21世紀(jì)最具挑戰(zhàn)性的前沿科學(xué)問(wèn)題，
誰(shuí)揭開(kāi)大腦運(yùn)作的神秘面紗，
誰(shuí)就在重大腦疾病防治和
全球智能產(chǎn)業(yè)革命中搶占了先機(jī)。
利用磁共振成像技術(shù)觀察大腦內(nèi)部結(jié)構(gòu)，
是當(dāng)前腦科學(xué)研究的主流技術(shù)。
2015年6月，復(fù)旦大學(xué)張江校區(qū)
類腦人工智能科學(xué)與技術(shù)研究院成立之初，
就瞄準(zhǔn)科研平臺(tái)高、學(xué)科綜合交叉、
科研隊(duì)伍強(qiáng)、國(guó)際化水平高的特色，
通過(guò)數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)、
信息、生命科學(xué)等多學(xué)科交叉，
開(kāi)展大腦認(rèn)知機(jī)制解析、神經(jīng)形態(tài)仿真、
類腦智能算法等原創(chuàng)性基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究。
近日，咖啡師實(shí)地走訪了研究院重要平臺(tái)之一
張江國(guó)際腦影像中心。
首先映入眼簾的，
是建筑中部下沉庭院，
和從中升起的“大傘”，
“傘”縱橫交錯(cuò)的紋理，
像是大腦的紋路，
又恰似一棵生根發(fā)展的大樹(shù)。
走進(jìn)位于地下一層的磁共振室，只見(jiàn)五臺(tái)世界上最先進(jìn)的磁共振掃描儀正在工作，研究人員介紹：
“
這是亞洲唯一、世界第四臺(tái)3T腦連接磁共振，可以清晰展示人腦的白質(zhì)連接；這是亞洲第一臺(tái)可以用于病人掃描的7T磁共振，人腦內(nèi)部最細(xì)微的血管，均一覽無(wú)遺……
”
通過(guò)一次次實(shí)驗(yàn)，
人腦的一個(gè)個(gè)功能被挖掘出來(lái)
據(jù)類腦院院長(zhǎng)馮建峰教授介紹，為打造實(shí)現(xiàn)重大科技創(chuàng)新成果的國(guó)之重器、國(guó)之利器，2016年上海市政府和復(fù)旦大學(xué)牢牢把握時(shí)代脈搏，投入4億資金支持共建復(fù)旦張江國(guó)際腦影像中心，努力打造世界上最先進(jìn)、亞洲規(guī)模最大的高端科研型影像研究平臺(tái)。2018年又啟動(dòng)了張江國(guó)際腦庫(kù)重大實(shí)驗(yàn)技術(shù)平臺(tái)的建設(shè)，同時(shí)建有國(guó)內(nèi)第一個(gè)與牛津大學(xué)、劍橋大學(xué)聯(lián)合建設(shè)的“計(jì)算神經(jīng)科學(xué)與類腦智能”111創(chuàng)新引智基地和教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等3個(gè)省部級(jí)平臺(tái)。
正是通過(guò)建設(shè)這樣一批戰(zhàn)略性基礎(chǔ)性工程，筑巢引鳳，類腦院把吸引、聚集和培養(yǎng)國(guó)際一流人才作為重要任務(wù)。4年來(lái)，建設(shè)了包括4名海外院士、9位海外特聘教授在內(nèi)的國(guó)際化人才梯隊(duì)。
不斷注入的源頭活水，
為類腦院在腦疾病及認(rèn)知機(jī)理、
類腦智能算法等方面
取得了豐碩的科研成果。
《睡眠時(shí)長(zhǎng)與認(rèn)知、心理健康以及腦結(jié)構(gòu)的關(guān)系》論文揭示，睡眠時(shí)長(zhǎng)較長(zhǎng)的兒童在認(rèn)知能力與心理健康方面總體要比睡眠時(shí)長(zhǎng)較短的兒童好。另一項(xiàng)研究則指出，早期越嚴(yán)重的多動(dòng)癥癥狀將引發(fā)后期的睡眠問(wèn)題。
上述研究，皆源于研究人員的努力：破解大腦奧秘。比如，研究發(fā)現(xiàn)，人腦前額葉和枕葉區(qū)的灰質(zhì)體積越小，多動(dòng)癥的癥狀越嚴(yán)重。馮建峰進(jìn)而解析，人們的許多生理行為均與大腦有關(guān)，通過(guò)大腦的懲罰與獎(jiǎng)賞機(jī)制，可以尋找出根源所在。他說(shuō)：“這不僅是醫(yī)療領(lǐng)域的突破，更重要的意義在于，它為實(shí)現(xiàn)人工智能的‘自我思考’奠定基礎(chǔ)。”
比如，“吸煙有害健康”“小酒怡情、大酒傷身”“一醉解千愁”，此類俗語(yǔ)在現(xiàn)代社會(huì)早已耳熟能詳。然而，香煙與酒精究竟如何影響人的大腦和健康？馮建峰團(tuán)隊(duì)的研究結(jié)果表明，吸煙人群的腦功能連接呈現(xiàn)整體減弱的趨勢(shì)，主要涉及外側(cè)眶額皮層、額下回以及楔前葉等腦區(qū)；而飲酒人群的腦功能連接呈現(xiàn)整體增強(qiáng)的趨勢(shì)，主要涉及內(nèi)側(cè)眶額皮層、扣帶回皮質(zhì)等腦區(qū)。研究發(fā)現(xiàn)吸煙組對(duì)腦懲罰功能的敏感性降低，而飲酒組對(duì)腦獎(jiǎng)賞功能的敏感性升高。無(wú)論是對(duì)懲罰失敏，還是對(duì)獎(jiǎng)賞過(guò)于興奮都會(huì)導(dǎo)致人對(duì)某種物質(zhì)的依賴。
抑郁癥何以通常伴有睡眠問(wèn)題？在這里也得以破解。研究結(jié)果顯示，外側(cè)眶額皮層、楔葉以及背側(cè)前額葉皮層等腦區(qū)共同構(gòu)成抑郁問(wèn)題與睡眠質(zhì)量關(guān)系的腦神經(jīng)環(huán)路基礎(chǔ)。這一研究首次發(fā)現(xiàn)了抑郁癥與睡眠問(wèn)題的共病病理機(jī)制，有望為改善大眾尤其是抑郁癥患者睡眠質(zhì)量問(wèn)題，甚至治療抑郁癥帶來(lái)革命性突破。
甚至是“解夢(mèng)”這種玄而又玄的東西，也可以通過(guò)科技來(lái)還原夢(mèng)中的場(chǎng)景?？蒲腥藛T為咖啡師現(xiàn)場(chǎng)模擬，果然如此。當(dāng)至于7T磁共振內(nèi)的被試者進(jìn)入睡眠狀態(tài)時(shí)，采集被試腦部功能磁共振信號(hào)，對(duì)信號(hào)解碼可以還原出被試夢(mèng)中的事物。比如夢(mèng)中出現(xiàn)一條河流，人腦中就會(huì)出現(xiàn)與河流相關(guān)的信息，就有河流的編碼。當(dāng)所有的編碼合成一起，就有一幅完整的夢(mèng)中場(chǎng)景。
咖啡師在這個(gè)實(shí)驗(yàn)室還發(fā)現(xiàn)一些產(chǎn)業(yè)應(yīng)用成果方面的展示，與國(guó)家電網(wǎng)合作研發(fā)的智能電網(wǎng)系列機(jī)器人、與上汽合作研發(fā)智能物流規(guī)劃管理系統(tǒng)，以及與一汽集團(tuán)成立人工智能聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室的相關(guān)展示。
其中一項(xiàng)步態(tài)識(shí)別的算法展示吸引了咖啡師的注意力，人臉識(shí)別眾所周知，應(yīng)用日益廣泛，但人臉識(shí)別存在誤差率，而人的行走姿式受大腦控制，各不相同，如指紋一般準(zhǔn)確。這項(xiàng)應(yīng)用技術(shù)占領(lǐng)了身份識(shí)別的國(guó)際制高點(diǎn)。
馮建峰介紹：
“
現(xiàn)在的人工智能，仍停滯于機(jī)器概念。也就是機(jī)器人所擁有本領(lǐng)，都是人們賦予的。很快，我們要破解更多大腦的秘密，讓人工智能自己思考。
