從腦科學、人工智能到應用

腦科學和人工智能是全球科學技術發(fā)展的戰(zhàn)略制高點。近年來，隨著大數據、5G互聯網、超級計算、智能信息科學等新理論新技術的快速發(fā)展，受神經生物學啟發(fā)的深度神經網絡等機器學習算法迅速崛起，催生了人工智能在智能診療、智能機器人、智能制造等領域的成功應用，為戰(zhàn)略性新興產業(yè)帶來巨大的發(fā)展機遇，成為助力全球產業(yè)發(fā)展和升級的爆發(fā)點和增長點。

大腦是一個復雜隨機的動力系統，具有不同時空尺度上的非線性作用和反饋機制。當前人工智能的研究已經借鑒大腦的感覺信息處理等功能發(fā)展了深度學習、膠囊學習等前沿算法和理論。如何借鑒生物智能實現人工智能的突破，使得人工智能和生物大腦一樣在面臨新環(huán)境時具備高度的可塑性、創(chuàng)造性、適應性、靈活性和自學習等能力，我們仍然面臨巨大挑戰(zhàn)。

復旦大學建立了類腦智能科學與技術研究院，這是一個交叉學科合作研究平臺，研究團隊包括數學、計算機科學、大數據、認知神經科學、臨床神經科學等多學科的科學家，通過交叉學科合作來開展大腦機制解析、類腦智能理論與算法、腦疾病智能診療等原創(chuàng)性基礎研究和應用轉化研發(fā)。此外，還建立了復旦大學張江國際腦影像中心和復旦大學張江國際腦庫的國際化科研平臺。張江國際腦影像中心擁有從3T、7T到11.4T核磁共振等腦影像研究設備以及腦電圖、腦磁圖等腦波研究設備，張江國際腦庫不僅有英國生物樣本庫（Biobank）、美國人腦連接組計劃（Human Connection Project，HCP）等國際腦數據庫，還有我國人群的精神分裂、抑郁癥、腦卒中、阿爾茨海默病、自閉癥等腦疾病的數據庫，涵蓋基因、神經生理、影像、行為和環(huán)境等多維度數據。

這樣的跨學科研究平臺支撐了國內、國際多領域的科研合作，獲批了計算神經科學與類腦智能學科創(chuàng)新引智基地（“111”基地），吸引了諾貝爾獎獲得者Michael Levitt教授、英國皇家學會會士Trevor Robbins教授等國際一流科學家，與劍橋大學、牛津大學、哈佛大學、悉尼大學等國際一流高校建立了廣泛的國際合作網絡，也正在拓展與日本、中國香港、韓國等國家和地區(qū)高校的合作。

跨領域交叉學科合作幫助我們在多個研究方向上取得了突破。在腦數據分析方面構造了腦網絡動態(tài)圖譜；發(fā)展了數學統計中關聯分析與因果推斷的理論體系和生物醫(yī)學大數據的統計建模方法，實現了神經環(huán)路的精準定位與動態(tài)刻畫；發(fā)展了基于左右腦高低頻神經信息處理機制的類腦人工智能算法。我們正在與中科院神經所和計算所合作推動建立從腦科學、全腦計算到類腦智能的多學科融合發(fā)展路徑。

人類大腦包含864億個神經元，如何深入挖掘不同時空尺度下神經元到腦區(qū)的網絡結構是我們理解大腦工作原理的關鍵。腦科學研究已經進入到實驗、數據和計算相融合的新研究范式階段，計算腦科學與類腦智能研究正在為我們模擬大腦，窺探如宇宙一樣復雜的大腦“星圖”拉開序幕。