【腦客中國】顧實：人腦，一個智能化的動力系統

直播導讀

大家晚上好！今天和大家分享一下我們在腦科學以及類腦智能方面的交叉性研究。

我報告的題目叫做人腦：一個智能化的動力系統。人腦是自然界最偉大的奇跡之一，認識人腦一方面能夠幫助我們更好的理解自身、保護我們的大腦，另一方面它也決定著我們人類所能創造的人工智能上限。

1探究人類大腦智能的鑰匙

人腦是一個非常復雜的對象。可以用不同的方法、不同的視角去探究我們的大腦。我們可以從生物的角度去研究底層神經元的動態特征，也可以用化學方法去探究不同神經遞質的深化機制，還可以從物理的角度去思考理解它的結構、功能、動力學以及三者之間的關系？

從這張圖我們可以看到，當從微觀角度去觀察大腦，最底層大腦它是由一些非常基礎的神經元構成。如果沿著空間尺度逐漸拉大，不同的神經元它會組成神經回路，神經回路會組成不同的腦區，腦區進一步則會組成一個全局的腦網絡。全局的腦網絡就能夠去實現一些比較復雜的認知功能。

從最基礎的單個神經元慢慢演化成一個非常復雜的系統，功能也在逐漸地豐富。復雜的功能是建立在物質基礎上，功能的豐富肯定帶來了結構特征的改變，那如何理解這些特征產生的過程呢？

這就提供了一個探究人類智能的鑰匙。從數學角度來說，我們需要一些方法幫助我們去理解觀測到的特征具體揭示了什么樣的含義以及能夠理解大腦的程度。基于這些想法，我們就提出一個可能很大的問題，叫做大腦它是如何實現它的功能或者說如此智能的？

2三個角度研究大腦智能

從科學研究角度，可以將上述問題拆解成三個角度進行理解。

首先第一個視角，從動力系統的角度來看。動力系統，顧名思義首先它是動的，然后它是一個系統。對大腦來說，從微觀的角度，動力系統指的就是把單個神經元看成一個元素，不同的神經元組成了網絡，在這個網絡上就會有一些信號變化，研究信號變化的一致性規律就叫做動力系統的研究。

從動力系統角度可以探索發現，當給定了大腦某種特定結構后它的放電模式是什么樣子；在正常人和患者中又會有什么樣的差異性？這一類的研究能夠幫助我們去理解大腦的結構和功能之間的關聯。

第二個視角是考慮大腦的智能成因。大腦智能的實現會涉及到一些信息處理和流動、不同種類的信息不同種類的刺激。比如說看到的東西、聽到的聲音、聞到的氣味或者摸到的東西，不同類別的信息在大腦里都會有相應的處理機制。

從神經編碼的角度來說，我們就希望能夠去思考。第一點，大腦在微觀尺度上如何去編碼這些信息。第二點，隨著大腦功能的成熟化或者說豐富化，不同的、更高級的大腦功能在處理信息上會有什么樣的優勢？我們可以從哪些角度去理解這個機制。

第三點，從相對應用的角度，我們希望去理解大腦可能有一些特殊的拓撲結構或者動力學特征，我們能否利用它幫助我們設計一個更普適的人工智能，或者說提高我們現在人工智能的水平。因為當前人工智能在一些具體任務上，比如說視覺識別，智能語音等確實是比人類在某些方面強，但是在一些通用性任務上卻不如人類。那么我們能否通過一些生物機制幫助我們有所啟示。

前面兩點其實是構成了第三點的一個基礎。只有知道大腦結構與功能的關聯，以及大腦信息編碼的特性，我們才能夠設計更好的人工智能。

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