项目。该计划旨在通过计算机技术模拟大脑,建立一套全新的、革命性的生成、分析、整合、模拟数据的信息通信技术平台,以促进相应研究成果的应用性转化。

研究者在之前对大脑研究的过程中发现,最大的研究障碍是各项大脑研究工作及所产生数据的碎片化问题。具体来说,研究者迫切需要将这些神经认知学领域的碎片化研究数据进行整合,以更好的展示出大脑众多区域是如何组合并形成统一的、多层次的功能结构体系。即利用技术手段描绘人脑活动图谱,以探索大脑工作机制。现阶段,生物学和信息通信技术的不断融合给研究者们突破这一障碍带来了曙光。基因测序和成像技术、显微镜观测技术的出现,改变了传统的观测大脑的方式。借助互联网和云计算,散布在世界各地的研究机构和医疗机构的大脑研究数据将有机会进行统一整合。同时,神经信息学所采用的数据分析方法,有助于构建大脑图谱并进行共享,鉴别我们各自的知识缺陷和盲点,并在实验数据缺失时通过技术手段对参数值进行预测。而对于大脑庞大且复杂的生理细节,超级计算的出现也使得建立和模拟各种大脑模型成为可能。这些更为先进的计算技术将为全新理解大脑结构和功能之间的关系开辟道路。

二、计划主要内容

1.研究基础

人脑计划的实施需以四点作为支撑。一是数据,采集筛选过的、必要的战略数据来绘制人脑图谱并设计人脑模型,同时吸引项目外的研究机构贡献数据。二是理论,定义数学模型,解释不同大脑组织层级与它们在实现信息获取、信息描述和信息储存功能之间的内在关系。三是ICT平台,建立一套综合的ICT平台系统,为神经认知学家、临床研究者和技术开发者提供服务以提高研究效率。四是应用,开发初级模型,人脑计划应为神经认知学基础研究、临床医学和计算技术领域带来实用价值。

2.研究领域

人脑计划的主要研究领域可以大致划分为三大类:未来神经科学、未来医学、未来计算。旗下涵盖13个子项目,其中包括老鼠大脑战略性数据、人脑战略性数据、认知行为架构、理论型神经科学、神经信息学、大脑模拟仿真、高性能计算平台、医学信息学、神经形态计算平台、神经机器人平台、模拟应用、社会伦理研究和人脑计划项目管理。

3.项目阶段

人脑计划将持续十年,分为三个重要阶段。(1)最初两年半(2013年10月至2016年3月)为快速启动阶段,人脑计划将专注于信息与通信技术平台初始版本的建立,并为该平台收集筛选过的战略数据。(2)接下来四年半(2016年4月至2018年8月)为计划的运作阶段,会进一步加强数据的收集以及平台新功能的补充,同时也会积极展示该ICT平台在对人脑的基础研究、医疗应用和未来计算技术方面所带来的成果。(3)最后三年为稳定阶段,项目会继续上个阶段的工作并将人脑计划发展成为脑科学研究领域的永久性资产。

目前,欧盟人脑计划快速启动阶段顺利完成,并正式进入运作阶段。在快速启动阶段,人脑计划完成了6个信息平台的搭建工作,这6个平台包括神经信息学系统,用于录入、搜索和分析神经科学数据;脑仿真系统,用于重构和模拟大脑;高性能计算系统,通过计算和存储设备运行复杂的大型模拟及分析数据;医学信息系统,用于搜索真实的病例数据,以比较脑疾病间的相似性和差异;神经形态计算系统,通过计算机系统模拟大脑微电路和大脑学习的运行模式;神经机器人系统,通过将不同的虚拟大脑模型连接至机器人,从而在环境中进行测试。此外,快速启动阶段取得了多项研究成果,如鼠脑感官知觉和运动指令皮层微电路的数字化;在法国巴黎成立欧洲理论神经科学研究所;建成基于网络的人脑计划合作实验室。

三、经验和启示

在未来发展中,欧洲脑科学家希望在2024年计划最终阶段,设计出能够模拟人脑运作原理的超级计算机。欧盟人脑计划在设计之初即着眼长远,重视计划的应用前景和战略意义,将脑科学的研究数据与相关产业相结合,以期保持欧洲在全球经济竞争领先地位。从启示来看,主要包括三个方面:

一是改革管理体系,保障计划有效运作。人脑计划的开展并非一帆风顺,2014年,150多名神经学领域科学家宣称将要抵制欧盟的人脑计划,指出构建这种超大规模的大脑模拟模型是根本不成熟的,完全是在浪费宝贵的神经科学研究经费,要求对计划的科学内容和管理两方面进行严格评估。对此,经过多次协商,今年6月,欧盟人脑计划的管理机构进行了大幅改革,新引入“利益相关方委员会”“科学与基础委员会”“理事会”等三个管理机构,以化解此前的信任危机,重塑各界对计划的信心,从管理体系方面为计划进入运作阶段做好准备,此举也让人脑计划更加透明。

二是人工智能不会威胁人类。很多人担心随着对人脑计划研究的推进,当人类破译了大脑的奥秘时,人工智能便会达到人类水平继而超越甚至威胁到人类。对此,欧盟人脑计划神经形态计算项目负责人蒂夫·菲布尔指出,以基本的物理参量为基础的人工智能不会被随意设置放大至让机器模仿甚至超越人类的地步。其次,当前的研究水平还未能达到完全理解人类智慧的境界,这也是为什么我们还在不断对人脑进行研究。

三是人脑计划将会为欧盟带来巨大的经济和社会效益。对大脑的研究,即使很小的发现和改进,都会产生巨大的经济和社会效益。通过对数据的整合和模拟,对人脑结构和功能的进一步理解,有助于提出最新的大脑疾病和创新治疗方案,例如加强脑科学研究将有助于帕金森氏症、阿尔茨海默氏症等脑部疾病的诊断和治疗,以提高欧洲制药产业在全球脑部疾病新药领域的优势。此外,欧盟将在未来有能力决定计算机技术的发展方向,为物联网和人工智能领域带来更多的可能性,从而在信息技术和相关领域赢得强大的竞争优势。脑科学研究属于具有高科技附加值的项目,可以预见到对脑科学的研究将变革未来的产业布局,必将带动以此为基础相关产业的发展,产生巨大的经济效益。

作者简介:杨婕,中国信息通信研究院互联网法律研究中心助理研究员

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