信息科學(xué)與現(xiàn)代神經(jīng)科學(xué)真正結(jié)合起來(lái)，是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)，計(jì)算神經(jīng)科學(xué)是二者之間的橋梁，將在類腦計(jì)算、人工智能和腦機(jī)接口(Brain-Machine Interface)的發(fā)展中起關(guān)鍵作用。可以說(shuō)，沒(méi)有世界一流的計(jì)算神經(jīng)科學(xué)，就不可能有世界一流的類腦智能技術(shù)創(chuàng)新。反過(guò)來(lái)，機(jī)器學(xué)習(xí)(包括深度學(xué)習(xí))能引進(jìn)新的方法來(lái)處理腦科學(xué)數(shù)據(jù)，新的思路來(lái)模擬腦功能。因此，計(jì)算神經(jīng)科學(xué)與信息科學(xué)應(yīng)密切合作，對(duì)腦科學(xué)與類腦人工智能重大前沿問(wèn)題進(jìn)行聯(lián)合攻關(guān)。
應(yīng)鼓勵(lì)更多的理工人才進(jìn)入腦科學(xué)
我們需要利用物理學(xué)、數(shù)學(xué)的方法研究上千億神經(jīng)元組成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)及其非線性動(dòng)態(tài)行為;需要用理論和數(shù)學(xué)模型從基因、到神經(jīng)元、到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、到腦系統(tǒng)的多個(gè)層次來(lái)研究，以解釋認(rèn)知功能;需要用新的信息科學(xué)的工具分析和解讀實(shí)驗(yàn)中獲得的海量數(shù)據(jù);需要用生物醫(yī)學(xué)工程的技術(shù)來(lái)制造腦機(jī)接口，使脊髓損傷和運(yùn)動(dòng)殘疾的病人能夠用腦電信號(hào)控制智能假肢。在這些方面，中國(guó)都具有很大的潛力優(yōu)勢(shì)，而發(fā)展計(jì)算神經(jīng)科學(xué)是關(guān)鍵。
計(jì)算神經(jīng)科學(xué)在我國(guó)還相對(duì)薄弱，但我們擁有大批杰出的理工科人才，尤其是年輕人。他們?nèi)粲袡C(jī)會(huì)進(jìn)入腦科學(xué)，計(jì)算神經(jīng)科學(xué)的快速發(fā)展便指日可待。這不僅會(huì)培養(yǎng)基礎(chǔ)研究的下一代領(lǐng)軍人，同時(shí)會(huì)帶出一大批類腦智能工程技術(shù)人才。舉一個(gè)最近的例子，倫敦大學(xué)學(xué)院的兩位計(jì)算神經(jīng)科學(xué)博士后創(chuàng)辦的DeepMind公司，創(chuàng)業(yè)后不久后便被谷歌以4億美元(約25億人民幣)收購(gòu)。 近年來(lái)，谷歌、Facebook等公司極力招計(jì)算神經(jīng)科學(xué)的畢業(yè)生，這種需求會(huì)越來(lái)越大。
培養(yǎng)新一代計(jì)算神經(jīng)科學(xué)家，可考慮幾種方式。在美國(guó)，斯隆基金會(huì)(Sloan Foundation)與斯沃茨基金會(huì)(Swartz Foundation)從90年代中便開(kāi)始建立理論神經(jīng)科學(xué)中心，現(xiàn)在總共有11個(gè)斯隆-斯沃茨(Sloan-Swartz)中心，分布在各個(gè)大學(xué)。這些研究中心重點(diǎn)放在吸引培養(yǎng)有物理、數(shù)學(xué)或其他計(jì)算科學(xué)背景的研究生和博士后，幫助他們成功地轉(zhuǎn)入計(jì)算神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域。迄今這些中心培養(yǎng)出的一百多名學(xué)者已在世界各地的著名學(xué)府擔(dān)任教授，使計(jì)算神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域日趨成熟。中國(guó)應(yīng)考慮建立幾個(gè)理論與計(jì)算神經(jīng)科學(xué)中心。另外，各強(qiáng)勢(shì)大學(xué)應(yīng)打破學(xué)科的界線，開(kāi)本科和研究生的計(jì)算神經(jīng)科學(xué)課，條件成熟后可建有關(guān)的專業(yè)。這不僅讓物理學(xué)和數(shù)學(xué)學(xué)科的青年人有機(jī)會(huì)學(xué)習(xí)神經(jīng)科學(xué)，也讓實(shí)驗(yàn)科學(xué)家有機(jī)會(huì)學(xué)習(xí)建模的數(shù)學(xué)知識(shí)。暑期學(xué)校是另一種有效的途徑。美國(guó)海洋生物實(shí)驗(yàn)室從1988年起辦計(jì)算神經(jīng)科學(xué)暑期學(xué)校，訓(xùn)練了大批從數(shù)理化、工程、信息科學(xué)轉(zhuǎn)到腦科學(xué)的年輕人。我們?cè)趪?guó)內(nèi)也于2010年起步創(chuàng)辦了計(jì)算和認(rèn)知科學(xué)的暑期學(xué)?！?】，培養(yǎng)這方面的跨學(xué)科的年輕人才。還有，為了建立一個(gè)新的領(lǐng)域，必須有討論會(huì)以便于各領(lǐng)域的專家和學(xué)生定期集會(huì)、交流和開(kāi)展合作，這對(duì)計(jì)算神經(jīng)科學(xué)這樣的交叉學(xué)科尤為重要。因此，我們需要有條件舉辦定期的會(huì)議和暑期學(xué)校。
展望計(jì)算神經(jīng)科學(xué)與類腦智能的未來(lái)
“十三五”規(guī)劃，為我國(guó)發(fā)展這個(gè)新的交叉領(lǐng)域帶來(lái)了良機(jī)。我們的目標(biāo)應(yīng)該包括：第一，發(fā)展海量數(shù)據(jù)分析的方法，為處理腦數(shù)據(jù)(包括腦環(huán)路和聯(lián)結(jié)組學(xué)數(shù)據(jù)、高密度成像數(shù)據(jù)、大規(guī)模認(rèn)知功能測(cè)量和腦疾病研究數(shù)據(jù)) 服務(wù)。第二，發(fā)展理論和計(jì)算神經(jīng)學(xué)，尤其是大尺度的認(rèn)知(包括記憶、決策、語(yǔ)言)功能腦系統(tǒng)計(jì)算模擬、跨層次(分子，細(xì)胞，多尺度網(wǎng)絡(luò)，動(dòng)態(tài)系統(tǒng)和行為)機(jī)制的分析。第三，發(fā)展行為實(shí)驗(yàn)的測(cè)量方法，包括對(duì)腦疾病患者認(rèn)知功能的定量測(cè)量及其標(biāo)準(zhǔn)化。第四，發(fā)展計(jì)算神經(jīng)學(xué)與類腦人工智能的交叉研究和應(yīng)用，包括深度學(xué)習(xí)算法、智能機(jī)器人等。第五，將人才從數(shù)理化、工程、信息科學(xué)吸引到神經(jīng)科學(xué)來(lái)，培養(yǎng)受過(guò)良好定量訓(xùn)練的新一代腦科學(xué)家。第六，建立專門支持跨科學(xué)研究的項(xiàng)目。第七，在海量數(shù)據(jù)共享、跨學(xué)科的研究和人才培訓(xùn)等方面開(kāi)展國(guó)際合作。 這一切都需要改革資助經(jīng)費(fèi)和管理運(yùn)行的方式，還需要我們支持跨單位、跨學(xué)科的協(xié)同創(chuàng)新。
大腦是宇宙中最復(fù)雜的系統(tǒng)之一，近年來(lái)研究技術(shù)的大突破為人類認(rèn)識(shí)大腦開(kāi)創(chuàng)了新紀(jì)元。但我們對(duì)腦功能、尤其高級(jí)認(rèn)知功能的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)機(jī)制的研究才剛剛起步，實(shí)驗(yàn)神經(jīng)科學(xué)必須與理論和計(jì)算神經(jīng)學(xué)攜手共進(jìn)。計(jì)算神經(jīng)科學(xué)也是腦科學(xué)與人工智能兩個(gè)領(lǐng)域之間的必要橋梁，這些領(lǐng)域的互動(dòng)和協(xié)同創(chuàng)新將極大推動(dòng)未來(lái)的信息科技、腦科技以及下一代超級(jí)計(jì)算機(jī)的發(fā)展。((作者為上海紐約大學(xué)副校長(zhǎng)、紐約大學(xué)神經(jīng)科學(xué)教授，原耶魯大學(xué)神經(jīng)科學(xué)終身教授。))