探索人类大脑计划(HBP)对科学和人工智能的影响

AI特色新闻9个月前发布 yundic
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长达十年的欧洲人脑计划(HBP)今年9月即将结束,这标志着数字神经科学和人工智能历史上一个令人心酸的时刻。

HBP于2013年启动,是神经科学和技术领域的一个开创性项目,旨在建立对人脑的逼真模拟。

今年3月,来自27个国家的近700名研究人员齐聚法国马赛参加了最后一届HBP峰会, 讨论该项目的持久贡献以及大脑研究的未来道路。

研究人员展示了这一合作所产生的丰富科学贡献,将该项目定位为多学科研究或“大科学”的基石,该研究旨在通过大量资金将科学项目升级到国际规模。

探索人类大脑计划(HBP)对科学和人工智能的影响

人脑计划(HBP)。资料来源:HBP。

虽然拥有宏伟的目标和约6亿欧元(合6.51亿美元)的资金,但HBP并不总是一帆风顺。

在其10年的旅程中,该项目一直是许多争议的中心, 包括请愿书 大约150名神经科学家表示,他们不会参与,直到首席主任亨利·马克拉姆被解雇。

马克拉姆的领导风格被描述为混乱和零星,2016年,他失去了该项目领导层的职位,并被勒令不得向媒体发表讲话。

从2016年到2020年,该项目的管理进行了重大调整。

然而,HBP仍然是同类项目中最雄心勃勃的项目之一,并与数千项研究相关。

随着人工智能和机器学习(ML)研究在过去几年中加快步伐,HBP开始实现其雄心勃勃的愿景,为大脑最复杂的过程建模,但在很大程度上未能真正理解意识等难以捉摸的概念。

你可以说,人类大脑的复杂性击败了世界上最雄心勃勃的神经科学项目,这是理所当然的。

然而,这并没有完全掩盖该项目的其他成功。

HBP的科学研究总监Katrin Amunts表示,该项目已经产生了“世界领先的3D脑图集,基于计算大脑建模的个性化医学突破,脑源性人工智能和为技术提供新途径的计算,等等。”

尽管HPB即将得出结论,但会议上的研究人员对其未来的影响持乐观态度。

艾克斯—马赛大学的研究员Viktor Jirsa说:“一个项目,顾名思义,总是有一个开始和一个结束,但我们现在看到的人类大脑项目结束时正在继续。”

荷兰拉德布大学的斯蒂芬妮·福克尔强调了国际合作的重要性,她指出:“我们都已经走出了自己的竖井。”

在峰会上提交的一篇论文,由来自16个国家的98名研究人员共同撰写,列出了该领域的集体愿景。

据Amunts说,这篇论文在活动期间转交给欧盟委员会,描述了“我们在未来几年看到的研究领域,所需的仪器和中心机会”。

HBP对医疗技术的贡献

HBP的旗舰产出是埃布雷恩这是一个研究基础设施,为大脑研究提供了大量数据、先进技术和服务的开放访问。

通过融合覆盖大脑皮层和大脑更深区域内约200个结构的3D地图,HBP研究人员开发出了可通过该平台获得的人脑地图集。

这本全面的地图集提供了大脑结构的分层视图,涵盖了从细胞和分子结构到功能簇和连接网络的一切。

“把人脑地图看作是用于神经科学的谷歌地图,”Amunts在3月份举行的HBP 2023年峰会的新闻发布会上说。

探索人类大脑计划(HBP)对科学和人工智能的影响

Brain Atlas在EBRAINS。资料来源:EBRAINS。

神经科学家Nicola Palomero—Gallagher强调了这个平台的实用性,他说:“过去我花了两天的工作,现在只需要10分钟。我在EBRAINS上使用人类大脑图谱,其中包含了大量的数据,这些数据是你无法在普通笔记本电脑上处理的。你需要超级计算机……现在,这真的被简化了,我可以访问和处理来自世界任何地方的数据—任何脑科学研究人员都可以!”

临床上也取得了很多成功。该项目产生的研究在研究和开发癫痫和帕金森病等神经疾病的新疗法方面发挥了关键作用。

S科学家们正在探索如何使用深层脑刺激技术,最初是模型化的, 通过HBP研究了解以减轻帕金森氏症的症状。

使用AI来理解视觉刺激

HBP在过去几年中最重要的成就之一是理解了大脑处理视觉刺激.

阿姆斯特丹大学的研究人员观察到,大脑的视觉解释依赖于听觉和触觉输入,而不仅仅是刺激的视觉属性。 我们的视觉与其他感官有着错综复杂的联系,比如听觉,还有触觉。

这表明,我们对环境的理解是一个比之前认为的更具互动性和多感官的过程。

HBP研究员Cyriel Pennartz是该研究的作者之一,他解释说,这种感觉处理的多模态观点支持“神经表征论”的理论,该理论认为感知是“我们周围环境的最佳猜测表征的构建”。

在这项研究的背景下,格拉茨理工大学的科学家在HBP训练了一个模拟小鼠初级视觉皮层的大规模人工智能模型。

然后,另一项单独的研究开发了一种脑植入物,以恢复视力受损后的视力实验显示刺激视觉皮层可以诱导猴子的视觉感知。

这种方法直接刺激大脑,在这个过程中绕过眼睛和视神经。它已经在一个原型假肢 这使盲人妇女能够”看到简单的形状和字母”——这是治疗失明的前所未有的进步。

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一个摄像头连接到眼镜框架内的眼动器,将视觉信息传输到大脑植入物。资料来源:住房和卫生局。

2023年,脑机接口(BCI)出现了爆炸式增长,可以准确地读取和分析来自大脑的数据,并将其输入机器学习(ML)模型。

脑梗死正在补充中风和事故幸存者、瘫痪者和肌萎缩性侧索硬化症(ALS)等衰弱性疾病患者的生命。

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脑机接口使用侵入性和非侵入性技术来读取大脑活动,并将其传递给计算机和人工智能模型。资料来源:Emotiv。

这是一个人工智能模型为一系列机械和技术设备提供动力的时代,使人们能够绕过脊柱损伤自然行走,通过想象想法说话,并通过可视化来召唤逼真的图像。

在不远的将来,能够让人类通过思维表现出复杂行为的技术可能会进入商业生产。

大科学的教训

尽管HBP在神经科学、生物学和技术研究方面取得了一系列成就,但它并非没有挫折。

其中一个争议点是该项目过于雄心勃勃,旨在全面了解整个人类大脑,许多人认为这项任务仍然超出了我们目前的技术和科学能力。

虽然最近的研究在构建基于神经元和其他大脑结构的轻量级人工智能硬件方面取得了进展,但生物大脑的复杂性和效率挑战了当前的技术。

尽管规模庞大,但该项目的科学成果被描述为支离破碎和马赛克般的,专注于大脑的不同方面,而不是最初打算的整体视图。

HBP的成员Yves Frénac总结道:“我看不到大脑,我看到的只是大脑的碎片。

财政挑战也困扰着HBP。最初承诺的预算为10亿欧元,最终拨款为6.07亿欧元。

尽管HBP的未来尚不确定,但该项目——无论是在研究、管理和组织方面——提供了关于大科学的陷阱和复杂性的宝贵经验,特别是当庞大的预算和高期望与宏伟的愿景发生冲突时。

随着该项目进入其最后一章,它将被铭记为一个关键的里程碑,虽然有时两极分化,在我们寻求了解人体中最复杂的器官。

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