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段树民:脑科学的发展对技术进步和身心健康都有重要影响

2020-12-21 21:35:17    来源:杭州网    作者:杭州网    点击:

12月18日-20日,2020网易未来大会在杭州盛大举行。大会以“洞觉 未见”为主题,汇聚了全球最强大脑,期盼以远见超越未见,去寻找打开未来的钥匙。

大会上,中国科学院院士、浙江大学医药学部主任段树民在《脑与脑机融合》主题演讲时表示,大脑是自然界最奇妙的产物,也是最复杂的产物。科学家有过共识,曾经在《科学》杂志成立125周年时做过调查,25个没有解决的最重要的科学问题,第二个就是意识的神经生物学基础,第一个是宇宙是怎么产生的。

在谈到人工智能对人类的冲击时,段树民说其有正面和有负面。负面的,以霍金为代表的,他的担忧也可能是很多人比较认可的,就是人工智能有没有可能将来是灾难性的,我们人类控制不了它了。当然也有乐观派,例如非常有理想的马斯克,他现在也非常关心人的大脑如何能好好利用人工智能,叫脑机融合、脑机接口。他已经做了一些技术上的突破。按照他的想法,最理想的状态是,将来人的大脑可以很好的控制外界,不管人工智能多发达,外部机器多发达,人的大脑都可以很有效的控制它。如果要做到这一步,最基本的一个问题就是你要精细解析大脑的信号,知道大脑是如何运作的。

段树民说,马斯克这一看似疯狂的想法并不是完全没有可能性的。将来随着技术手段的发展,有可能通过脑机接口,逐步实现人脑和机器脑的融合。

此外,段树民认为,现在的生活,如果和30年前、40年前相比,绝大部分人在物质生活层面都会比那个年代好得多,但并不一定会觉得幸福感比那个时候高得多。主要的原因是幸福感是一种感觉,是脑的一个活动状态,并不完全和物质成正比。所以,调控好我们的大脑具有普遍意义,对身心健康有重要的影响。

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以下为段树民演讲实录:

段树民:非常荣幸能在网易未来大会上讲一下脑科学,今天的主题是区块链和人工智能,实际上这个领域我是外行,但我可以从脑科学的角度来谈谈怎么样人脑能够和人工智能很好的、和平的相处,我们叫脑机融合!

我们知道大脑是自然界,可以说是最奇妙的产物,也是最复杂的产物,我们曾经认为大脑是很难以理解的。科学家有过共识,曾经在《科学》杂志成立125周年时做过调查,25个没有解决的最重要的科学问题,第二个就是意识的神经生物学基础,第一个是宇宙是怎么产生的。

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大脑是进化的产物,可以看到大脑进化了数亿年,实际上我们人类大脑,从灵长类到人类进化的时间并不久,现代人大概是20万年前出现,在历史长河中还不是那么久远。但是人工智能发展也就一百年的时间。尤其是最近十年的发展,令我们非常震惊,在某些方面它的智能已经超过我们人类。下围棋,甚至其他一些事情大大超过人类。因此,它对我们的冲击也是非常巨大的。可以说在过去这些年,脑科学的研究和人工智能的研究这两个领域其实是交融非常少的,基本上研究人工智能的不太关心脑子是如何工作的。我们研究大脑的人,也不太懂人工智能。唯一有个交叉点,人工智能这些年应用了神经网络和深度学习,可能和我们大脑开始研究的行为,科学家提供一些理论学说,有那么一些贡献。但这两个学科基本上还是交叉的很少。

人们对人工智能发展的看法其实是两方面的,有正面的,有负面的。负面的,以霍金为代表的,他的担忧也可能是很多人比较认可的,就是人工智能有没有可能将来是灾难性的,我们人类不能控制它了。当然也有乐观派,例如非常有理想的马斯克,他现在也非常关心人的大脑如何能好好利用人工智能,叫脑机融合、脑机接口。他已经做了一些技术上的突破。按照他的想法,最理想的状态是,将来人的大脑可以很好的控制外界,不管人工智能多发达,外部机器多发达,人的大脑都可以很有效的控制它。

如果做到这一步,最基本的一个东西就是你要解析大脑的信号,知道大脑是如何运作的。只有解析好大脑,我们才知道如何将大脑的指令很好地传到外部仪器。解析大脑实际上也是我们脑科学这些年不懈努力的工作。科学家们曾认为如果将来的研究做到极致的话,我们应该能够在分子细胞微观水平上解释大脑各种功能的工作机理,包括最神秘的意识。我们每个人都不一样,性格各异,所具有的特长也是各异的。如果真正能把大脑解析清楚的话,这些特异的,每个人不一样的地方,其实就是负责某一特异功能那一块的神经元集群及其联系、以及相关的分子事件是不一样的。按照还原论,我们最终是能从分子细胞水平来解释智能的活动。

脑科学的研究在过去这些年主要从大致两个方面进行的:一个是微观的分子细胞水平;另一个就是宏观的系统,心理认知这个水平。这两个水平的研究都可以说取得比较大的进展,尤其是微观水平,我们现在对在微观上神经元怎么处理信号,是怎么发放信号,这些已经研究的非常清楚。在系统和认知功能上,我们也研究出一些规律,但是我们仍然做不到还原论的看法,不知道这些功能是怎么样从分子细胞水平来完成这些系统的功能。最主要的原因就是缺乏一个中间的环节,我们叫神经环路。人工智能领域称为神经网络,正是在这个网络水平的活动才是大脑工作机理的关键,而我们对它了解的很少。为什么很少,主要是缺乏手段,神经环路太复杂了。我们人的大脑有上千亿个神经元,每个神经元又和成千上万其他的神经元发生联系。所以过去科学家曾经认为这是不可能了解清楚的,基本上是放弃的。要么就去研究非常微观的东西,要么就研究宏观的,把它作为一个黑匣子来处理。但是近些年,脑科学领域有些技术的突破,这也是交叉科学合作的结果,使得科学家认为我们现在有可能对神经环路进行比较好的解析,这一系列技术我就不详细说了。

一个有代表性的技术突破就是光遗传学,什么意思呢,可以把一个外界的对光敏感的通道通过遗传学的方法,可以把它转基因到特定的神经环路里特定神经细胞上,然后就能对这个环路进行解析,甚至对它的行为学进行解析。和它相对应的还有其他一系列技术,包括形态学上的显微成像技术的发展,神经元联系的可视化追踪等等手段,可以从功能上和形态上对神经环路进行精细的解析。这样的话,使得科学家有信心对动物复杂的脑功能机制进行详细的环路解析。

脑的功能研究也有几个层次,如果从行为学来研究,可以是简单感觉运动,我们觉得感觉运动很复杂,其实对脑功能来说是最简单的功能。复杂的功能,如高级认知功能,也是大脑的新皮层的功能,包括逻辑思维、抉择、学习记忆。人工智能的逻辑计算所模拟的智能主要是这方面的。在进化上人类新皮层是近几十万年的结果。但是中间环节的本能行为则是大脑数亿年进化的结果,而且高度保守,一直到人类还在发挥重要作用。但过去的研究非常少,主要也是研究手段的限制。本能行为其实非常重要,对我们的潜意识、我们意识不到的东西发挥很重要的作用。另外它也是目前人工智能所不具备的功能。手人工智能遇到的计算瓶颈就是高能耗、依赖大数据学习。而这些恰恰是本能行为的优势,大多数本能行为都是生来就有的,或者只需要经过简单的学习,不需要大样本学习就可以高效运行。另外,它的耗能也是非常少,这些都是人工智能需要向大脑学习的地方。

在心理学的研究中,我们知道弗洛伊德对梦的解析。那时候他遇到问题,他要解析的东西其实都是本能的行为。他是个精神科医生。遇到了很多病人出现的问题其实就是现在所说的焦虑症、抑郁症。他们的主诉可以是全身的症状,主要的功能就是本能功能出现的障碍和问题。这些问题过去没有神经科学办法去研究,所以要通过精神分析和心理学手段进行研究和判断。

本能功能出现的问题,在现代社会产生越来越重要的影响,对我们身心健康影响可以非常广泛。社会节奏的加快、竞争压力的增加,使得神经精神疾病的发病率越来越高,在中国的疾病总负担中已经占20%,超过癌症和心血管疾病。所以脑科学的研究的意义,无论对基础、交叉学科还是实际临床应用上都是非常重要的。

下面简单举一个本能行为的例子——恐惧。如先天性恐惧,最著名的例子是老鼠怕猫,小老鼠不一定被猫咬过,它生下来就会怕猫,当然恐惧也会后天性,如一次被蛇咬,十年怕井绳。恐惧对生物,包括到人类都有重要影响。现在很多焦虑,你为什么焦虑?就是你在害怕一些东西,所以恐惧的情绪对我们的身心健康会有很大影响。

这种情绪,你能否解析甚至控制它?其实我们在动物里面可以做得很好。这个图像里面用TMT这三个字标记烧杯,烧杯里面放的液体是含有小鼠天敌的味道,就是狐狸尿或者猫尿的味道,它闻到这种气味就一点都不敢动。我们找到脑内的某个部位的一些神经细胞,让他们表达光敏感通道,就可以用光控制他们的活动。你可以发现用光刺激它们,就可以让小鼠克服恐惧心理,它可以向周围跑去探索环境,可以看到非常有效地控制了恐惧行为。光灭了以后,它闻到气味又躲避,恐惧行为又出现了。

反过来我们可以控制另外一群神经细胞,刺激它们后则会产生恐惧行为。小鼠本来是自由活动的,但当光刺激这些神经元时,小鼠马上就不敢动,产生本能的恐惧反应。

我们已经可以在动物里面对各种行为进行精细的解析和调控。将来是否可以造福于人类,比如人类的焦虑抑郁症?当然不能埋光纤,所以科学家们想办法用无创的方法来调控脑的特定部位,比如聚焦超声和其他一些办法。将来随着我们技术手段的发展,有可能做到通过脑机接口实现人脑和外界机器脑的融合,不但发挥脑的巨大的功能,也可以让我们的大脑处于一个很好的状态。其实我们大脑能够产生内源性奖赏物质,使得我们处于一个良好的状态,做事情会有动力;但如果发生抑郁症,这些物质就不分泌,就会产生问题。当然如果过度去刺激它也会出现问题,如吸毒,就是过度刺激这个系统,最终造成成瘾。我们提出一个概念就是“幸福脑”,我们对幸福是一种感觉,是你的一种认识,而不是绝对依靠物质生活。绝对的物质生活再丰富,也不一定愉快。现在的生活,如果和30年前、40年前相比,绝大部分人在物质生活层面都会比那个年代好得多,但并不一定会觉得幸福感比那个时候高得多。主要的原因是幸福感是一种感觉,是脑的一个活动状态,并不完全和物质成正比。所以,调控好我们的大脑具有普遍意义,对身心健康有重要的影响。

我就讲这些,谢谢大家!

2020网易未来大会由杭州市人民政府和网易公司联合主办,杭州市商务局、杭州市经济和信息化局、杭州市滨江区人民政府、北京网易传媒有限公司以及网易(杭州)网络有限公司承办,中国移动总冠名。大会将进行三天的头脑风暴、涵盖了预见未来、新基建、人工智能、区块链、潮商业、UP生活以及和文化等论坛。

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