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中科院脑智卓越中心:以脑启智融合慧聚

作者:哲学论文
出处:www.lunrr.com
时间:2020-02-24

作者:齐鲁来源:中国科学新闻发布日期:2019/6/25 9:41

选择名称:萧中

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中国科学院脑智能卓越中心:脑智能与智慧相结合

今天,大脑仍然是人类认知的“黑洞”,是人类理解自然和人类自身的“终极领地”。因此,脑科学和类脑智能技术研究已经成为世界各国必须争夺的战略前沿。“中国人才计划”也即将公布。

中国科学院在新一轮大脑和智力科学竞赛中领先。2015年6月,中国科学院通过了由神经科学研究所和自动化研究所共同规划的“脑科学与智能技术卓越创新中心”建设计划。

这是世界上脑科学和智能技术的首次实质性融合。最需要跨越的两个领域“相互接受”,将为脑科学的发展和“中国脑计划”的实施奠定坚实的基础。

“大团队”协作研究模式、“蹲点制”、研究生“双导师制”、年度绩效考核制度.脑科学和智能技术卓越创新中心为跨学科的交叉合作提供了一个成功的例子。今后,中心将继续发挥先行者优势,汇聚顶尖人才,开展高水平研究,推动中国脑科学和脑型智能研究在世界科学研究前沿占据重要位置。

中国科学院大脑科学与智能技术卓越中心,体细胞克隆猴

■记者齐鲁

喝奶粉,玩洋娃娃,在婴儿箱里互相打架.你记得“中国”和“华华”吗?这两只出生于2017年底的体细胞克隆猴子带来了一个神话,即一群猴子可以通过拔毛和吹魔法来创造出来。

对中国科学院脑科学与智能技术卓越中心(以下简称脑智能卓越中心)的科学家来说,经过五年不懈努力培育的两只猕猴宝宝是他们攀登科学高峰的结晶和见证。

恐怕幼猕猴无法想象它们出生的意义它们将有助于大脑认知功能的研究、重大疾病的早期诊断和干预、药物研发等。它将为中国脑科学研究提供国际领先的实验工具,服务于2030年科技创新重大项目“脑科学与类脑科学”(以下简称“中国脑科学项目”)。这是一个大脑科学项目,出口大脑健康和智能技术,这在世界上是独一无二的。

早在2015年,中国科学家就提出了“中国大脑计划”(China Brain Plan)的“一体两翼”框架,即“主体”是大脑认知的神经原理,“两翼”是重大脑部疾病诊疗的新手段和脑机智能的新技术。

这是大脑和智能卓越中心成立的一年。用中国科学院脑智能卓越中心主任、神经科学研究所(以下简称神经科学研究所)主任蒲慕明的话说,这是中国科学院围绕国家中长期科技发展规划的布局。

大脑和智慧携手抢占先机

中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心开幕。

四年前,在北京的五月,一股温暖的微风轻轻搅动着柳树,给春末夏初带来舒适。蒲慕明一行来到中国科学院自动化研究所(以下简称自动化研究所)进行研究。时任自动化研究所所长的王林东接见了他。

那时,人工智能的浪潮席卷全球。在前期充分讨论的基础上,智能技术研究所自动化研究所向科技部、国家发展改革委和中国科学院提交了智能技术发展规划建议,并得到相关部委和中国科学院的批准。

脑智能是自动化研究所的长期战略发展方向。在王林东看来,智能技术的灵魂就像大脑一样。只有当机器像人脑一样感知和思考时,它们才能获得真正的智能。

这与蒲慕明的观点一致。由于人工智能发展的最终目标是达到人类智能水平,因此在设计计算算法和计算设备时,介绍人脑神经网络的结构和工作原理是非常有用的

双方很快达成共识,即脑科学和智能技术应该合作。

此时,蒲慕明还有另一个身份中国科学院脑科学卓越与创新中心主任。该中心是卓越大脑和智力中心的前身。

2014年,中国科学院启动了“带头”计划,勾勒出该院分类改革的轮廓,全面推进体制机制改革。同年,中国科学院脑科学卓越与创新中心(Center for Excellence and Innovation in Brain Science)在神经病学研究所的基础上正式成立,成为中国科学院建立的首批四个卓越与创新中心之一。

科技前沿是强国科技竞争的主战场。谁带头谁就会主动。从脑科学卓越和创新中心的建立到智能技术的增加,所有这些都是对这一战略思想的准确诠释。

2013年,欧洲和美国的技术力量吹响了探索大脑奥秘的号角。美国大脑计划致力于使用新的技术手段绘制人脑活动图,以探索大脑的工作机制。欧盟的“大脑计划(Brain Program)”希望借助信息和通信技术,为数据的系统生成、分析、集成和模拟建立一个研究平台,从而促进人类脑科学研究的加速发展。

此前,中国科学院作为国家战略科技力量,已经敏锐地抓住了这一重大前沿领域,并于2012年启动了战略试点科技项目(乙级)“脑功能图谱与类脑智能研究”。该项目是中国科学院首批推出的五个B型试点项目之一,比美国、日本和欧盟推出相关的“人才项目”要早。

在了解脑科学与类脑智能技术相互学习和融合的新趋势后,中国科学院开始规划脑科学与类脑研究的协调发展。

2015年6月,中国科学院通过了由神经病学研究所和自动化研究所共同规划的“脑科学与智能技术卓越创新中心”建设计划。

这是世界上第一次脑科学和智能技术在实质上融合。最需要跨越的两个领域终于“相互接受”,为脑科学的发展和“中国脑计划”的实施奠定了坚实的基础。脑科学和智能技术是科学研究的热点。近年来,两国分别取得了巨大成就,但相互借鉴的情况仍然很少。”卓越脑智能中心副主任兼自动化研究所所长徐波承认,智能技术的发展正面临新的瓶颈,迫切需要受到神经科学的启发,开发新的理论和方法来提高机器的智能水平。同时,智能技术的发展也有利于神经科学的进一步突破。

可以预测,脑科学和类大脑智能的进步必将给人类带来一个迅速变化的明天。中国科学院院长白春丽(Bai Chunli)曾在《中国科学院院刊》年写道,脑科学和类脑智能的研究关系到人类健康和福祉,有望重塑医疗、工业、军事和服务业的格局,提升国家核心竞争力。中国科学院将继续发挥先发优势,汇聚顶尖人才,开展高水平研究。通过两个前沿学科的相互借鉴和融合,中国科学院将赋予脑科学和类脑情报研究新的内涵和发展动力,推动中国脑科学和类脑情报研究在世界科研前沿占据重要地位。

交叉碰撞带来新想法

2016年6月,蒲慕明在世界神经科学领域获得极高荣誉的“格鲁伯奖”。消息传来时,他正“蹲”在自动化研究所。当时,他正在思考如何将脑科学和智能技术结合起来,如何使不同的学科因融合而产生巨大的创新活力.

大脑和智能卓越中心是中国科学院最具交叉性和共建性的卓越中心之一。除了依托两个领域差距较大的研究机构外,还有39个共建单位,包括中国科学院下属的18个研究所和国内21所大学、医院和企业,分布在上海、北京和合肥等14个城市。

这么大的中心是如何运作的?如何团结100多个实验室团队,形成高效团队,共同研究重大科技问题?

从系统和机制的角度确保学科的整合和发展已成为卓越大脑和智能中心的“首要任务”。

为了促进不同学科之间的深入交流,大脑智能卓越中心(Brain Intelligence Center of Excellence)建立了一个“蹲坐”系统,即中心成员每年必须在其他合作建设单位全职工作两周以上,包括上课、讲课和实验。

事实证明,不同学科之间的碰撞往往会带来意想不到的科学研究灵感和创新火花。

2019年4月,神经病学研究所研究员李承宇和国家纳米科学中心研究员方盈在测量高密度柔性神经流苏和活体神经信号的稳定性方面取得了进展。相关论文发表于《科学进展》。结果来自方盈的“蹲伏点”他们在讨论中有了将柔性电极植入大脑的想法。

方盈的团队设计了电极,李承宇的团队做了生物实验,然后构建了1024个高密度柔性神经雄穗电极通道,实现了小鼠体内神经元电活动的稳定记录。该技术在电极尺寸、集成密度和生物相容性方面处于国际领先水平,在脑-机接口和神经修复等领域具有重要的应用前景。

从脑科学和类脑智能技术到脑部疾病的诊断和治疗,脑智能卓越中心涵盖了广泛的领域。在“蹲着”期间,研究人员有机会接触通常无法进入的领域,他们的思维变得更加开放,甚至改变了最初的研究轨迹。

中国科学院计算技术研究所的研究员陈纪昀和陈石天是大脑智能卓越中心的年轻骨干。受与脑科学研究者交流的启发,借鉴脑科学神经网络的工作机制,他们开发了寒武纪深度学习类脑芯片,实现了大规模人工神经网络的超高性能和超低功耗处理。

事实上,早在大脑和智能卓越中心(Center of Excellence for Brain and Intelligence)建立之初,一些学者就提出大脑科学和智能技术是两个跨度很大的学科,学术语言并不相互关联。为了真正地融合,他们应该诚实并交换他们的需求。

事实上,科研合作必须建立在双方专业交流的基础上。神经病学研究所党委副书记王作人感慨道:“困难很多,只有在改革中才能一步步消化解决。”

“蹲式”交流是促进脑科学与智能技术深度交叉融合的方式之一。此外,大脑智能卓越中心在两个支持单位建立了相互讲座。每个项目组每年至少召开一次会议,中心的股东大会和年度评估会议每年11月召开。

通过以上沟通方式,新的理念和新的突破方向不断产生,越来越多的研究者尝到了交叉整合带来的“好处”。

熊祁智,中国科学院神经科学研究所上海交通大学医学院“脑部疾病临床研究中心”主任,通过团队合作,确定了原发性家族性脑钙化的第一个致病基因MYORG,发现了隐性原发性家族性脑钙化的分子和细胞机制,为开发治疗脑钙化的新方法提供了重要依据。

"没有临床医生,我可能甚至不知道什么是钙化."熊祁智耸了耸肩,说道:“新的方向需要合作者给你提示,这通常是意想不到的。”

跨学科的协同似乎是最有效的。仅在几年内,卓越大脑和智能中心的制度创新就带来了许多新的研究方向,并为跨学科交叉整合提供了一个成功的范例。

融合教育面向未来

培养年轻一代是可持续发展的基石。然而,目前脑科学与类脑智能技术研究相结合的复合型人才短缺,制约了这两个领域的整合与发展。

为此,卓越脑智能中心自成立以来,就把培养复合型人才作为核心任务和目标之一,确立了“充分沟通促进交叉研究,大胆整合培养交叉人才”的科教融合思想。“这一代研究人员是跨领域的,新一代大脑和智力领域的研究生应该达到整合的目标。”蒲慕明说。

大脑和智能卓越中心(Brain and Intelligence Center of Excellence)在2016年启动了双导师研究生制度,即两个不同领域的导师将一名研究生聚集在一起,研究生每年必须在两个研究小组中学习和工作3-9个月。“神经研究所”2018级博士生黄魏晨非常高兴能够享受“双导师”的待遇。除熊祁智外,上海交通大学医学院b超专家郑袁遗也是他的导师。两位导师给了他一个跨领域的话题聚焦超声波的神经调节。

对于有生物学背景的他来说,这是一个巨大的挑战。他不仅要在神经病学研究所学习脑科学知识,还要去上海交通大学医学院学习b超技术。"跨越国界并不容易,但我很感兴趣。"黄魏晨希望在新技术上有所突破。

双导师制的前提是两位导师必须深入合作,形成新的整合方向,否则很难为学生提出好的话题。神经病学研究所所长助理何洁(He Jie)表示,培训过程中的评估也是独立进行的,始终关注双导师培训的性质是否发生了变化。

他们从学术“摇篮”开始就受到双方的培养。导师显然觉得这些学生的想法比他们在学校时“交叉”得多。他们相信那些成功整合新成就的人才会出现在他们中间。

"英雄不会问他们来自哪里。"卓越大脑和智能中心“筑巢引凤”,不分风格聚集人才。

刘真博士是猴子克隆小组的核心成员,也是神经病学研究所的一名医生,他于2018年7月被正式任命为研究员,尽管他没有出国留学的背景,因为他的科研能力和对举世瞩目的重大成就做出了不可替代的贡献。这是培养当地优秀年轻研究人员的有效尝试。

卓越大脑和智能中心自成立以来,在人才引进和培训方面取得了显着成绩。自2014年以来,已有7个关键的选择,共有137人,组成了由杰出科学家领导、由杰出青年科学家主导的研究团队。它是我国脑科学和智能技术研究的主力军和核心力量。

蒲慕明和大脑智能卓越中心的其他合作组织“蹲下”。

团队追求卓越

美国国立卫生研究院曾提出定量大脑功能测试的想法,但最终没有实现,因为不可能将相关学科的科研人员聚集在一起解决关键问题。

值得骄傲的是,大脑和智能卓越中心已经做到了这一点。“大脑科学和智能技术领域的许多创新工作不可能在一个实验室里完成。”在蒲慕明看来,杰出的创新中心是专门组织团队来共同解决重大科学问题的。

脑智能卓越中心(Brain Intelligence Center of Excellence)视团队联合研究为解决脑科学和智能技术重大问题的核心途径,积极探索并建立一个兼顾个人兴趣和集体目标、自由探索和需求导向的科学研究体系。中心还对资源配置模式进行了相应调整,强调点对点方式,注重资源配置前瞻性或有利于提高中心成员整体研究质量的基础工作,注重前瞻性探索性研究工作,如非人灵长类动物模型构建、大脑认知功能检测工具集的研发等。

“大脑认知功能测试工具集的研究与开发”团队处理典型案例,汇集了来自6个单位的13个研究小组。参与研发的神经病学研究所助理所长顾申勇有着丰富的经验:“我们的目标不是发送文章。我们都知道这项工作需要额外的努力。我们可以运用学到的东西去做有意义的事情。我们愿意花精力去做这件事。”

正如神经病学研究所党委书记王艳所说,“如果要让科研人员接受体制和机制的改革,他们必须改变思维,把个人发展与国家的需要结合起来”。

“脑功能连接图和类脑智能研究”试点项目于2017年完成并被接受。2018年,中国科学院实施“大脑认知与类大脑前沿研究”升级乙级试点项目。该项目更加关注并浓缩了两个主要的突破方向。基于克隆猴技术,开展了脑图谱绘制工具猴和脑疾病模型猴的研究开发。基于脑-脑融合,开发了先进的认知计算模型和神经形态芯片。

同时,上海市科技重大项目“全脑神经连锁图谱与克隆猴模型计划”启动实施。以国家战略需求和重大任务为指导,根据国际科学计划“全脑介观神经连接图”计划,该专项绘制了模型动物全脑介观神经连接图,并验证了其在脑认知功能中的意义。建立重症脑部疾病克隆猴模型,探索脑部疾病机制,开发诊疗方法,推进疾病模型猴产业化,为医疗卫生行业服务。

"为了让团队真正认真地解决关键问题,还必须有严格的评估体系。"蒲慕明认为,深入的实质性合作只能在顶级设计和评价导向的双重驱动下进行。

每年11月底,这是大脑和智能卓越中心的“大聚会”,它与学术交流一起进行当年的绩效评估。评估结果是科研人员申请年度科研经费和调整绩效津贴的依据,直接影响其经费实力和晋升机会。

王艳记得行刑开始时影响很大。一些研究人员想知道:为什么他们发了这么多影响因素高的论文后,考试才得了C?

由于评价标准不同,自2015年底以来,“只写论文”的评价体系被打破,重点是对卓越大脑智能中心团队研究项目的贡献,不包括与团队项目无关的结果。它在大脑和智能卓越中心的相关领域取得了重大的创新性成就。对跨学科交流的投资包括多单元“蹲式”教学和研究、指导双师型研究生等。

绩效评估结果分为三个等级:甲、乙、丙,连续两年被评为丙级的会员需要整改。整改期间,年度绩效津贴将停止发放。连续三年被评为丙级的会员将被要求退出。连续两年被评为“优秀”的会员将在晋升考核中获得优先考虑。

此外,卓越大脑智能中心每5年进行一次国际学术评估,评估标准与年度评估相同。评估结果将决定骨干的更新和提升。国际评估的重点是进展水平的“国际化”,即评估标准是世界同类领域的最高标准。

正是因为这些有利于交叉整合和团队处理系统的实施,大脑智能卓越中心才会产生具有国际影响力的创新成果。

目前,脑科学和智能技术研究正面临着前所未有的发展机遇。蒲慕明表示,脑智能英才中心将抓住战略机遇,继续推进相关改革,积极承担国家重大科技任务,根据“一体两翼”的总体部署,在现有团队基础上,会同相关单位进行顶层规划,为“中国脑计划”做准备。

他希望在未来的15年里,中国能够在三个前沿领域取得国际领先的成果:脑科学基础研究、脑部疾病的早期诊断和干预以及类脑智能设备。

脑与智能科学研究时刻

《中国科学报》 (2019-06-25,第四版纪录片)

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