专访 | 蒲慕明院士:未来人工智能进一步发展需从脑科学得到启发
2019/04/29
中国科学院神经科学研究所所长蒲慕明院士是著名神经生物学家,领导的中科院神经所团队成功克隆出猕猴,实现了世界上首例灵长类动物的体细胞克隆,为探索大脑高级认知功能及脑疾病治疗带来全新方法。他还致力于推动中国脑计划,立志揭开大脑这一“内部宇宙”的神秘面纱,并让未来的人工智能拥有人类认知。


人类思维的物质载体是大脑,组成人脑的神经细胞数量上千亿;而作为神经细胞连接点的“突触”数量,又是神经细胞的1000倍,总数达10的14次方。正是这些神经环路和网络,使人类得以产生感觉、形成意识,拥有思维、记忆和认知能力。而当下,人类对于大脑的认知还相当有限。

近几年,全世界掀起脑科学的浪潮,这个浪潮在欧美、日本都引发了国家性的脑科学计划。我们中国科学家在过去几年中也做了很大的努力——积极推动中国脑计划的启动,中国科学院神经科学研究所所长蒲慕明院士就是其中一位。

近日,在冷泉港亚洲举办的2019-弗朗西斯?克里克系列会- 变革中的神经科学的现场,生物探索有幸采访到了蒲慕明院士。他说道,“从2013年起,世界各国包括从欧盟开始到美国、日本,都启动了大型的脑科学计划。我们中国也很早就开始讨论要有一个全国性的大型脑计划,现在看来中国脑计划有望在今年内启动?!?/p>

中国脑计划

中国脑计划相比其他几家国家的脑计划会有所差别。蒲慕明院士指出,“我们是比较广谱的、聚焦多方面,包括脑科学现在一些基本的问题、脑疾病的诊断治疗、脑启发的人工智能。这三个领域都在脑计划范围之内,而且这个脑计划是配合中国中长期科学的战略规划,计划是到2035年?!?/p>

蒲慕明院士具体介绍道,前5年计划,中国脑计划主要是聚焦在基础研究方面,包括在认知的神经环路,与认知相关的很多疾病,如老年痴呆症、抑郁症、孤独症等都是将来脑计划重点要研究的对象。另外就是和认知直接相关的人工智能。人工智能现在非常强大,在一些单一功能方面比人类要强的多。但是目前人工智能的现状还是依赖于大数据跟强大的计算能力。相比之下,我们的大脑非常有效率,它利用相当于20瓦特电力的能量,能够做各种复杂的任务,是通用的智能。未来,人工智能要学习人脑,在计算方法、机器学习的框架和模型上做大幅的改进,从而设计地更加节能有效,进而在小数据面前也能够做出决策。将来,全世界的脑计划都会朝着这一长远的目标来发展。蒲慕明院士希望,通过中国脑计划的设计,我国能够在重要的前沿领域有一席之地。

挑战机遇并存

中国脑计划从讨论到最终真正地落地,耗时之久周期之长,蒲慕明院士深有体会。他坦言,“我们研究的队伍体量并不是很大,而且研究力量是分散的。比如说,我们有很大的优势是病人资源,全国各个大医院中心、临床中心都有很多病例和数据样本,但是这些没有做成全国统一的数据标准,只有做到标准的统一化,才能真正发挥我们的优势。所以脑计划最大的挑战是它不是一般的科研计划,需要针对重大的问题形成团队来攻关,而且重大的问题要目标明确?!?/p>

另外,中国在非人灵长类(猴类)的研究也是世界是领先的。非人灵长类的研究重要性不言而喻。因为各种脑疾病的药物研发,现在面临的最大问题就是动物模型用的是鼠。鼠跟人还差得很远,猴类(尤其是猕猴),它的解剖结构和生理现象都跟人更相近。现在国际上药物神经系统药物研发投入几百亿美金,都没有得到很好的药物,很大的原因就是动物模型的问题。

所以,在蒲慕明院士看来,我们中国脑计划很可能在这些优势领域会有重要的贡献。

猕猴模式动物的成果

2017年11月27日,蒲慕明院士所带领的中国科学院神经科学研究所非人灵长类平台迎来一个“大惊喜”:世界首例体细胞克隆猴“中中”顺利诞生,一周后,(12月5日)第二只克隆猴“华华”也成功出世??寺『锏牡馕蹲胖泄氏冉⑵鹂捎行D馊死嗉膊〉亩锬P?。利用克隆技术,可在一年时间内,培育大批遗传背景相同的模型猴。这既能满足脑疾病和脑高级认知功能研究的迫切需要,又可广泛应用于新药测试。

蒲慕明指出,以灵长类(猕猴)作为模式动物有两个重点,一个就是它的高等认知功能?!霸谑笊厦挥械母叩热现δ?,我们可以在猕猴上研究,这有助于理解灵长类,包括人类它的高等认知功能。比如说我们有非常复杂的执行决策过程、有共情心和很复杂的社会行为,甚至我们语音交流比其他动物多得多。这些在鼠上实现比较困难,在猴上就容易地多。我们最近做了一个研究,就是把建立猕猴自我意识的模式。比如说训练猕猴能够在镜子里面认得是自己(自我意识的反应),这样我们就可以研究自我意识,进而理解比较高等认知功能的神经基础?!逼涯矫髟菏咳缡撬档?。

另外一个重点就是作为疾病的模型。比如说,人体有昼夜的节律,跟睡眠等都有关。节律的异常与很多脑疾病、代谢性疾病、肿瘤等有关。所以我们现在就敲除了猕猴节律的基因,发现它有很多症状可以反映到人的节律异常的症状,比如睡眠不正常、有焦虑、有抑郁,甚至有精神分裂的一些症状,这样猕猴就变成一个可以研究的对象。所以说,高等认知功能的神经基础和脑疾病模型的研发,这就是我们这些目前努力的方向。

当然,蒲慕明院士也提到,目前国内很多实验室都在有神经元分辨度的介观层面关心神经连接。因为医院里做的脑成像图谱,其图谱的分辨度看不到单一的神经元的神经细胞连接。若要做到观察到神经细胞的连接,必须要在介观层面达微米阶层的分辨度。

目前,介观层面脑图谱在鼠上、斑马鱼上都做得很好。蒲慕明院士团队希望能够把介观连接图谱做到猕猴的大脑,这样就跟人的大脑更靠近了。他表示,“所以我们把猕猴的介观神经连接图谱作为一个大的目标,这需要全世界相关实验室的共同合作。最终,我们希望通过这样的猕猴神经图谱的绘制,中国科学家能够推动全球国际的大科学计划,就像人类基因组计划一样。这个目标很遥远,但是这是一个可见的目标?!?/p>

未来5年脑科学蓝图

那么未来5年,脑科学会呈现怎样的蓝图?蒲慕明院士觉得,基础神经科学、脑疾病的诊断治疗、类脑人工智能等领域会有重大突破。具体来说,第一,基础神经科学包括研究认知功能的研究会有一些进展。比如大脑怎样整合神经的信息、记忆学习的环路、更高等的共情心和自我意识的环路等。第二,脑疾病的诊断治疗会有一些突破。未来五年之内,会研发出因为基因突变造成的脑疾病的动物模型,并以此研发出诊断、干预或治疗这些疾病的方法。第三,类脑人工智能会有一些成果。新型脑机接口,不应该是简单地大脑控制机器,而是机器会反馈到大脑,进而改变大脑控制的模式,还有脑网络结构和功能所启发的新一代人工智能软件和器件与系统。

给青年学者的建议

冷泉港亚洲会议十年前成立的时候,蒲慕明院士就参与了委员会并提供了建议。即便是参加了数不胜数的会议之后,他仍然觉得,冷泉港亚洲是一个很好的学术交流平台。脑科学等领域的国际上重要的专家学者都有机会通过这个会议来到国内,让国内年轻的学生、学者能够面对面与他们交流。在蒲慕明院士看来,面对面的交流,其实比看文献要重要的多,虽然现在网络很发达,但是当面交流往往几句话,就可能比读几十篇Paper还有用。

另外,他建议道,刚开始做科研的年轻科学家们一定要沉下来心来把事情做成功,这样才可以在一个领域内有所建树。不管研究问题大小,一定要坚持做下去、做成功。要是一次失败,就泄气,在做还可能会失败,如此一来,年轻人就对研究科研没有任何兴趣了。所有对科学的兴趣都不是与生俱来的,而是在探索科学的过程中,通过专注努力得到了成果,学会了沟通和解决问题的能力,这样才会越做会好。

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