脑科学突破性理论和技术尚未出现

蒲慕明：中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心学术主任眼中的百年脑科学之旅

当我们回顾过去百年的脑科学发展历程，其研究的核心目标始终聚焦于理解大脑神经信息如何被处理以及大脑功能的产生机制。尽管科学家在大脑元件、神经细胞编码以及神经信息存储和提取机制等方面取得了显著成果，但对于如思维产生、抉择、意识、语言等高级脑认知功能的机制，我们的理解仍然非常有限。

事实上，脑科学的发展尚处于初级阶段，尚未出现具有突破性的理论和技术。其中，研究神经环路结构及其如何产生大脑的各种功能是脑科学的关键内容之一。神经元通过复杂的网络结构和特殊的神经环路实现感知、运动、思维等功能。这些环路和通路在特定功能需求时被激活，构成了人脑的神经网络。

虽然神经元的基本结构看似简单，但其种类却极为复杂，目前我们仍无法确定大脑中有多少种细胞以及如何进行分类。这些复杂的神经网络是在人类出生后逐渐形成的，是智力、大脑功能形成的基础。值得注意的是，人类的智力、大脑功能并非在出生时就已经固定，而是受到后天环境、经验等因素的影响逐步形成的。

在神经网络发育过程中，不正常的神经元和突触功能和构造修饰可能导致各种疾病，如自闭症、精神分裂症等。令人鼓舞的是，即使大脑的神经网络已经成熟，它仍然具有可塑性。人类的运动、认知行为等产生的电活动会导致神经元和突触功能的细微变化，进而推动认知行为的改变。

在人工智能领域，蒲慕明院士对类脑算法充满期待，希望其能超越目前的学习算法。学习算法虽然受到广泛关注，但其存在局限性，需要强大的计算能力和大量标记数据。与此人脑的高效能特性使得类脑算法成为人工智能发展的重要突破点。

为了神经网络的奥秘，研究人员提出模拟儿童通过学习改变神经网络的过程。借鉴这一过程可能为类脑人工智能新型机器学习算法和研发类脑计算器件架构提供有益的启示。借鉴脉冲神经网络的概念也可能为我们带来新的突破点。目前，脉冲神经网络在人工智能、机器学习算法中尚未受到足够的重视，但如果在研发出有效的脉冲神经网络方面取得进展，可能会带来许多有意义的应用。脑科学的发展仍处于初级阶段，未来的研究道路充满挑战与机遇。蒲慕明院士及其团队的研究工作为我们揭示了这一领域的精彩世界，并为我们指明了未来的研究方向。