世界脑计划研究报告暨互联网大脑计划建议

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1、世界脑计划研究报告暨互联网大脑计划建议一. 前言大脑是人体中最复杂的部分，也是宇宙中已知的最复杂的组织结构。多年来，人类对脑奥秘的探究从未停止。21 世纪被称为“生命科学、脑科学的百年”或“脑研究世纪”。本世以来，世界各国纷纷开展新的脑计划， 2005 年，瑞士科学家启动蓝脑计划，2013 年 4 月，美国宣布启动“脑计划”路线图，2013 年，欧盟委员会宣布将“人脑工程”列入“未来新兴技术旗舰计划”。此外，日本、德国、英国、瑞士等国也都先后推出本国的脑科学研究计划。在我国，脑科学研究已被列为“事关我国未来发展的重大科技项目”之一，上海市政府已将脑科学列为市重大科技项目，2015 年 3 月上

2、海成立“脑科学协同创新中心”，推进脑科学研究和转化应用，2015年 9 月 1 日，北京市科委召开的“脑科学研究 ”专项工作启动会，宣布北京市重点开展脑科学的研究工作。虽然当前各国脑计划如火如荼开展，但质疑的声音也日益强烈。2014 年，200 多名神经学领域科学家宣称将要抵制欧盟的人脑计划，这其中最主要的问题是脑科学研究两个方向中，还原论方向发达，整体论方向欠缺，导致脑科学研究只见树叶不见森林的困境一直无法得到突破。正如美国哥伦比亚大学神经学家拉斐尔尤斯特所说：“这是因为缺少一个脑科学的统一框架。”上世纪诞生的互联网对人类社会的影响越来越大，种种迹象表明互联网与脑科学具有紧密的关系。从 20

3、05 年开始，相关研究提出“互联网将向着与人类大脑高度相似的方向进化，互联网将具备自己的视觉、听觉、触觉、运动神经系统，也会拥有自己的记忆神经系统、中枢神经系统、自主神经系统。另一方面，人脑至少在数万年以前就已经进化出所有的互联网功能，不断发展的互联网将帮助神经学科学家揭开大脑的秘密。“虽然美国等发达国家在脑科学某些领域已经走在前面，但在新世纪新的科技背景下，互联网，人工智能与脑科学领域的结合，中国完全有可能通过另辟蹊径，实现弯道超车，不但在脑科学领域，在互联网领域，人工智能领域，科技哲学领域，进化论领域，中国传统文化与新科技接合，等方面都可以得到深入研究并取得相关成果。因此，我们建议互联网大

4、脑计划，其特点可以归纳为：“三个支点，两个目标，一个基础“。三个支点是以互联网，人工智能，脑科学三个领域作为支点进行跨学科交叉研究。两个目标是 1）利用脑科学已有的研究成果预测互联网和人工智能未来发展趋势；2）利用互联网作为研究大脑的参照系，为揭开神经学科学难题建立一条新的科学路径；一个基础是以形成中国原创的互联网神经学学科作为未来大脑计划的基础目标。在具体实施路径上，我们建议充分利用互联网网络社群讨论，智力众包，网络新媒体科技论文传播等科研创新模式，以青年科学家为主要攻坚力量，面向世界科研人员建立”互联网大脑计划云研究平台，力争用 5 到 10 年时间，使得中国科学在互联网，脑科学，人工智能

5、交叉领域占领科学制高点。二、世界各国大脑计划现状综述在 自 然 科 学 领 域 ， 大 脑 之 谜 是 和 宇 宙 之 谜 等 量 齐 观 的 科 学 难 题 。自 从 有 历 史 记 录 以 来 ， 无 论 是 东 方 还 是 西 方 ， 大 脑 和 神 志（ mind） 的 关 系 就 一 直 被 人 类 关 注 和 思 索 。 人 类 对 脑 的 认 识 从 不 断的 观 察 、 思 考 、 辩 论 、 试 错 、 纠 正 中 得 到 提 高 ， 最 后 演 变 成 现 代 的神 经 科 学 。经 过 数 千 年 研 究 和 发 展 ， 到 21 世 纪 ， 一 个 具 有 无 限 生

6、命 力 的 神经 科 学 形 成 了 ， 它 囊 括 许 多 有 关 学 科 ， 包 括 神 经 生 理 学 、 神 经 解 剖学 、 神 经 组 织 学 与 组 织 化 学 、 神 经 超 显 微 结 构 学 、 神 经 化 学 、 神 经免 疫 学 、 神 经 病 学 、 精 神 病 学 、 脑 肿 瘤 学 、 脑 诊 断 学 以 及 神 经 行 为学 和 生 理 心 理 学 等 等 。 神 经 科 学 已 成 为 当 代 科 学 发 展 的 最 前 沿 ， 新技 术 ， 新 发 现 层 出 不 穷 ， 日 新 月 异 。 随 着 20 世 纪 新 技 术 的 出 现 ，特 别 是 计 算

7、 机 ， 信 息 学 ， 人 工 智 能 的 出 现 ， 脑 科 学 研 究 也 正 在 出 现新 的 研 究 浪 潮 。2005 年 ， 瑞 士 洛 桑 理 工 学 院 的 科 学 家 亨 利 马 卡 兰 提 出 蓝 脑 计划 ， 希 望 在 2015 年 制 造 出 “人 造 大 脑 ”， 以 达 到 治 疗 阿 尔 茨 海 默氏 症 和 帕 金 森 氏 症 的 目 的 。 他 的 想 法 是 “拆 除 之 后 再 重 建 ”哺 乳 类动 物 的 大 脑 ， 计 划 将 分 为 几 个 阶 段 2008 年 先 用 啮 齿 动 物 做 实 验 ，2011 年 后 将 试 图 组 装 一 个

8、 猫 的 大 脑 ， 在 2015 年 正 式 组 装 人 类 大脑 之 前 可 能 还 会 制 造 猕 猴 的 大 脑 。2013 年 4 月 ， 美 国 宣 布 启 动 “脑 计 划 ”； 2014 年 6 月 ， 美 国国 立 卫 生 研 究 院 发 布 “脑 计 划 ”路 线 图 ， 详 细 阐 述 了 脑 科 学 计 划 的研 究 目 标 、 重 点 领 域 、 实 施 方 案 、 具 体 成 果 、 时 间 与 经 费 估 算 等 ，提 出 将 重 点 资 助 9 个 大 脑 研 究 领 域 ： 统 计 大 脑 细 胞 类 型 ， 建 立 大 脑结 构 图 ， 开 发 大 规 模

9、神 经 网 络 记 录 技 术 ， 开 发 操 作 神 经 回 路 的 工 具 ，了 解 神 经 细 胞 与 个 体 行 为 之 间 的 联 系 ， 整 合 神 经 科 学 实 验 与 理 论 、模 型 、 统 计 学 等 ， 描 述 人 类 大 脑 成 像 技 术 的 机 制 ， 为 科 学 研 究 建 立收 集 人 类 数 据 的 机 制 ， 知 识 传 播 与 培 训 。 2014 年 8 月 ， 美 国 国 家科 学 基 金 会 宣 布 ， 将 资 助 36 项 脑 科 学 相 关 项 目 ， 涉 及 实 时 全 脑 成像 、 新 的 神 经 网 络 理 论 以 及 下 一 代 光 遗

10、 传 学 技 术 等 。 美 国 国 防 高 级研 究 计 划 局 （ DARPA） 近 年 来 启 动 了 数 十 项 旨 在 提 高 对 大 脑 动 态 和机 制 的 了 解 、 推 进 相 关 技 术 应 用 的 项 目 ， 包 括 可 靠 神 经 接 口 技 术 项目 、 革 命 性 假 肢 、 恢 复 编 码 存 储 器 集 成 神 经 装 置 、 重 组 和 加 速 伤 势恢 复 项 目 、 将 模 拟 大 脑 用 于 复 杂 信 号 处 理 和 数 据 分 析 项 目 等 。2013 年 ， 欧 盟 委 员 会 宣 布 将 “人 脑 工 程 ”列 入 “未 来 新 兴 技 术旗

11、舰 计 划 ”， 力 图 集 合 多 方 力 量 ， 为 基 于 信 息 通 信 技 术 的 新 型 脑 研究 模 式 奠 定 基 础 ， 加 速 脑 科 学 研 究 成 果 转 化 。 该 计 划 被 认 为 是 目 前世 界 最 先 进 的 脑 科 学 大 型 研 究 计 划 ， 由 瑞 士 洛 桑 理 工 学 院 统 筹 协 调 ，欧 盟 130 家 有 关 科 研 机 构 组 成 ， 预 算 12 亿 欧 元 ， 预 期 研 究 期 限10 年 ， 旨 在 深 入 研 究 和 理 解 人 类 大 脑 的 运 作 机 理 ， 在 大 量 科 研 数 据和 知 识 积 累 的 基 础 上

12、， 开 发 出 新 的 前 沿 医 学 和 信 息 技 术 。 该 计 划 首先 利 用 30 个 月 的 时 间 ， 建 设 涉 及 神 经 信 息 学 、 大 脑 模 拟 、 高 性 能 计算 、 医 学 信 息 学 、 神 经 形 态 计 算 和 神 经 机 器 人 等 6 座 大 型 试 验 与 科研 基 础 设 施 。 这 些 设 施 将 对 全 球 科 技 人 员 开 放 ， 邀 请 世 界 顶 尖 科 学家 参 与 研 究 。日 本 大 脑 研 究 计 划 Brain/MINDS (Brain Mapping by Integrated Neurotechnologies for

13、 Disease Studies)主 要 是 通过 对 狨 猴 大 脑 的 研 究 来 加 快 人 类 大 脑 疾 病 ， 如 老 年 性 痴 呆 和 精 神 分裂 症 的 研 究 。 9 月 11 日 ， 日 本 科 学 省 宣 布 了 大 脑 研 究 计 划 的 首 席 科学 家 和 组 织 模 式 。 日 本 大 脑 研 究 计 划 第 一 年 将 投 入 30 亿 日 元（ 2700 万 美 元 ） ， 第 二 年 可 能 增 加 到 40 亿 日 元 ， 相 对 于 美 国 和 欧洲 的 10 亿 美 元 以 上 规 模 大 脑 研 究 计 划 ， 日 本 的 计 划 就 好 象 是

14、 小 弟弟 。 但 是 ， 日 本 的 大 脑 研 究 计 划 主 要 利 用 狨 猴 这 种 更 接 近 人 类 的 灵长 类 动 物 ， 能 弥 补 用 鼠 类 研 究 经 常 不 同 于 人 类 的 缺 陷 ， 尤 其 是 在 疾病 研 究 方 面 。另 一 方 面 世 界 级 互 联 网 企 业 也 推 出 自 己 的 人 工 智 能 大 脑 计 划 ，2011 年 以 来 ， GoogleX 实 验 室 实 施 了 “谷 歌 大 脑 ”工 程 ， 通 过1.6 万 片 CPU 核 构 建 了 一 个 庞 大 的 系 统 ， 用 于 模 拟 人 类 的 大 脑 神 经网 络 ， 通 过

15、 深 度 学 习 等 神 经 网 络 技 术 和 观 看 YouTube 视 频 等 方 式 ，不 断 学 习 识 别 人 脸 、 猫 脸 以 及 其 他 事 物 。2014 开 始 ， 包 括 百 度 ， 讯 飞 ， 爱 奇 艺 ， 也 推 出 各 自 的 人 工 智 能脑 计 划 ， 希 望 利 用 深 度 学 习 与 大 数 据 结 合 发 展 互 联 网 中 的 人 工 智 能应 用 。2014 年 5 月，百度宣布引进前“谷歌大脑之父 ”吴恩达，任命其为百度首席科学家，全面负责“百度大脑”计划。“百度大脑”将融合“深度学习”算法、数据建模、大规模 GPU 并行化平台等技术。李彦宏对外

16、披露，如果继续发展十年、二十年，这样一个大脑很有可能就会比人脑还要聪明。而将来有一天，也许技术会发展到可以把一个芯片移植到人脑中，“你想知道什么的时候你不需要动作也不需要动手，当你想到的时候它就可以告诉你，展现给你，在你的脑子里就已经呈现了。科大讯飞在 2014 年 8 月 20 日召开的的智能家庭产品发布会上宣布启动“讯飞超脑”计划，董事长刘庆峰表示，在实现了让机器能听会说之后，科大讯飞的梦想升级成了让机器能理解会思考。“讯飞超脑计划”目标就是要实现一个真正的中文的认知智能计算引擎。并且，它的知识不是人类灌输的，而是自己通过不断学习获得的。目前，“讯飞超脑计划”也已经拥有了一支包括加拿大约克大学、哈尔滨工业大学、清华大学、中国科学技术大学等高校专家在内的研发队伍。2014 年 6 月，爱奇艺在全球范围内率先建立起首个基于视频数据理解人类行为的视频大脑 爱奇艺大脑，围绕视频的整个生命周期进行多维度的数据存储、分析、挖掘，让机器能够理解视频的内容，帮助人们制作，生产，运营，消费视频。爱奇艺大脑正在通过对视频的认知，显著