本文約3671字，建議閱讀7分鐘 本文介紹了清華大學(xué)人工智能研究院院長(zhǎng)、中國(guó)科學(xué)院院士張鈸在首屆「腦科學(xué)開放日」活動(dòng)上的主題分享。類似牛頓三大定律般地位的「腦科學(xué)底層規(guī)律」，正等待被發(fā)現(xiàn)。
去年，清華大學(xué)人工智能研究院院長(zhǎng)、中國(guó)科學(xué)院院士張鈸在「紀(jì)念《中國(guó)科學(xué)》創(chuàng)刊 70 周年專刊」上發(fā)表署名文章，全面闡述了「第三代人工智能」的理念，其中提出：第三代人工智能的發(fā)展路徑是融合第一代的知識(shí)驅(qū)動(dòng)和第二代的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的人工智能， 同時(shí)利用知識(shí)、數(shù)據(jù)、算法和算力等 4 個(gè)要素， 建立新的可解釋和魯棒的 AI 理論與方法，發(fā)展安全、可信、可靠和可擴(kuò)展的 AI 技術(shù)，這是發(fā)展 AI 的必經(jīng)之路。 在向第三代人工智能邁進(jìn)的過(guò)程中，腦啟發(fā)下的眾多研究被寄予厚望?；谀X科學(xué)的腦機(jī)交互、類腦計(jì)算等技術(shù)領(lǐng)域，正成為人工智能技術(shù)突破的下一個(gè)關(guān)鍵因素。 回顧 1956 年達(dá)特茅斯會(huì)議之后的 60 余年間，人工智能的發(fā)展大致經(jīng)歷了兩個(gè)階段： 第一代「符號(hào)主義 AI」，其理論基礎(chǔ)來(lái)自于認(rèn)知心理學(xué)，認(rèn)為「符號(hào)」是人類認(rèn)知的基本單元，而認(rèn)知就是對(duì)「符號(hào)」的操作，通常又叫做「知識(shí)驅(qū)動(dòng)的人工智能方法」。 第二代「連接主義 AI」，其理論基礎(chǔ)來(lái)自于神經(jīng)科學(xué)。他們認(rèn)為建立在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上的亞符號(hào)處理是人類智能行為的基礎(chǔ)，通常又叫做「數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的人工智能方法」。 過(guò)去十年來(lái)，我們的確見證了人工智能領(lǐng)域突飛猛進(jìn)的發(fā)展，以人臉識(shí)別、智慧醫(yī)療、語(yǔ)音交互等為代表的技術(shù)落地真正走進(jìn)大眾生活。但事實(shí)上，這兩代人工智能理論上都存在著嚴(yán)重的缺陷，不能成為人類智能行為的完備理論與模型。 在腦科學(xué)的推動(dòng)下，人工智能將走向何方？ 人工智能與腦科學(xué)，各走到了哪一步？ 6 月 22 日，首屆「腦科學(xué)開放日」在北京舉行，活動(dòng)由腦陸科技聯(lián)合神經(jīng)調(diào)控技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室共同舉辦。 在主題致辭中，擔(dān)任腦陸科技首席技術(shù)專家的張鈸院士提到，人工智能的基礎(chǔ)理論之所以遲遲未能建立起來(lái)，根本原因在于人類對(duì)大腦和智能都還知之甚少，因此發(fā)展第三代人工智能的關(guān)鍵在于與腦科學(xué)研究的結(jié)合。 張鈸院士指出，人工智能發(fā)展的未來(lái)是人機(jī)協(xié)同、人機(jī)共生，既不是簡(jiǎn)單的人類制造、控制、利用機(jī)器，更不可能是人工智能取代人類。因?yàn)槿藱C(jī)各有所長(zhǎng)，互為補(bǔ)充，可以共同合作，建立一個(gè)更加和諧與美好的社會(huì)。而要實(shí)現(xiàn)人機(jī)共生的構(gòu)想，同樣離不開對(duì)于人類大腦的深入了解。人類對(duì)腦的探索現(xiàn)狀如何？在理解大腦奧秘的歷程中，「保護(hù)大腦」（Protecting the brain）、「利用大腦」（Exploiting the Brain）和「學(xué)習(xí)大腦」（Learning from the brain）幾個(gè)領(lǐng)域相輔相成，而腦機(jī)接口技術(shù)或許是當(dāng)下最熱門的方向之一。前段時(shí)間，斯坦福大學(xué)的研究者首次破解了「與手寫筆跡相關(guān)」的大腦活動(dòng)，癱瘓受試者借助一套皮質(zhì)內(nèi)腦機(jī)接口系統(tǒng)，每分鐘可以打出 90 個(gè)字符，這套系統(tǒng)可以從運(yùn)動(dòng)皮層的神經(jīng)活動(dòng)中解碼癱瘓患者想象中的手寫動(dòng)作，并利用遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（RNN）解碼方法將這些手寫動(dòng)作實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換為文本，準(zhǔn)確率為 94% 至 99%。這項(xiàng)研究以及其他同類研究在幫助各類殘疾患者方面具有很大潛力。盡管研究結(jié)果只是初步的，但依然是腦機(jī)接口領(lǐng)域的重大進(jìn)步。在腦科學(xué)開放日的現(xiàn)場(chǎng)，六位專業(yè)學(xué)者和業(yè)界代表還就腦科學(xué)的最新進(jìn)展和如何加速成果轉(zhuǎn)化等問(wèn)題進(jìn)行了深入探討。張鈸院士認(rèn)為，人工智能經(jīng)歷了 60 多年的發(fā)展，目前還只能算是「序幕」，根本沒(méi)有進(jìn)入核心問(wèn)題。困擾人工智能發(fā)展最大的問(wèn)題是，如何在對(duì)人類智能不清楚的情況下推動(dòng)人工智能的進(jìn)步，這其中存在著從 0 到 1 創(chuàng)新的挑戰(zhàn)。現(xiàn)在，人工智能尚且無(wú)法模擬人類智能，只是用機(jī)器來(lái)模擬人類的智能行為。這要求研究者們必須更多了解大腦的機(jī)制。很久之前，有人說(shuō)「21 世紀(jì)是生物的世紀(jì)」。這個(gè)說(shuō)法曾經(jīng)受到過(guò)質(zhì)疑，但目前看來(lái)，腦科學(xué)領(lǐng)域的確醞釀著巨大的潛力。是否存在類似牛頓三大定律的腦科學(xué)底層規(guī)律正等待被發(fā)現(xiàn)？長(zhǎng)期從事腦機(jī)技術(shù)研究的美國(guó)醫(yī)學(xué)與生物工程院會(huì)士、清華大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程系教授高上凱是這一領(lǐng)域的權(quán)威。她介紹說(shuō)，從腦機(jī)接口概念詞第一次在學(xué)術(shù)論文中出現(xiàn)，迄今已經(jīng)有半個(gè)世紀(jì)，但其中有二三十年間是幾乎沒(méi)有什么進(jìn)展的。原因在于它本身是一個(gè)非常高度交叉的學(xué)科，包括如何記錄腦里面的信號(hào)，再將其提取出來(lái)并加以分析。腦機(jī)接口的真正發(fā)展就在近 20 年，伴隨著技術(shù)層面的突飛猛進(jìn)，很多難題迎刃而解，腦機(jī)接口才逐漸走進(jìn)現(xiàn)實(shí)。此前十年間，深度學(xué)習(xí)技術(shù)的發(fā)展，為腦機(jī)接口研究提供了很大的幫助。上海交通大學(xué)智能交互與認(rèn)知工程上海高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任、IEEE Fellow 呂寶糧的研究重點(diǎn)是情感腦機(jī)接口，包括情緒識(shí)別、疲勞檢測(cè)等。他舉例說(shuō)，比如以往信號(hào)梳理結(jié)果的個(gè)人差異非常大，深度學(xué)習(xí)則極大地改善了這一問(wèn)題，然而，深度學(xué)習(xí)并沒(méi)有從原理上推動(dòng)其更進(jìn)一步，特別是關(guān)于大腦工作機(jī)制的研究，尚屬于淺層。當(dāng)深度學(xué)習(xí)技術(shù)慢慢觸及到了天花板，短期內(nèi)也許很難再看到突破性研究，腦機(jī)接口的前景卻逐漸清晰。人工智能和腦機(jī)接口，兩者正在互相推動(dòng)發(fā)展，人工智能和腦機(jī)接口技術(shù)的結(jié)合將為模擬人類智能的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)提供新的可能。腦機(jī)接口研究實(shí)際上是把人的智能和人工智能放到一個(gè)平臺(tái)上來(lái)研究，高上凱認(rèn)為：「這兩者之間互補(bǔ)，一旦找到一個(gè)合適的方法，充分發(fā)揮人的智能和人工智能優(yōu)勢(shì)的話，一定有一個(gè)突飛猛進(jìn)的進(jìn)步?！?/span>新一輪的科技產(chǎn)業(yè)變革正在重構(gòu)全球創(chuàng)新版圖、重塑全球經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)，中國(guó)腦計(jì)劃、人工智能是國(guó)家戰(zhàn)略中非常重要的一項(xiàng)基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。腦科學(xué)將會(huì)是中國(guó)成為世界主要科學(xué)中心和創(chuàng)新高低的一大關(guān)鍵。自從去年張鈸院士出任腦陸科技首席技術(shù)專家以來(lái)，很多人就開始思考：80 多歲高齡的張鈸院士，為何如此青睞一家創(chuàng)業(yè)三年的公司？原因或許就隱藏在他的寄語(yǔ)中：「無(wú)論是發(fā)展腦科學(xué)本身，還是與其它學(xué)科的交叉，都需要?jiǎng)?chuàng)新，特別是從 0 到 1 的創(chuàng)新。我們特別希望更多的有志青年，能夠加入到腦科學(xué)研究的行列中來(lái)?？茖W(xué)研究的長(zhǎng)期發(fā)展，依靠的永遠(yuǎn)是青年人的熱血、情懷和投入?！?/span>腦陸科技正是張鈸院士看好的一支團(tuán)隊(duì)，他稱自己作為「30 后」，與一群「90 后」達(dá)成了穿越半個(gè)多世紀(jì)的合作。腦陸科技成立于 2018 年，總部位于北京，在硅谷設(shè)有腦科學(xué)技術(shù)顧問(wèn)團(tuán)隊(duì)，核心成員均來(lái)自哈佛、斯坦福、麻省理工、牛津、清華等知名高校。腦陸科技與清華大學(xué)聯(lián)合主導(dǎo)研發(fā)的通用腦機(jī)接口技術(shù)服務(wù)平臺(tái)「Open-BrainUp」是全球第一個(gè)支持多款常用腦機(jī)接口設(shè)備連接與使用的專業(yè)腦機(jī)接口技術(shù)服務(wù)平臺(tái)，可一站式解決從設(shè)備佩戴、交互任務(wù)定義、數(shù)據(jù)獲取與交互等全鏈條腦機(jī)交互應(yīng)用流程，為腦機(jī)接口技術(shù)的相關(guān)團(tuán)隊(duì)或個(gè)體提供基礎(chǔ)工具，旨在加速以腦科學(xué)為核心的新一代 AI 技術(shù)發(fā)展進(jìn)程。腦機(jī)接口是一項(xiàng)門檻高、要求復(fù)雜的系統(tǒng)性工程，其應(yīng)用廣泛且橫跨多個(gè)領(lǐng)域，往往技術(shù)發(fā)展速度要快于產(chǎn)品的應(yīng)用落地。腦陸科技目前聚集底層技術(shù)研發(fā)，并以底層技術(shù)為起點(diǎn)，延伸探索落地產(chǎn)品，除個(gè)人消費(fèi)級(jí)的睡眠產(chǎn)品外，探索出的商業(yè)化產(chǎn)品包括：- 記憶增強(qiáng)產(chǎn)品，與宣武醫(yī)院、清華、浙大合作，處于臨床實(shí)驗(yàn)階段，將申請(qǐng)創(chuàng)新類醫(yī)療器械證，應(yīng)用于阿爾茲海默癥、認(rèn)知障礙病人、與需要記憶功能改善的青少年群體；
- 企業(yè)級(jí)產(chǎn)品方向，應(yīng)用于安防與安全生產(chǎn)管理的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)保護(hù)作業(yè)人員精神狀態(tài)的安全帽，客戶包括應(yīng)急管理部門、電力、鐵路、煤炭行業(yè)的大型央企；
- 使用腦機(jī)接口技術(shù)的精神健康篩查與測(cè)量服務(wù)，通過(guò)便攜式干電極，達(dá)到與醫(yī)院濕電極腦電儀同等的精度，主要客戶包括社區(qū)醫(yī)院、體檢中心；同時(shí)，腦電硬件產(chǎn)品部分已獲得醫(yī)療器械證；
- 與娛樂(lè)產(chǎn)業(yè)合作，推出腦控小車、腦控 VR/AR，增強(qiáng)視覺(jué)交互體驗(yàn)。
很多腦機(jī)接口領(lǐng)域的企業(yè)都將睡眠作為突破口，腦陸科技也正在以此尋找腦科學(xué)的落地場(chǎng)景。在本次大會(huì)上，腦陸科技也正式發(fā)布了全新的 BCI 消費(fèi)級(jí)產(chǎn)品「SleepUp」，它也是全球目前已知最輕便的 BCI 產(chǎn)品。SleepUp 基于世界領(lǐng)先的 EEG 采集技術(shù)，融合多模態(tài)生物信號(hào)采集技術(shù)，經(jīng)過(guò)近百次醫(yī)院、醫(yī)生和睡眠技師標(biāo)注，多導(dǎo)睡眠儀（PSG）整晚信號(hào)校對(duì)，在機(jī)器學(xué)習(xí)算法支持下，為用戶提供精準(zhǔn)的睡眠管理方案。此外，SleepUp 還可通過(guò)識(shí)別人體腦電，根據(jù)用戶大腦神經(jīng)信號(hào)狀態(tài)，智能匹配不同頻段和能量的個(gè)性化聲波，誘導(dǎo)大腦神經(jīng)信號(hào)由興奮逐步過(guò)渡到平靜睡眠狀態(tài)，優(yōu)化深度睡眠時(shí)長(zhǎng)，助力失眠人群重獲好眠體驗(yàn)。在走向第三代人工智能的過(guò)程中，腦機(jī)接口技術(shù)與人工智能技術(shù)結(jié)合應(yīng)用是最具前景的落地領(lǐng)域之一。這是一個(gè)新的領(lǐng)域，正如張鈸院士所說(shuō)：「中國(guó)要想在行業(yè)的層面或者科學(xué)研究的層面上要趕超世界的水平，唯一的途徑就是從這個(gè)行業(yè)發(fā)展開始的初期，科學(xué)研究一開始就是參與者，才有可能在這個(gè)領(lǐng)域中間站到重要的地位?！?/span>需要看到的是，相較于上個(gè)世紀(jì)就已經(jīng)啟動(dòng)全國(guó)性腦科學(xué)計(jì)劃的歐美國(guó)家，我國(guó)在腦科學(xué)研究領(lǐng)域的起步較晚，也由此導(dǎo)致了相關(guān)領(lǐng)域人才的缺乏。雖然在同一起跑線上，但存在人才創(chuàng)新能力不足的問(wèn)題。探索科學(xué)前沿的高素質(zhì)人才的數(shù)量和質(zhì)量，將決定科學(xué)研究前進(jìn)的步伐。在腦科學(xué)開放日活動(dòng)上，腦陸科技正式啟動(dòng)了「腦科學(xué)登陸計(jì)劃」，宣布將面向常青藤和國(guó)內(nèi)高等院校神經(jīng)科學(xué)、微電子學(xué)、材料學(xué)，人工智能、電子信息工程、計(jì)算機(jī)等軟硬件技術(shù)型專業(yè)的學(xué)生，招募、培養(yǎng)出腦科學(xué)這一交叉學(xué)科領(lǐng)域的更多人才，助力中國(guó)在腦科學(xué)研究領(lǐng)域領(lǐng)跑，并在全球腦科學(xué)競(jìng)賽中保持高超競(jìng)爭(zhēng)力。
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