小白鼠在聽(tīng)音樂(lè)時(shí)，大腦活動(dòng)是什么樣的？在17日舉辦的以“大數(shù)據(jù)應(yīng)用與創(chuàng)新”為主題的中國(guó)科技傳播論壇上，音樂(lè)響起，大屏幕中清醒小白鼠在聽(tīng)音樂(lè)時(shí)的全腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)清晰展現(xiàn)：閃爍的鈣成像信號(hào)不僅呈現(xiàn)了單神經(jīng)元活動(dòng)，也蘊(yùn)含了跨腦區(qū)的信息傳遞、變換信息。
清華大學(xué)自動(dòng)化系教授、中國(guó)工程院院士戴瓊海介紹，隨著卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和深度學(xué)習(xí)的快速發(fā)展，人工智能的發(fā)展態(tài)勢(shì)已經(jīng)超越了預(yù)期，但人工智能距離人的智能尚有難以逾越的差距，只有通過(guò)建立腦科學(xué)與人工智能的橋梁，才能產(chǎn)生質(zhì)的飛躍。
“我們現(xiàn)在還不知道上百億的神經(jīng)元如何進(jìn)行有效的信息處理。”戴瓊海說(shuō)，人工智能和腦科學(xué)的發(fā)展至今無(wú)法關(guān)聯(lián)。通過(guò)研制介觀尺度觀測(cè)技術(shù)和儀器，探索大腦神經(jīng)元結(jié)構(gòu)與功能統(tǒng)一的感知與計(jì)算機(jī)制，建立大腦的動(dòng)態(tài)連接圖，把神經(jīng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)與理論、模型、統(tǒng)計(jì)學(xué)等進(jìn)行有效整合，是科學(xué)家們亟待研究的重要課題。
戴瓊海說(shuō)，腦科學(xué)要作用于人工智能，首先要進(jìn)行腦成像研究，建立起大腦神經(jīng)元的動(dòng)態(tài)連接圖。通過(guò)計(jì)算成像獲取海量神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)功能整合數(shù)據(jù)，將神經(jīng)科學(xué)和數(shù)據(jù)科學(xué)相結(jié)合，揭示大腦的認(rèn)知模型，從而推動(dòng)人工智能的跨越式發(fā)展。
“大腦皮層有上百億個(gè)神經(jīng)元，每個(gè)神經(jīng)元又包含千余個(gè)信息收發(fā)分支，迫切需要寬視場(chǎng)高分辨率的動(dòng)態(tài)觀測(cè)技術(shù)和儀器，而高分辨率和寬視場(chǎng)之間存在著固有矛盾。”戴瓊海指出了當(dāng)前顯微成像的核心難題。
“看得大了，就看不清十微米尺度的神經(jīng)元；看得細(xì)了，就看不全厘米尺度的小鼠全腦；看得慢了，就無(wú)法捕獲神經(jīng)元間的動(dòng)態(tài)信息收發(fā)過(guò)程。”戴瓊海介紹，此外，目前國(guó)際上已報(bào)道的神經(jīng)成像技術(shù)均具有較低的數(shù)據(jù)通量，無(wú)法進(jìn)行介觀尺度下高分辨率信息的高速獲取。換言之，即使看得大了、細(xì)了，還需要把海量信息采集、記錄下來(lái)。
戴瓊海介紹，目前我國(guó)的“多維多尺度高分辨率計(jì)算攝像儀器”研制已取得了階段性成果。自主研發(fā)的寬視場(chǎng)高分辨計(jì)算攝像儀器從理論創(chuàng)新、技術(shù)突破、工程實(shí)踐三個(gè)層面率先突破了傳統(tǒng)顯微成像中大視場(chǎng)與高分辨率之間的固有矛盾和低數(shù)據(jù)通量的瓶頸制約難題，實(shí)現(xiàn)了兼顧“全局形態(tài)”和“細(xì)節(jié)特征”的多尺度觀測(cè)。
目前，該儀器已成功應(yīng)用于腦科學(xué)及腫瘤學(xué)等生物醫(yī)學(xué)研究，在國(guó)際上首次進(jìn)行了清醒動(dòng)物中全腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的單細(xì)胞分辨率功能成像、神經(jīng)—血管耦合機(jī)制下結(jié)構(gòu)信息與功能信息的統(tǒng)一觀測(cè)、腦組織的免疫保護(hù)機(jī)理研究與心血管藥物的在體篩選等多項(xiàng)突破性實(shí)驗(yàn)。
