脑科学“碰撞”人工智能

文/本刊记者 彭砚淼   2017-08-04 23:11:48

微软亚洲研究院副院长、美国麻省理工学院电气工程和计算机科学博士张益肇科学家们已经将“旅行者”探测器送出了太阳系,也实现了对“基因”这一生命密码的编辑。但是,人类对人体最重要的器官——大脑的了解却仍然十分有限。一方面,大脑内有860亿个神经元,结构极为复杂;另一方面,囿于技术限制,在大部分时间里,科学家都难以对大脑的活动进行精确、直观的实时观测。虽然人类已然制造出了战胜围棋选手的AlphaGo,但面对自身的大脑时却依旧如雾里看花,不甚明晰。

所幸,近10年间,随着科技的飞速发展,研究大脑的技术手段也越来越趋向多样化。现代脑科学作为一门年轻的学科,在短时间内蓬勃发展。“理解未来”系列讲座第28期邀请耶鲁大学心理学系教授、认知神经科学专家Nicholas Turk-Browne,围绕实时脑成像技术,为我们解读了意识、思维、注意力等大脑的种种奇妙“密码”,展现了人类大脑思维优化的无限可能。同时,微软亚洲研究院副院长、美国麻省理工学院电气工程和计算机科学博士张益肇将脑科学与人工智能相结合,从另一个层面来探讨人工智能如何更好地帮助认识和缓解少年自闭症、中年忧郁症、老年痴呆症(阿尔茨海默症)等带来的挑战。

注意力是Turk-Browne教授一直以来的研究重心。从学习到工作,注意力在人类社会的各个领域中都扮演着至关重要的角色。遗憾的是,我们往往很难对自己的注意力进行把控。往往是直到课堂上被老师点名批评,或与周围的车辆发生碰撞,人们才意识到自己的心不在焉。能够及时发现走神,将注意力进行调整,对个人及社会都有着重要的意义。Turk-Browne教授称,以往对注意力开展研究的方式是对研究对象进行fMRI(功能性磁共振成像)扫描,进而对数据进行分析。与医院常见的MRI的结构性成像不同,新兴的fMRI是利用磁振造影来测量神经元活动所引发的血液动力的改变,且对人体不造成任何损伤。然而,fMRI需要专业人员在实验室中耗费数月乃至一年的时间来分析数据。对于科学家们来说,这般漫长的过程无疑是不利于研究进行的。而通过实时fMRI,科学家们可以在短短数秒之内展开数据分析。这就形成了一个闭环结构,科学家们可以了解到人们大脑的实时活动,进而通过反馈影响实验对象的大脑,而实验对象最终的数据自然也会影响到科学家的分析结果。耶鲁大学心理学系教授、认知神经科学专家Nicholas Turk-BrowneTurk-Browne教授介绍了三种不同类型的实时fMRI,并重点讲解了第一种,即通过实时fMRI获悉研究对象关注的是什么,又是何时开始走神,从而利用这些信息为研究对象提供反馈意见,让被研究者本人对自己大脑的活动有一个清晰的认识,从而及时调整自己的行为。实验结束后,虽然实验对象只是接受了实时fMRI扫描而不是专门的注意力训练,在注意力的集中程度上也会得到提高。

除了帮助提高注意力,实时fMRI还有重建记忆、抑郁症的诊断及治疗等其它实际应用。在最新的算法和计算机云技术等其它学科的辅助下,实时fMRI技术乃至脑科学都正处在发展的黄金阶段。

Turk-Browne教授演讲后,张益肇博士从跨学科领域的角度阐述了人工智能与脑科学之间千丝万缕的联系。通过计算机视觉技术,人工智能可以通过一个人的动作来了解对方,通过互动引导自闭人群与外界的交流。人工智能还可以在婴幼儿时期对孩子的大脑进行扫描,配合数据分析,得出罹患自闭症的概率,从而尽早对自闭症进行治疗。除了计算机视觉,人工智能的另一大领域就是自然语言理解。现在,人工智能已经可以通过对话交流,对抑郁症患者的效治疗起到积极作用。人工智能大显身手的另一脑科学领域则是老年痴呆症。无论是app上的测试还是MRI脑部扫描,都可以对老年人群进行未雨绸缪的关怀,尽可能降低老年痴呆症对老年人生活质量乃至寿命长度的危害。

张益肇博士说:“大脑的研究现在进入了一个大数据阶段。作为辅助工具,人工智能可以帮助这些科学家做这些方面的研究。我相信未来前景会越来越好。”

北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室、IDG/McGovern Institute for Brain Research 长江学者特聘教授毕彦超,北京大学心理与认知科学学院院长、行为与心理健康北京市重点实验室主任、麦戈文脑科学研究所常务副所长方方,普林斯顿大学Paul & Marcia Wythes讲席教授、美国工程院院士、未来论坛科学委员会委员李凯与两位主讲人展开对话讨论,从各自专业的角度分析了当前最新研究进展和主要挑战,并探讨了跨学科合作的各种可能性。

现场跨学科讨论人类大脑的复杂与奇妙令人着迷,关于未来的展望则激动人心。在科学家们的努力之下,科学之光照亮大脑的幽深角落将只是时间问题。在科技创新的助力下,这一天已不再遥不可及。

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