人工智能各国战略解读 | 美国推进创新脑神经技术脑研究计划

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摘要

美国政府2013年提出“推进创新神经技术脑研究计划”，其主要目的是为了探索人类大脑工作机制、开发大脑不治之症的疗法。研究人脑工作机制，不仅对于大脑相关疾病的治愈至关重要，对于研发类似人类大脑的计算机也具有革命性的意义，将大大推动人工智能的发展。计划发布后，政府、企业、高校研究机构高度重视，积极推动，目前已在多个方面取得突破进展。

一、政策出台背景

2013年4月2日，美国总统奥巴马宣布启动了名为“通过推动创新型神经技术开展大脑研究”（Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies）的计划（简称“脑计划”），并计划首年投入1亿美元资助该计划向前推进。其中，美国国防部高级研究项目局（DARPA）投入约5000万美元，重点探索大脑的动力学方面（Dynamic Function of the Brains）的功能，并基于这些发现开创新应用；美国国立卫生研究院（NIH）投入约4000万美元，重点开发研究大脑的新技术；而美国国家科学基金会（NSF）投入约2000万美元，支持跨学科研究大脑，包括物理学、生物学、社会学和行为科学。

奥巴马颁布该计划后，几十个顶尖的高科技企业、高校研究机构、科学家响应计划，有效促进了计划的实施。此外，为美国脑神经科学做出卓越贡献的专家们为实现该计划目标，还为国家健康研究院（NIH）拟定了一个为期长达12年的研究计划。

自从美国总统奥巴马推出BRAIN计划后，美国为推动该计划的进展，频繁做出行动。

（1）公共机构和民间机构合作推动BRAIN计划

政府部门方面，美国政府近两年来不断提高该项目预算，2015年财年预算计划相比2014年增长一倍，达到2亿美元。并且上述3家政府机构的发展目标更加明确，更加注重脑相关技术的研究和开发。民间机构方面，艾伦（Allen）脑科学研究所每年将有超过6000万美元的经费用于支持BRAIN 计划，主要致力于研究认知、决策和指挥行动的脑部活动；霍华休斯医学研究中心（Howard Hughes Medical Institute）每年投入3000发展成像技术，以及研究神经网络的信息存储和加工过程；Kavli基金会预计在未来十年内，每年约投入400万美元，致力于研究脑部疾病发生的机制，并寻找治疗方法；索尔克研究所（Salk Institute For Biological Studies）投入2800万美元，从单个基因到神经回路到行为深入理解大脑。总的来说，美国民间机构对于BRAIN计划投入与政府机构相当。

（2）开展国际项目间的合作，避免重复劳动

2013年上半年，欧盟委员会上半年即宣布投入 10亿欧元资助“未来与新兴技术（FET）”竞赛的旗舰项目之一的“人脑工程（Human Brain Project）”，时间早于美国BRAIN计划。2014年3月，两项计划展开合作，并就合作程度、数据共享问题以及彼此科学进展进行协商，目标是在尽量不重复彼此工作的前提下使研究覆盖尽可能多的领域。

二、BRAIN计划主要进展及下一步工作

2016年10月13日，美国总统奥巴马在分别在匹兹堡、宾夕法尼亚组织的白宫前沿会议（the White House Frontiers Conference）上公布了至今以来BRAIN计划所取得的突破性进展，包括：

（1）主要进展

●大脑扫描头盔

目前的脑成像机需要人们持续进行扫描，导致接受扫描人员处于非常不舒服的状态。目前，西弗吉尼亚大学和弗吉尼亚大学的BRAIN研究人员解决了这个问题，发明了一种可穿戴式正电子发射断层扫描仪（A Wearable Positron Emission Tomography Scanner），这将允许医生观察一个人在更自然状态下的大脑情况，如步行通过一个公园时。

●绘制出行动状态下的鱼脑透视图

由哈佛大学科学家牵头，BRAIN研究人员绘制出了数百个微小的斑马鱼（Zebrafish）在被捕食、光闪烁、点击、遭遇有害化学物质及振动时大脑的透视图。其他科学家将可以免费获得这些被称为“Z-BRAIN”的鱼脑图集。这些鱼脑图某天将有可能帮助科学家们绘制人脑的运行图，从而分析人类的活动。

●设计出能够开关神经元的药物

由Chapel Hill北卡罗莱纳州大学及美国NIH药品滥用研究所（NIH’S National Institute of Drug Abuse）专家主导，BRIAN专家们研发出了一种叫做DREADD（专门接受药物激发的接收器），可以帮助专家们控制那些已经接受了药物的神经元。从针对白鼠的试验来看，该药物已可以帮助人们控制精准地控制小白鼠的进食和行走等活动。

●干细胞遗传学，寨卡病毒与人类进化

加州大学、旧金山大学的BRAIN专家研发出了一种装配线，可以快速分析数以千计的新生脑细胞的基因组合。使用这种方式可以帮助科学家们发现寨卡病毒如何感染神经元，以及人脑可以进化到何种程度。

●一次性测序海量脑细胞基因

由哈佛大学科学家主导，研究人员已经发现了一种叫做“Drop-seq”的研究方法，可以在一次试验中连续对数以万计的脑细胞基因进行测序。对于小白鼠的试验证明了它们可以在视网膜上对数以千计的神经元进行分类，从而使眼部组织决定将进入眼球的光转化为哪些神经信号。这种技术也许某一天会令科学家建立起一个针对人脑每一个细胞的数据库。

●细胞和脑回路

NIH的BRAIN研究人员将研发一种新的工具和方法，从而实现快速识别控制特定脑回路的基因和细胞，包括使用超声波来开关脑回路。

（2）BRAIN研究人员下一步工作

●大型记录和调试——新的技术

NIH的BRAIN研究人员将探索一种创新的方式来实现对大脑活动的监控和控制，包括创造出能够记录大脑深层次活动的大型活动探头。

●大型记录和调试——优化

这些授权将帮助NIH的BRAIN研究人员提高监控和控制大脑活动的方法，包括利用点亮浮游生物的基因来点亮神经元。

●大型纪录和调试——新的概念和早期研究

NIH的BRAIN研究人员将研发主动监测和操纵大脑活动的新方法，包括创建一个由极微小的传感器组成的“神经尘埃”（Neural Dust），以无线方式记录人脑活动。

●下一代人类影像

NIH的BRAIN研究人员将测试扫描大脑活动的新想法和新方法，包括尽力识别神经元与类似的神经胶质细胞的活动。

●下一代的人类侵入型设备

有了这些授权，NIH的BRAIN研究人员将利用深层大脑模拟的新方法来治愈一系列的脑紊乱，包括中风、帕金森疾病和强迫症。

●非侵入性脑神经调节

NIH的BRAIN研究人员将创造新的非侵入性主动脑刺激技术，测试使用现有设备来治疗各种脑紊乱疾病的方法。这些项目包括研发一种使用超声波来精确控制大脑的不同部分的帽子，以及通过加强肢体刺激使中风患者恢复运动的技术。

●了解脑神经回路

NIH的BRAIN研究人员将研发新的技术，以分析人类大脑的海量数据，并利用侵入性的方法来分析人脑在多种情形下的反应。案例包括研发电脑程序来检测和针对阿兹海默症和自闭症，以及在人们说话和阅读时通过电流刺激监测大脑活动等。

●技术推广与培训

有了这些授权，NIH的BRAIN研究人员将利用BRAIN计划所研发的工具进行更广范围的调查，包括测试阻断癫痫症发作的高度精确的方法。

三、启示与总结

欧洲推出的人脑工程和美国BRAIN计划激起了世界研究脑科学的新高潮，日本也发布了相应的脑科学研究计划。认识人脑运作机理，不仅对于大脑相关疾病的治愈至关重要，对于研发类似人类大脑的计算机也具有革命性的意义。

自BRAIN计划出台就备受争议，例如从规划层面来看，有人员认为该计划的具体目标和实施方案的细节不明；从研究内容来看，有研究人员认为该计划可能过分强调神经元的描述，而忽视大脑内胶质细胞重要作用，或许导致该计划最终难以产生预期的效益。说到底，脑科学研究的现状与预期实现的目标之间不可控的因素太多，就连实现预期目标的技术也还在开发当中。但是，美国推动该计划又是势在必行之势，在前进的同时不断明确实现目标的具体细节，不断完善管理。例如，或随着BRAIN计划的推进白宫将成立协调小组，协调各个合作机构的进展，为实现整体目标而协同前进。

本文原载于《电信网技术》。

作者简介

伦一， 中国信息通信研究院互联网法律研究中心研究员。联系方式：[e-mail]。

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