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神经机器人等六大平台发布 欧盟人脑计划走向实用

发布时间:2016-07-18 09:24:41点击:

  欧盟人脑计划近期发布了信息及通信技术平台(ICT)的最初六个版本,这将有助于促进神经科学、医学和计算机学的合作研究,也标志着欧盟人脑计划历经30个月的预热阶段后终于结束,走向实际运营环节。其中的神经机器人平台将通过模拟计算来制造机器人智能。

 

  信息通信平台(ICT)发布

 

  当地时间3月30日,欧盟人脑计划(Human Brain Project,以下简称HBP)召开新闻发布会公布了重要的阶段性成果,信息及通信技术平台(ICT)的最初六个版本公开发布,号召广大神经科学领域的研究者使用的他们的软硬件平台,这将有助于促进神经科学、医学和计算机学的合作研究。这一举动标志着人类大脑计划历经30个月的预热阶段后终于结束,接下来将进入实际运营环节。

 

  该计算平台包括大脑仿真工具、可视化软件和一对可远程访问的超级计算机,由原型硬件、软件工具、数据库和编程界面组成,将以一种与用户合作的方式继续提升和扩展,并且在欧洲科研基础设施的框架内协调整合。以便于实时研究大脑活动,而让我们有能力能够实时研究大脑活动正是HBP开发计算的目标之一。

 

 


  这六大平台是:

 

  神经信息平台:登记、搜索、分析神经科学数据。

 

  大脑模拟平台:重建并模拟大脑。

 

  高性能计算平台:用计算和储存设备去运行复杂的仿真计算并分析大量数据集。

 

  医学信息平台:搜索真实的病人数据,从而理解不同大脑疾病的异同。

 

  神经形态计算平台:借助计算机系统,模仿大脑微回路并应用类似于大脑学习方式的原则。

 

  神经机器人平台:通过将大脑模型与仿真机器人体和周围环境连接起来,来对其进行测试。

 

  这些技术平台被科学家们用作分析、开发和仿真的工具。比如,提供大脑图谱或进行虚拟行为实验。

 

  Karlheinz Meier是神经形态平台的合作领导者,他说:「人类大脑计划诚邀各地科学家用我们的原型平台工作,并给我们反馈。这将帮助我们提高它们的功能和易用性,并以此提高它们的社会价值。」HBP神经形态计算平台的联合负责人Karlheinz Meier表示,科学家还将需要一些时间去学会使用工具。他说:「我相信许多有用的程序应用随后就会出来。」

 

  助力智能机器的神经机器人平台

 

  在发布六大平台中,德国慕尼黑理工大学主导的神经机器人平台给科学家提供了应用脑模型于各种不同机器人并因此实施他们实验的机会,平台负责人AloisKnoll教授说:「我们期待机器人未来在制造业和护理部门与人类更加亲密地工作,为了这项工作,机器人必须能够感知周围环境,就像人类一样。这意味着我们不得不知道大脑中的感知是如何工作的。在HBP期间,我们将在计算机模拟中给机器人配备不同的大脑模型并测试它们的行为。」因此,针对神经机器人的信息与通讯技术平台的最初目标是提供与人脑模型有关联的机器人模拟。

 

  另外,在设计好的虚拟环境中,这些机器人的行为被检查过了。如今所有科学家通过一个中央门户网站可以进入这个平台的原型。一个神经元网络模型可适用于各种不同的虚拟机器人,是可以在一种图书馆中找到的。例如,有一个虚拟老鼠,能区分不同物品之间的颜色。另一方面,「哈士奇」是一辆越野车,在虚拟地面上行驶。你甚至可以选择一个人形机器人。平台的用户有机会进行自己的实验,或者也可以访问其他实验的结果。平台的开发者们愿意直接与用户联系,基于用户的反馈逐步改善软件。反过来,用户可以进行测试,看出自己的模型是多么现实。

 

  慕尼黑理工大学神经机器人子项目的科研协调员FlorianR hrbein博士解释说:「我们希望学会如何从模拟实验和使用合作伙伴数据中制造机器人智能。」下一个项目阶段也应该看到真实肉体机器人模型的出现,其设计使用了人脑模型。背后的基本观点是:如果机器人能以与人类相似的方式感知周围环境,就能与人类最好的工作。基于这种假设,Knoll的研究员们早在2012年末开发了所谓的ECCEROBOT。有了ECCEROBOT,肌肉、筋腱和关节都被再造出来了。在人类大脑计划的过程中,一个新的按照这个逻辑有大脑的机器人,可能创造出来,与人脑在解剖学上是相似的。

 

  关于欧盟人脑计划

 

  HBP于2013年入选了欧盟的未来旗舰技术项目(另外一个是石墨烯),获得了10亿欧元的支持。其平台设计的初衷是帮助研究员共享数据和研究成果,提供给他们更加先进的信息通信技术功能,从而帮助他们实现更快更高效的研究进展。

 

  其主要任务是收集和整合不同类型的神经科学数据,从而使用计算机技术在不同层面上重建人类大脑,从神经元内部到整个大脑功能,并且还要对大脑进行仿真模拟。HBP统筹负责人、同时也是瑞士联邦理工学院洛桑分校的Philippe Gillet说,这些平台将最终形成一个面向全欧洲的永久性的研究基础架构。类似的案例就是欧洲生物样本库和分子生物学资源研究基础架构,它是一个分布式的中心网络,让研究人员获得生物样本和相应数据。然而,对欧盟人脑计划而言,要迈入这一阶段还需要政府的长期资助。

 

 


  神经科学是目前最大的科学挑战之一,但之前该领域的研究者发现,在大脑研究过程中我们一直以来面临的最大障碍是各项大脑研究工作及产生数据的碎片化。当今的神经认知学领域的研究非常富有成效但缺乏系统性。它得到的众多数据描述了大脑众多区域内不同生理组织的不同层次,而这些研究样本又来自于不同发育阶段的不同物种。

 

  现阶段,研究者迫切需要将这些数据进行整合,以更好的展示出各部分如何组合并形成统一的、多层次的研究体系。生物学和信息通信技术的不断融合给了我们实现这个伟大目标的机会。

 

  新的基因测序和成像技术、新的显微镜观测技术使我们观测大脑的方式发生了彻底改变。借助互联网和云计算,我们可以轻易的将分布在世界各地的研究机构和医疗机构的数据进行高效整合。

 

  神经信息学为我们提供了更先进的数据分析方法,帮助我们构建无比详尽的大脑图谱并进行共享,鉴别我们各自的知识缺陷和盲点,并在实验数据缺失时通过技术手段对参数值进行预测。而对于大脑庞大且复杂的生理细节,超级计算机的出现也使得建立和模拟各种大脑模型成为可能。

 

  在这样的背景下,HBP应运而生。该计划于2013年正式启动,来自24个国家的800位科学家参与进来,通过开发一系列工具来让全体神经科学研究者更好的合作研究。此次公布的信息及通信技术平台(ICT)初版是HBP的四大目标之一,另外三个目标包括数据、理论和应用。

 

  收集和整合所有现存关于大脑功能的数据,以此绘制人脑图谱并设计人脑模型,同时吸引项目外的研究机构来贡献数据。当今的神经认知学已经积累了海量实验数据,大量原创研究带来了层出不穷的新发现。即便如此,构建多层次大脑图谱和统一的大脑模型所需的绝大部分核心知识依然缺失。因此,HBP的首要任务是采集和描述筛选过的、有价值的战略数据,而不是进行漫无目的的搜寻,数据研发的三个重点包括老鼠大脑的多层级结构、人脑的多层级结构和人脑功能和神经元结构。

 

  加强大脑理论研究,定义数学模型,解释不同大脑组织层级与它们在实现信息获取、信息描述和信息储存功能之间的内在关系。如果缺乏统一、可靠的理论基础,我们很难解决神经科学在数据和研究方面碎片化的问题。因此,HBP将包含一个专注于研究数学原理和模型的理论研究协调机构,这些模型用来解释大脑不同组织层级与它们在实现信息获取、信息描述和信息储存功能之间的内在关系。

 

  开发程序应用,为神经认知学基础研究、临床科研和技术开发带来的各种实用价值。首先,形成统一的知识体系原则,本项目中的人脑模拟系统和神经机器人系统会对负责具体行为的神经回路进行详尽解释,研究者可利用它们来实施具体应用。其次,对大脑疾病的认识、诊断和治疗。研究者可充分使用医疗信息系统、神经形态计算系统和人脑模拟系统来发现各种疾病演变过程中的生物签名,并对这些过程进行深入分析和模拟,最终得出新的疾病预防和治疗方案。第三,未来计算技术。研究者可以利用HBP的高性能计算系统、神经形态计算系统和神经机器人平台来开发新兴的计算技术和应用。

 

  发布信息通信平台的重要意义

 

  在本次发布会之前,这项耗资10亿欧元的大科学项目曾引发了许多人的担忧,他们不知道这个庞大的计划是否能为更加广泛的神经科学研究带来益处。

 

  刚刚发布的平台上有一些项目可以免费试用,另一些只有在同行评审的应用程序中成功后才能试用,因此还不清楚这个平台会在脑科学研究者中产生怎样的共鸣。德国慕尼黑大学计算神经科学主席Andreas Herz在此次发布会上直言:「在这一点上,没有人能说清研究平台是否将取得成功。」

 

  而早在2014年,许多优秀的神经科学研究者抱怨管理部门夸大了计算平台能做的事情,大约有150人在请愿书上签名,声称这个项目管理不善,脱离了原定的科学路线,而且他们宣誓要抵制HBP,除非他们担忧的问题得到解决。HBP处于一片混乱中,面对争议甚至嘲笑,媒体界甚至使用如「大脑迷雾」和「大脑迷船」这样的字眼来形容HBP。

 

  尽管批评者认为HBP在理解大脑和治疗脑部疾病方面设定了「不现实的目标」,并因此失去公信力,然而Dayan和Mainen等批评者也完全支持该项目关于计算工具、数据集成和数学模型的研究。

 

  一篇完成于2015年3月的独立评审证实了上述担忧,并督促管理部门做出改变。这份报告强调,HBP所创建的计算基础架构必须对更广泛的科学群体有价值。为这个项目注入大部分资金的欧盟委员会采纳了这些建议,因此,我们在今天才看到了这样一个具有实用价值的计算平台的发布。

 

  Andreas Herz认为,这项工具的发布显示了该项目负责人开始接受现实,那就是专注于提供具体的服务,并让研究在更广大的范围内惠及更多研究者。不过,他警告说,这个项目依然存在「逻辑漏洞」,比如误认为对神经元的零散稀少的记录能产生密集数据的「白日梦」。dan此次计算平台的发布在一定程度上缓对HBP的担忧,就像德国尤利希研究中心神经科学家、HBP董事会成员Katrin Amunts在3月30日的新闻发布会上所说:「新平台打开了无数新的分析人脑的可能途径,我们感到自豪,能给全球脑科学研究者提供一个参与的机会。」