专访中科院院士张旭:脑科学与 AI 的“前世今生”

原标题:专访中科院院士张旭:脑科学与 AI 的“前世今生”

2018年3月21日,神经科学家、中国科学院院士张旭做客第151期南科大讲堂,为我校师生介绍脑科学与医学、人工智能间的联系。

原标题:陈天桥:企业家思维做慈善 探索大脑之谜 | 人物

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张旭长期从事神经系统疾病的分子细胞生物学机理研究,现任中国科学院上海分院副院长,中国科学院上海交叉学科研究中心主任和中国科学院上海临床研究中心主任,此外还担任中国神经科学学会副理事长、中国细胞生物学学会副理事长和上海市神经科学学会理事长等职。

  9月5日在加州硅谷的门洛帕克(Menlo
Park),中国慈善家、前首富、盛大集团的创始人陈天桥对外展示了他亲自制片,全程策划,由BBC纪录片团队打造的一部纪录片——《打开思想的大门》。

“做研究也是要成瘾的。”中科院上海分院副院长张旭忍不住笑了起来。

图片 2张旭院士作报告

两年前,陈天桥就曾包机,花了40天时间,几乎参观遍了美国所有顶级高校的脑神经实验室并会见了校长,其中包括得克萨斯大学、斯坦福大学、加州大学伯克利分校和卡内基梅隆大学等。

在普通人眼中,基础科研晦涩难懂、冗长乏味,不过,在张旭看来,这却是一件十分浪漫幸福的事情。从第四军医大学到瑞典卡罗琳斯卡医学院再到中国中科院,成为院士,张旭数十年来长期从事神经系统疾病的分子细胞生物学机理研究。

本期大讲堂的主题是脑科学与医学和人工智能。张旭介绍了脑科学的探索历程、世界各国战略性的脑计划,以及脑疾病的发病现状。随后他从痛觉的功能联结图谱,神经元种类及其神经环路,慢性痛及其神经网络,脑功能和脑疾病的临床研究等几个方面给大家介绍了现在脑科学的发展,脑科学与医学和人工智能之间的相互联系、交叉融合及突出效果。

该片邀请了全球脑科学研究最前沿的科学家共同解密神经科学的奥秘,并深度探讨了基础研究将如何帮助受脑部疾病困扰的患者改善生活。这些顶尖的脑科学家包括哈佛大学医学院神经生物系系主任Michael
Greenberg博士,美国霍华德·休斯医学研究所(下称
“HHMI”)主任、加州大学伯克利分校生物化学、生物物理学和结构生物学教授钱泽南等学术界顶尖“大咖”。

对于大众来说,基础科学也许不太“接地气”,张旭总是试图用更形象的语言去介绍他的领域。就像曾经在一个报道中,记者问他如何介绍自己的科研。他说:我研究痛。“我们如果理解一个人的神经元水平和分子水平,就可能就会找到一些药物的靶点,一些诊断的标志物,可以帮助临床。”他这样解释自己做的事情。同时,他也提到了这件事情的难度系数:“神经系统疾病都是比较复杂的。实际上神经系统在正常状态就比较复杂,所以对该类疾病的研究存在‘理解正常才能理解异常’的双重难度。”

图片 3报告会现场

基础研究深奥,时间也拉得比较长,所以做基础科研的学者总有异于常人的坚持——往往一个好的科学家终身都在研究一个或者几个重要的科学问题以求其答案。作为这样的一个过来人,张旭回想起在瑞典的求学时光和回国后的助教、教授等日子,思绪像老电影一样放开。

张旭列举了许多中国科学技术的成果,如人脑成像技术和设备、脑功能术中信息刺激系统、脑起搏器与帕金森病治疗、克隆非人灵长类动物、寒武纪1A处理器、语音识别及多语种翻译技术、眼及其控制系统的仿生等。他高度称赞了当前新一代复合型科学家的竞争力,但也指出中国的AI技术与世界前沿仍有较大差距,要想追赶和超越,不仅要重视人才培养,还要重视基础理论的研究。

支持基础脑科学的最佳时机

“科学家最幸福的事情。”这是他的总结。

文字:学生新闻社王可悦

在盛大退市后,陈天桥一度隐退江湖。两年前“重出江湖”后,他有了一个新的抬头——陈天桥雒芊芊研究院
(下称“TCCI”)创始人,致力于推动科学家在人脑领域的研究,主要有三大领域的布局:发现脑、治疗脑、发展脑。

这种幸福体现在两个方面。一是“发现新大陆”的激动。”你是第一个知道某一个新知识的人,而且你会迫不及待地想把这些知识传授给别人。”他说。二是做基础科研让人成瘾的过程。“很多基础科研完全是全新的,没有可以经验跟随,而且也并不高大上。所以可能别人会用半信半疑的眼光去看你。但你的工作被人家认可并跟随后,你会感到宽慰和激励,然后继续向前走。”他说。

图片:唐凌云

“我们即将在脑科学领域实现若干突破,这些突破有可能减轻病人的痛苦,激发新的技术,真正改变世界。”陈天桥表示,“现在是支持基础脑科学研究的最佳时机,因为我们正面临推进科学发展、帮助人类和塑造未来的大好机会。”

与很多人印象中科研工作者较为呆板的形象不一样,张旭并没有沉寂在基础科学理论的层面,而是很开放活跃地与多学科的人才,多领域的人士打交道。张旭除了科学家,还是一位行政管理者。”我其实和政府、同事、学生、家长、病人、医生、企业家、投资人都有互动,期间产生了很多的思想碰撞。也许大家有同一个目标,但却有不同的想法和做法。”他说。

2016年,陈天桥夫妇就承诺出资10亿美元作为启动资金,推进基础脑科学研究,他们坚信要实现此领域的重大突破,科学家们需要更多的支持。

思维的碰撞或者跨领域的交流让张旭并不是闭门造车,相反,他对当下的热门技术也是行家。是的,张旭对
AI
也颇有见解。一方面,人工智能中的神经网络理论其实和神经科学的一些逻辑类似。另一方面,张旭所在的生物学科和医疗紧密的连在一起,而
AI 医疗也是一个热门话题。

在这部最新的纪录片当中,来自加州大学伯克利分校、加州理工学院、哈佛大学、复旦大学附属华山医院、牛津大学和斯坦福大学的12位著名科学家介绍了脑科学研究、精神病学、神经医学、生物学、机器人技术和人工智能领域的巨大进步,并展示了这些进步将如何帮助患者。

说起 AI ,张旭有他自己的见解。很多人都喜欢说 AI +
医疗,不过张旭特别强调应该是医疗 +
AI。从张旭所在的神经学、脑科学领域,他解释了他的观点:“脑科学和 AI
的结合根本还是要解决医学问题。”他曾表示脑科学和神经科学这样的基础科学对于当代社会的发展有着不可替代的巨大作用,甚至可以将脑科学称为人工智能的鼻祖。比如,如果我们能对脑连接了解更多的话,将对人类认识脑和发展人工智能产生重大影响。其实,脑科学与人工智能的关系并不难理解,就像我们平时将人工智能系统称为“机器大脑”。

片中展示了加州理工学院的神经学教授理查德·安德森(Richard
Andersen)博士带领团队开发技术,让四肢瘫痪者能够仅通过思想控制机械假肢的场景。

我们也许可以简单的理解为“脑科学其实是人工智能诞生的重要元素之一”。那么,人工智能其实也会反作用于这个学科的发展,这时候就必须要体现张旭说的“解决医学问题”。这个“医学问题”包括效率等。首先,除了技术与具体应用结合的问题,他表示数据数标准化是首先值得注意的。“大多医院用的设备不一样,产生的数据也不一样,这种情况下很难讲技术标准化。从技术本身角度来讲,这个是一个逃不了的过程。”张旭提到医学数据庞大复杂,这对算法的要求、模型的训练等都是挑战。当然,他强调了
AI
与医疗的关系目前说不上取代。“医生给予的人文关怀是医疗中最有温度的一部分,这个机器没法替代。”他说。

这项技术一度被陈天桥视为他在脑科学领域迄今为止最为激动人心的成就。早在去年接受第一财经记者专访时,陈天桥就曾表示:“在脑机接口中心,理查德·安德森教授能操纵一位瘫痪病人的大脑,模拟触感和其他感觉。这位病人某个部位以下的身体没有任何知觉。但理查德进行刺激后,这位病人会产生感觉。”

而对于目前很火的 AI 市场,张旭也表达了自己的看法。虽然做 AI
的公司很多,但他始终坚信“突破和创新”才是一个 AI
时代引领者的必备素质。“要走别人没有走过的路。”他说。

他还举了另一个令他振奋的例子,陈天桥雒芊芊脑科学研究学院主任、美国科学院院士大卫·安德森(David
Anderson)博士能操纵老鼠的情绪。“当他按下一个按钮的时候,老鼠会突然变得非常平静。当他按下另一个按钮的时候,老鼠会突然变得非常好斗。”陈天桥告诉第一财经记者,“所有的攻击行为都是通过一组神经元控制的。”

我们可能更多的将 AI 划分为应用科学,但其实所有的 AI
应用都离不开基础科学的融合。而对于国内基础科研较缺乏的现状,张旭认为还需要更好的研究环境,以及人文环境:“我们的学生在研究过程中,不应该为了发文章而痛苦,而是应该为发现而感到自豪。这一点我们国家需要多一些方式来支持他们少一点功利性,激发那种探索的激情和创造的氛围。”

大卫·安德森教授2016年10月19日在《自然》杂志上发表了题为《社交行为可以塑造同种生物下丘脑中的神经元集群表征》的文章,揭示了小鼠大脑中控制其社会行为的脑回路并非“先天固定”的。

当提及张旭所在的上海,他对这个城市的创新有很中肯的评价。首先,他对上海所具有的创新能力表示兴奋,“以我接触较多的生物医药和集成电路为例,这两个领域积累了相当的功底,因此在未来的发展方向中,会有很大的人才号召力。”他说。然而,上海也有明显的短板。他认为,上海缺乏计算机人才、而且上海对于年轻人来说生活成本比较高。所以对年轻人要有更多关爱才能使他们安心做一些爱做的事情。”上海需要考虑如何吸引更多的高尖青年人才,同时还能留下中间这部分建设上海的人才。“张旭说。

去年6月,加州理工学院细胞与神经中心主任Viviana
Gradinaru带领的实验室研究发现一组可以控制觉醒的神经元,这些神经元能够帮助人们在必要情况下保持清醒,该项发现有助于治疗失眠、过度睡眠和睡眠障碍等神经疾病。

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陈天桥还向第一财经记者介绍称,加州理工学院的其他研究成果包括破解面部识别的密码。陈天桥雒芊芊研究院神经科学中心主任、首席科学家Doris
Tsao率领的团队6月1日在《细胞》期刊上发表论文指出,即使存在无数不同的面孔,我们的大脑只需要大约200个神经元来编码面孔。这项研究是近20年来科学家试图破解人脸识别代码的重大突破,揭示了神经元信息处理和代码编辑的模式竟然如此简单。

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在这部纪录片中,大卫·安德森博士是贯穿始终最重要的人物。他在片中说道:“人脑是一个极其复杂的器官,有的科学家将大脑作为一个电子仪器来研究,而有的科学家则从化学角度来研究。而所有这些研究角度都是合理的,这也再次印证跨学科脑研究方法对于我们取得真正进步的重要性。”

哈佛大学的 Michael Greenberg
博士则介绍他的团队在理解一种名为Rett的综合征方面取得的进步,这是一种罕见的遗传性脑部疾病,只在女孩中发病。

迎接一场脑智技术革命

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