一亿美元的阿波罗脑计划


周不润, NeuroTimes   |   March 18, 2016


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上个世纪60-70年代的阿波罗计划,带来了航空航天及相关技术的突飞猛进,甚至促进了科学的整体快速发展。30年前启动的基因组计划也有类似效果。如今,美国投资一亿美元开启了另一项媲美阿波罗计划的项目:皮层网络的机器智能计划(Machine Intelligence from Cortical Networks,MICrONS),希望对1立方毫米的大脑进行反向工程,研究其计算方式。

MICrONS隶属于美国高级智能研究计划(Intelligence Advanced Research Projects Activity,IARPA)及部分奥巴马脑计划(BRAIN Initiative)。IARPA的命名模拟了美国国防部下属著名的国防高等研究计划署(DARPA)。IARPA招募了3个团队来进行MICrONS项目,分别由哈佛大学的生物学家及计算科学家David Cox,卡内基梅隆大学计算科学家Tai Sing Lee和贝勒医学院神经科学家Andreas Tolias带领,希望为智能研究社区甚至整个世界带来重大变革。

人工智能已经有了巨大的发展,在识别人脸、分辨声音、自动驾驶、甚至各种棋类运动中都有突飞猛进的进步。然而,在复杂和动态的日常环境中,人工智能技术仍然不具备很好的模式分析能力,例如,无法很好地识别重复和模糊的图像,或者通过一两条狗的图片无法识别出所有的狗。

而人类对此就很擅长,不需要任何指导就能自己归纳概括,分辨自己熟悉的声音、找出人群中的熟人等等。MICrONS项目就希望通过对人大脑的研究,来发现计算机还缺什么,需要如何改进。目前的神经网络算法,更多的是在组织学的概念上模拟神经元,而对神经元的计算模式一无所知。因此MICrONS项目的初衷是希望通过对大脑计算模式的研究,来帮助改进目前的人工神经网络等算法。

MICrONS的前期计划是绘制出啮齿动物1立方毫米大脑范围内的所有神经回路。各国脑计划发展带来的新技术,为这个目标的完成提供了坚实的基础。3个团队各有分工。David Cox团队用双光子显微镜(two-photon microscopy)来测量老鼠的脑皮层活动;Andreas Tolias团队用三光子显微镜(three-photon microscopy)探索更深处的区域;哈佛大学另一位神经科学家Jeffrey Lichtman带领团队将1立方毫米的老鼠大脑切片、电镜拍照、区分各神经元和连接;Tai Sing Lee的团队则与哈佛医学院遗传学家George Church合作,为每一个神经元打上“条形码”,来完成连接组的绘制。

MICrONS的后期计划,则是利用对着1立方毫米大脑的了解,去优化人工智能算法。很多研究人员认为大脑是贝叶斯式的,大脑会以概率分布的方式来表征外界信息,并基于过去的经验对新的信息进行计算得到最可能的解释,即对外界信息有个合成的过程,随时进行期待和预测,并解释和利用新输入的信息。例如视网膜上接受和产生的信息只是二维结构,大脑可能用一个基于概率的模型去从视网膜信息中推导出三维结构,就能在复杂的场景中,即使面对不同角度、距离和光照,也能轻易识别物体。MICrONS就希望能够以此让机器获得更好的概括能力、更好的抽象能力以及对稀疏数据的使用能力。这是最难的部分。

很多研究人员对MICrONS前半部分表示乐观,但对后半部分表示怀疑。在现有基础上,对神经元的结构和连接、以及彼此互动的方式进行研究是完全有可能的,但要把这些信息拿出来去优化人工智能算法,是一件还没什么谱的事情。

MICrONS计划于欧洲脑计划(Human Brain Project)听起来类似,但David Cox说,他们的项目在技术上和逻辑上都与欧洲脑计划不同。他们的目的并非模拟大脑,与欧洲脑计划是完全相反的。同时,他们也充满信心,尽管可能结果并非像预期一样,但不管结果是什么,都是对大脑未知的探索,都不是失败。

中文翻译版:美国政府公布耗资1亿美元的「阿波罗大脑计划」




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