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中新網(wǎng)成都10月21日電 (單鵬 程兆)當(dāng)前，腦機(jī)接口已成為全球科技前沿?zé)狳c(diǎn)。正在成都舉行的第81屆世界科幻大會(huì)，也將目光投向了這一科幻與科技迭代互進(jìn)的領(lǐng)域。近日，在本屆世界科幻大會(huì)主場(chǎng)館舉辦的一場(chǎng)論壇，就圍繞腦機(jī)接口和數(shù)字孿生展開了一場(chǎng)“頭腦風(fēng)暴”。

腦是典型的復(fù)雜信息處理系統(tǒng)。對(duì)腦的解密是人類自然科學(xué)的“終極疆域”，其衍生技術(shù)可引領(lǐng)神經(jīng)科學(xué)、醫(yī)學(xué)、新型智能理論以及未來計(jì)算等多個(gè)領(lǐng)域。腦機(jī)接口概念在20世紀(jì)70年代就被提出，是指在人或動(dòng)物大腦與外部設(shè)備之間創(chuàng)建的直接連接，實(shí)現(xiàn)腦與設(shè)備的信息交換。數(shù)字孿生則是基于計(jì)算機(jī)技術(shù)構(gòu)建一個(gè)數(shù)字孿生腦。

相關(guān)研究者認(rèn)為，腦機(jī)接口技術(shù)是通向數(shù)字孿生的“鑰匙”。大腦由神經(jīng)元搭建起來，是一個(gè)有很多腦區(qū)或神經(jīng)元層次交互的系統(tǒng)，利用數(shù)學(xué)公式將大腦結(jié)構(gòu)解析，刻畫出大腦內(nèi)部的交互，通過計(jì)算機(jī)開展大規(guī)模的數(shù)值計(jì)算，能夠形成一個(gè)小到神經(jīng)元突觸的某個(gè)層次、大到跨腦區(qū)環(huán)路甚至全腦的數(shù)字孿生模型。

“腦機(jī)接口好比一扇窗口，打開這扇窗戶，我們就能窺探大腦如何活動(dòng)。”電子科技大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授徐鵬表示，為研究大腦功能解碼，他開展了一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)者戴上一個(gè)緊貼頭皮的帽子，帽子上密布的電極對(duì)腦電信號(hào)進(jìn)行采集，計(jì)算機(jī)運(yùn)用算法對(duì)采集到的腦電信號(hào)進(jìn)行解碼、讀取實(shí)驗(yàn)者的心情，得出“高興”“正常”“悲傷”三種結(jié)論。再通過神經(jīng)反饋或物理刺激調(diào)控，幫助實(shí)驗(yàn)者調(diào)整情緒狀態(tài)。

“腦機(jī)接口研究還在早期，還面臨幾個(gè)挑戰(zhàn)，比如是否有簡(jiǎn)單有效的方式采集大腦信號(hào)，如何對(duì)信號(hào)解碼。大腦和計(jì)算機(jī)的交互機(jī)制也有待探索。”徐鵬說，這項(xiàng)研究的長(zhǎng)遠(yuǎn)價(jià)值在于探索大腦的運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)理，推動(dòng)人類設(shè)計(jì)出更加高效的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)際意義在于揭示腦卒中以及自閉癥、抑郁癥等精神疾病的發(fā)病機(jī)理，為患者提供個(gè)性化診療方案。

腦機(jī)接口關(guān)注的是大腦與計(jì)算機(jī)的交互，而數(shù)字孿生關(guān)注的是計(jì)算機(jī)對(duì)實(shí)體世界的數(shù)字化建模和仿真。“能不能從結(jié)構(gòu)和功能上構(gòu)建一個(gè)與真實(shí)大腦相似的生物模型，并再現(xiàn)一些自發(fā)的腦活動(dòng)與腦功能?實(shí)際上是可以的。”電子科技大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授郭大慶表示，目前學(xué)界從神經(jīng)系統(tǒng)或者腦動(dòng)力學(xué)著手，已能部分實(shí)現(xiàn)大腦的數(shù)字孿生。但該項(xiàng)研究還處于初步階段，從微介觀水平構(gòu)建全腦系統(tǒng)仍任重道遠(yuǎn)，其難點(diǎn)在于腦系統(tǒng)的復(fù)雜性以及對(duì)算力的巨大需求。

郭大慶分析說，有了數(shù)字孿生，就可以探索不同腦區(qū)之間的大尺度計(jì)算，了解并掌握大腦內(nèi)部的整合規(guī)則和基本原理，利用生物脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建相關(guān)智能模型。郭大慶團(tuán)隊(duì)正在開展大尺度腦活動(dòng)動(dòng)力學(xué)建模和機(jī)器學(xué)習(xí)探索，該模型有助于解析腦功能和腦疾病，發(fā)展類腦算法。

從現(xiàn)有研究看，現(xiàn)階段數(shù)字孿生最接近應(yīng)用的領(lǐng)域是對(duì)腦疾病的調(diào)控。而對(duì)于未來研究趨勢(shì)，郭大慶認(rèn)為，半侵入式或者面向大腦動(dòng)態(tài)調(diào)控的新型無創(chuàng)腦機(jī)接口將是新一代腦機(jī)接口主要發(fā)力的方向。在數(shù)字孿生領(lǐng)域，后續(xù)研究或?qū)㈥P(guān)注大腦中重要的角質(zhì)細(xì)胞、血管系統(tǒng)等，研究其與腦神經(jīng)的交互，“如果把這些考慮進(jìn)來，有一天也許能真正孿生出一個(gè)人腦。”(完)

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