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有点意思

美国脑计划最新进展：一亿美元的“阿波罗脑计划”
人工智能学家2016-03-21 19:22:20

作者 ：周不润

　　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。

人脑工程技术获突破 “脑计划”概念升温
分享到微信2016-03-22 07:59 

近日，南加州大学在对动物的实验中，通过人造的海马体完成了短时记忆向长期储存记忆的转换，这令人类意识永存的美好理想向前迈了一大步。目前，欧美等发达国家相继启动人脑工程计划，我国也将全面推动脑科学的基础研究与应用研究，加快人工智能的跨越式发展。随着相关技术的突破以及政策面的支持，人脑工程相关上市公司的估值有望得到持续提升，概念股值得重点关注。

　　人脑工程技术再获突破

　　在上周五举行的美国SXSW科技大会上，南加州大学教授Theodore Berger宣布，在对猴子、老鼠的实验中，通过人造的海马体完成了短时记忆向长期储存记忆“几乎完美”的转换，这项技术可以完成对人记忆的备份。目前该项试验在八名癫痫患者身上已经试验成功，Berger在接受采访时表示随着植入硬件的发展，人类意识未来有望永存。

　　据了解，人脑工程对人脑的研究、相应技术研发以及人类重大疾病的攻克至关重要。这项技术首先立足于阿尔茨海默氏症和帕金森氏症等脑部疾病的诊疗，此外还可揭示人脑之谜，对人工智能技术的研发具有重要意义。该研究有望促进人工智能、机器人和神经形态计算系统的发展，奠定医学进步的科学和技术基础，有助于神经系统及相关疾病的诊疗及药物测试。

　　此外，近日《科学美国人》刊登消息称，高级智慧研究计划（IARPA）——Intelligence Advanced Research Projects Activity，它在命名上模仿了国防部门下属的著名的美国国防部高级研究计划局（DARPA）——是一家针对智能社区而建立的研究机构，已投入1亿美元用于类似的雄伟计划。大脑皮层网络的机器智能（MICrONS）项目旨在反向设计一立方毫米的大脑，研究大脑的计算方式，并运用这些研究发现去更好地影响机器学和人工智能算法。MICrONS是奥巴马总统大脑计划的一部分，试图将类脑计算的现状向前推进。业内人士认为，这是一次巨大的投资和重要的挑战，它将对智能社区和整个世界产生非常广泛的革命性影响。

中国“脑计划”有望启动

　　人脑计划是包括医学、生物、计算机、物理等多个层面，基于对人脑信息处理机制及人类智能的研究，将可能发展出一套类脑智能计算理论与技术，引领未来信息技术向智能化的发展方向迈进。人脑工程的核心是信息和计算机技术，将开发能够实现神经信息学、脑部模拟和超级计算的信息和计算机技术平台，以集合世界各地的神经科学数据，并整合于统一的模型来模拟人脑，比对生物学数据并与全世界科学界共同分享资源。最终目标是使神经学家能够将基因、分子和细胞与人类认知和行为连接起来。

　　在欧、美、日相继启动各种人脑计划的同时，中国也将全面启动自己的脑科学计划。今年两会期间，李彦宏、刘庆峰等人大代表均提出加快推动中国脑计划，实现人工智能的跨越式发展。据悉，目前“中国脑计划”已经获得国务院批示，将全面推动脑科学的基础研究与应用研究，抢占新一轮产业革命制高点。中国原子能科学研究院研究员、博士生导师方锦清表示，“中国大脑”计划已经拥有了部分基础，如果上升到国家战略，一方面可以将政府、民营企业等社会资源、资金统筹起来，另一方面也将吸引更多的国内人才聚合、甚至是大量的国外人才到来，真正快速、有效地推动“中国大脑”计划的落实。

美国启动“大脑阿波罗”计划
2016-03-22 来源：中国科学报

30年前，美国政府启动人类基因组计划—— 一个长达13年的测序及绘制所有人类基因的研究项目。尽管项目一开始遭到了怀疑乃至反对，但是该计划却让遗传学研究领域从此焕然一新，并被认为是历史上最成功的科学计划之一。

现在，美国情报系统下设的情报先进研究计划署（IARPA）已为一项类似的雄心勃勃的计划投资了1亿美元。皮层网络机器智能计划（MICrONS）旨在逆向建造1立方毫米的大脑，研究大脑进行运算活动的方式，并将研究结果更好地应用于机器学和人工智能计算领域。

目前，IARPA已经招募了3个研究团队，分别由哈佛大学生物和计算机学家David Cox、卡耐基梅隆大学计算机学家Tai Sing Lee和贝勒医学院Andreas Tolias带领。每个团队均提出了解决这一问题的5年计划。

MICrONS作为奥巴马“脑计划”的一部分，旨在把由大脑激发的智能计算再向前推进一步。今天的大量技术都在依赖一种叫作人工神经网络的计算方式，正如其名字暗含的那样，这些算法受到了大脑构造系统的启发。“这是一项巨大的投资，因为我们认为它要解决的是一个非常重要的挑战，它将会对信息学界乃至全世界产生变革性的影响。”IARPA的MICrONS项目管理人Jacob Vogelstein说。

各个团队将尝试绘制一只啮齿类动物1立方毫米大脑皮层的所有神经元。这类动物大脑皮层的神经元数量不足人类大脑皮层的百万分之一，数字可能看起来很小，但到目前为止科学家一次仅能测量几个神经元或是通过功能性磁共振成像获得合成照片中上百万神经元的活动情况。

现在，MICrONS成员计划当啮齿类动物在进行视觉感知或是学任务时，记录及测量10万个神经元的活动和连接情况，其中涉及到纳米级分辨率的成像，“这就像是通过一寸一寸地测量，来绘制美国地图一样。”Vogelstein说。

但他对目标非常乐观，因为近期已经出现了大规模的神经科学研究成果。“随着‘脑计划’的到来，网上已经有大量的新工具可以在纳米级的层面了解大脑。”他说，“所以这一点在历史上是独一无二的，我们有良好的工具和技术，尤其是首次拥有在每个神经元以及每个突触层面揭示大脑接线图的技术。”

现有碳基生命体的永生有难以突破的天花板，只能作过渡

一、生物永生的障碍

先给大家看一个图，这是今年cell上发的一篇综述，The Hallmarks of Aging。讲述了衰老的标志，事实上，总结了衰老的各种原因，也就是，严格意义上，我们无法永生的最基本原因，因为，我们要衰老，要死亡。

我讲一下常见的导致我们衰老死亡的原因，正是因为这些障碍我们无法克服，所以，我们无法永生

他们是基因组不稳定性（genomic instability）, 端粒缩短（telomere attrition）,表观遗传学改变（epigenetic alterations）, 蛋白内稳态丧失（loss of proteostasis）, 营养感应失调（deregulated nutrient sensing）, 线粒体功能异常（mitochondrial dysfunction）, 细胞衰老（cellular senescence）, 干细胞耗竭（stem cell exhaustion）和细胞间信息交换改变（altered intercellular communication）。

二、生物永生的不合理性

很多人没有想过，永生事实上是不合理的
地球上，生命如此多彩，其根本原因是什么？答案是突变。因为有了突变，这些突变不断地汇聚分化，最后形成了各种各样的生命。
我们从一个原始的单细胞生物，经过突变积累，我们形成了细菌、古细菌和真核类，然后我们机一部进化出动植物，进一步，我们进化出了有性生殖（最伟大的进化之一，、使后代产生更大的变异（因为有染色体分离和重组），使后代产生新的性状，更有利于适应环境，有利于种族的繁衍。 ），这一切，都依赖于突变和基因组的改变。

如果生物永生了，那么，我们将无法获得这些

因为，最初的那个no1，只要他永生了，第一，他会占据绝对优势（否则就无法永生，会被其他的新生后代干掉），第二，他的后代只能在他的基础上发生改变。如果他存在，那么他的直接F1代将源源不断的产生。而F2代的数量都远远达不到F1代（毕竟F1从成长到繁殖需要时间，这期间，F0可是源源不断的在产生后代）

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有没有可能实现意识的永存呢？（类似黑客帝国里意识永远停留在虚拟的世界里，或者像攻壳机动队里把意识思维存入机器）

有，这是我认为比人类寿命到达极限值之前更早实现的一个内容
这里我要简单介绍一下，我们目前的认识和看法以及目前的进展。
首先，基于唯物主义，我们认为，一切事物都有其物质基础，特别是生物领域为何生物学家最不容易信神？ - 知乎用户的回答。比如，刺激性是跟肾上腺素有关，消瘦可能跟甲状腺激素有关，爱情可能跟多巴胺相关等等，而我们的意识，我们认为其物质基础存在于大脑。

大脑存在于无数的神经元，而这些神经元彼此之间无时无刻不在传递着电信号，每一个动作都可以形成一个信号，最终形成了我们的意识

而这个网络的每一个连接，就代表了一个意识，比如A连接代表眨眼，B连接代表喜欢，C连接代表看见（这里太夸张了，比这个细多了）

下图是一个脑卒中的人和正常人的一个连接，主要是脑卒中引发的偏盲现象

左图为对照组脑网络均线分布图；右图为偏盲患者的脑网络均线分布图。点的大小是按实际比例标出的。患者明显提高的网络连接已着重标明，新形成的连接和原有加强的连接分别用绿色和蓝色标明。

以上理论意味着，人的意识和功能基础是大脑，而大脑的基本运作方式是以神经元为单位，通过电信号来完成信号传递。 那么结论来了，只要我们破解了这些信号传递过程，那么，我们就可以破解人的意识。

怎么样，很兴奋吧，但是这个工作量简直是天量。不过，这难不倒科学家，科学家嘛，有的是时间和精力，于是，开启了项目工程，这个工程被称作21世纪曼哈顿工程，预计需要100年时间完成。
目前初步已经在实施的计划包括：
1、人类连接组项目（Human Connectome Project）是美国国立卫生院NIH 2009开始资助的一个5年项目，这个项目的目的是使用不同的脑成像技术（主要是静息态功能磁共振，弥散磁共振成像，EEG、MEG等作为补充），绘制出不同活体人脑功能、结构“图谱”Human Connectome Project | Mapping the human brain connectivity。
2、“推进创新神经技术脑研究计划”，简称“脑计划”，于2013年4月2日由奥巴马政府公布，该计划旨在探索人类大脑工作机制、绘制脑活动全图，并最终开发出针对大脑疾病的疗法。
3、人脑工程研发计划将由瑞士洛桑联邦理工学院教授亨利·马克拉姆牵头，由来自世界各地的87个研发团队共同实施。这一项目计划用十年时间，利用计算机制造“活”的人脑模型。具体而言，研究人员需将人类大脑切成8000片，而后利用高性能扫描仪进行数字化处理，绘制人脑详图；同时利用超级计算机描绘和模拟大脑所需的海量数据，最后将成千上万的神经元模型形成局部模型，组装为一个可正常运转的、完整的人类大脑模型The Human Brain Project。
4、“中国脑计划”已获国务院批示，并被列为“事关我国未来发展的重大科技项目”之一，将从认识脑、保护脑和模拟脑三个方向全面启动。目前中科院的九个卓越中心里，涉及到生物和医学的唯一中心就是依托上海生科院的“脑科学及智能技术卓越创新中心”
大体上，总体思路如下

目前处在最初三个阶段，而一旦彻底破解了，那么，OK了，我们就可以模拟人的大脑了，反正是电信号嘛，复杂网络A表示你看到黄色，B表示你看到太阳，C表示你对比二者等类似的，最后，再进一步，复杂网络x表示这是你在某年某月某日遇见了她，复杂网络xx表示这是某年某月某日你学到了什么知识。
先上一个比较粗糙的例子，发表在2013年<Science>上[4]，T. Horikawa利用功能性磁共振成像技术将志愿者睡眠时的大脑活动记录下来，此整理出3人睡梦中一些常见内容，比如树、男人等，并将这些内容分成大约20个类别，然后又与3人清醒状态下见到相似场景时的脑活动相比较，得出每个类别的脑活动特徵。研究人员开发的电脑程序，能学、识别并破译出这些脑活动特徵，准确率高达60%，这是一个非常浅显的，就像我们看小孩子玩泥巴似的实验，但是一个非常重要的证据。

既然可以完全破解大脑，那么，我们把一个人所有的网络全部用数字模拟了就可以了，就像把一个人的一生，任何经历记忆情感能力全部储存起来。
更进一步，既然储存起来，那么，我们完全可以把这个数据复制到一个新的大脑里（克隆人嘛），就像灌顶大发一样（就是激活信号通路过程），我们就可以转世了，那么，我们就真正意义上永生了。

but，这个时候，你觉得人存在的意义在哪里？或者说，肉体存在的意义呢？你想xxoo，好啊，给你一段代码，你想和女神谈恋爱，好，一段代码（图像也是可以代码化的嘛）反正就是一连串电信号组成的网络集合体，那么，是不是黑客帝国要上演了？

顺便说一句，很多人坚信人是基因的奴隶，如果这种说法成立的话，意识其实就是最大的反抗者，可以说是唯一一种不完全依赖基因的内容（成人vs小孩；不同环境的双胞胎……）

[引用原文已无法访问]

讨论到这种层度的永生已经没有实际意义。医药股中有发明一种新药能消灭一个小病种，就是在永生的道路上迈出了一小步，股价就会飞起来。

克隆记忆复制法的永生模式当下确实有一些争议，新身体上复活的是否真是本体的灵魂，目前很难判定

一个解决的办法是在记忆完成复制后，在两具身体的大脑上安装无线人机接口 并通过 云网 相连，把两个大脑意识整合成一体，给一个磨合期，待静置不动的旧大脑自然老去，则灵魂自然平滑迁移到新身体内了，类似于阿凡达主人公最终摆脱人类身体的方式，例如大脑中有两个功能区，即记忆中枢和嗅觉中枢，有能力不断地再生出新的神经细胞以代替死亡的老细胞！ 

而两大脑通过云网相连整合成一个整体意识的逻辑可从著名的“缸中之脑”上外推：

“一个人（可以假设是你自己）被邪恶科学家施行了手术，他的脑被从身体上切了下来，放进一个盛有维持脑存活营养液的缸中。脑的神经末梢连接在计算机上，这台计算机按照程序向脑传送信息，以使他保持一切完全正常的幻觉。对于他来说，似乎人、物体、天空还都存在，自身的运动、身体感觉都可以输入。这个脑还可以被输入或截取记忆（截取掉大脑手术的记忆，然后输入他可能经历的各种环境、日常生活）。他甚至可以被输入代码，‘感觉’到他自己正在这里阅读一段有趣而荒唐的文字。”

[引用原文已无法访问]

克隆复制体，并植入记忆，对本体而言仍会面临死亡，参见诺兰导演的<致命魔术>

这黑科技太黑了，看不清楚。。

人类永生的第1、2步现在就居然看到了明显的进展了，

第3步最难，第3步需要人工智能的复杂度超出人脑（强人工智能甚至超人工智能），还需要对人脑大脑机理的进一步本质上的深入，这两者结合后，意识的上载就有了可能
[引用原文已无法访问]