巔峰對話，蒲慕明院士、沈定剛教授暢議人工智能與腦科學的融合演進之路

上海2023年3月15日 /美通社/ -- "當我們仰望星空的時候，我們有時候會感嘆宇宙的浩瀚和無垠。但我們的人體當中就存在著大腦這個‘三磅宇宙’，它和宇宙一樣神秘、無限。"

近期，中國科學院院士、中國腦科學研究領軍人物蒲慕明院士與聯影智能聯席 CEO 、醫(yī)療人工智能領域前沿探路人沈定剛教授共同開啟了一場巔峰對話，在回首過去與展望未來之間，暢議人工智能與腦科學研究的融合演進之路。

以“實用”為導向的中國腦科學

腦科學被譽為"人類科學最后的前沿"，認識腦的奧秘是對人類的“終極挑戰(zhàn)”。近年來，各國相繼意識到了腦科學研究的重要性，在既有的腦科學研究支持外陸續(xù)啟動了各自有所側重的腦科學計劃，我國也將"腦科學與類腦研究"上升為國家戰(zhàn)略。

作為世界上最早開展醫(yī)學影像人工智能研究的科學家之一，沈定剛教授在談及國外與中國在腦科學研究上的主要差異時指出，國外針對腦科學有組織、有規(guī)模的研究起步相對較早，且在數據收集等研究策略上體現出了一定前瞻性、長期性。"舉一個典型的例子，國外在針對腦科學的研究中，即使遇到某些當下無法處理或是不知其是否有用的研究數據，研究人員都會選擇提前做采集、保留，說不定隨未來研究經驗的積累，這些數據能夠很好地得到利用。"

各國競相投入腦科學研究意義深遠，而我國目前也已形成一條明確的戰(zhàn)略藍圖。2019 年 9 月，科技部正式發(fā)布科技創(chuàng)新 2030 "腦科學與類腦研究"重大項目 2021 年度項目申報指南的通知，涉及 59 個研究領域和方向。自此，"中國腦計劃"正式啟航。

根據中國腦計劃"一體兩翼"結構特征，中國腦計劃主要目的在于推動對大腦基本規(guī)律的理解，同時利用神經科學的基礎研究成果來滿足一些緊迫的社會需求，比如人民腦健康的改善與新一代人工智能技術的發(fā)展，實用導向明顯。

蒲慕明院士指出，"我國腦科學的基礎研究意義和西方國家有所不同，我國對腦科學的基礎研究和自由探索，都要以實用導向為目標，用務實的心態(tài)做基礎探索，因此中國腦科學研究必須要在人民健康方面為疾病早期診斷、早期干預治療作出貢獻。"

其中，作為腦科學基礎研究中的重要領域，我國在腦疾病動物模型領域已取得突破性進展。蒲慕明院士介紹，"在獼猴模型制作領域，我國已在世界范圍內領先產生了自閉癥模型、帕金森病模型、節(jié)律紊亂模型等獼猴疾病模型，這些研究成果對于未來我國在醫(yī)療領域上的攻關具備相當大的貢獻。"

人工智能助力中國腦科學“跨越式”發(fā)展

過去十年，以深度學習為代表的人工智能技術深刻影響著人類社會，人工智能正在深刻改變著腦科學的研究方法。在"觀測腦"手段不斷變革的基礎上，人工智能技術為腦科學提供了越來越強大的分析、展示和科學發(fā)現手段。

在此次對話中，沈定剛教授分享了自身在中國腦計劃中針對 0~6 歲嬰幼兒、 6~18 歲學齡兒童腦研究方向參與的兩項重大項目，即“基于新一代人工智能技術的嬰幼兒動態(tài)腦圖譜繪制及語言和社會情緒的發(fā)育機制研究”與“中國學齡兒童腦智發(fā)育隊列研究”。這兩大項目均以人工智能技術為主要抓手，以實現對腦科學"無人區(qū)"的持續(xù)探索。

上述兩大項目均對標國際最高水平，并基于聯影高端科研型磁共振設備進行涵蓋嬰幼兒和兒童青少年這兩個重要年齡段的腦智發(fā)育研究。沈定剛教授表示，"基于同一機器，我們可以把 0~6 歲、6~18 歲的孩子緊密銜接起來，形成覆蓋0-18歲、貫穿腦智發(fā)育的研究，這在中國乃至全世界都是獨一無二的，意義非常之大。

提及人工智能在現階段腦科學研究中的助力，沈定剛教授指出，腦科學研究側重一老一小，人工智能技術在這兩方面均提供了很大助力。在嬰幼兒腦智發(fā)育方面，聯影智能已通過 AI 識別運動補償、 AI 壓縮感知技術、生成 AI 等多項人工智能技術實現全流程覆蓋，提升影像數據采集、分析的質效，在人工智能技術的助力下，大腦影像掃描也將更早介入我國兒童腦疾病診療流程，兒童腦疾病早期發(fā)現時間有望從 1 歲提前到 6 個月。

而在老年群體方面，針對老年人記憶問題，聯影智能人工智能分割技術能夠將腦結構在秒級時間內實現分割，并通過對比觀察海馬體狀況實現老年健康管理；針對腦卒中，聯影智能 AI 軟件能夠快速判斷病人是腦出血還是腦缺血，為醫(yī)生快速做出治療決策提供參考。"目前此類產品已陸續(xù)下沉基層醫(yī)療機構，能夠有效增強基層診療能力，推進分級診療建設。"沈定剛教授表示。

競逐科技高地，中國腦科學、人工智能加速創(chuàng)新

中國腦科學與人工智能技術的發(fā)展息息相關，二者深度融合、加速創(chuàng)新，才能讓中國腦科學在競逐科技高地的路上一往直前。

蒲慕明院士分享了自身在全腦介觀神經聯接圖譜研究中對人工智能技術的體會。所謂介觀圖譜，就是要把所有神經細胞各種類型之間的連接繪制出來，由此可以了解每一個神經元如何跟其他不同種類的神經元聯接。而介觀圖譜繪制需要的數據非常之多，數據量級高達 TB 級。假如人工繪制，單單追蹤一個神經元的連接可能都需要繪制幾個小時，極費心力。

"我們現在開始采取半自動繪制，希望將來還能夠通過人工智能技術全自動追蹤神經細胞，進而幫助全腦介觀神經聯接圖譜的建立，這對于中國腦計劃具備非常重要的意義。而在這其中，我們對人工智能技術有著不可或缺的需求。"

沈定剛教授亦從醫(yī)療人工智能企業(yè)加速創(chuàng)新的角度予以解讀。他介紹，人有幾萬種疾病。如何實現模塊化是目前醫(yī)療人工智能工具打造的一大難點。而聯影智能的策略集中在兩方面，一是共性的技術開發(fā)，二是產學研醫(yī)緊密協同。

目前，聯影智能已開發(fā)檢測、分割、配準、分類、映射等技術模塊，并將這些技術模塊像魔方一樣排列組合，進行高效靈活的產品開發(fā)。同時，產學研醫(yī)協同創(chuàng)新非常重要。目前學術界致力于做"從零到一"的原始創(chuàng)新，而企業(yè)需要完成的是"從一到 N "的工作，這需要醫(yī)療人工智能企業(yè)和醫(yī)院緊密合作，把這些原始創(chuàng)新成果產業(yè)化，用到各個醫(yī)療機構中去，讓醫(yī)療 AI 的學術研究真正落地臨床場景。

當談及未來腦科學及人工智能后續(xù)發(fā)展時，兩位專家都抱以樂觀的態(tài)度。

蒲慕明院士指出，"未來十年內，依托于中國廣大的病人人群、強大的科研隊伍，我們很可能在腦疾病的醫(yī)療領域會走在國際的前沿，甚至是國際領先。同時，我相信人工智能疾病診斷領域未來也會有很大的發(fā)展。中國腦計劃提供了一個高質量的統(tǒng)一標準和框架，未來人工智能技術可以充分發(fā)揮我們的病例量級優(yōu)勢，這對腦疾病診斷、治療、早期干預等領域的發(fā)展都有很大的推動作用。"

沈定剛教授也對未來十年的腦科學發(fā)展抱有期許。沈定剛教授指出，一項新興技術可以推動一系列的成果應用和發(fā)展。以大型人工智能語言模型為例，面對未來越來越多的產業(yè)數據，如果這種新型工具能夠在醫(yī)療垂直領域得到更進一步的落地應用，無論是通過綜合大模型來訓練垂直小模型，實現醫(yī)療AI的自我進化，還是通過醫(yī)療知識模型為臨床決策提供強大的參考，都將為臨床診療與研究帶來質的飛越。如果更進一步地暢想，元宇宙等虛擬技術未來對腦疾病的診斷、管理，以及腦科學的研究、成果轉化上都有非常大的想象空間及應用空間。