中國小康網獨家報道。
文丨“小康”，中國小康網路，袁凱。
類腦智慧型採用神經形態計算，模仿人腦的運作方式，使計算機軟硬體能夠實現高效的資訊處理，同時具有低功耗、高算力的特點。
攝影：寧瑩。
近年來，隨著腦成像、腦機互動、生物感測、大資料處理等新技術的不斷湧現，腦科學與計算技術、人工智慧、奈米材料、認知心理學等學科的交叉融合正在醞釀重大理論和技術突破，腦科學和類腦研究成為全球科技競爭的焦點。
與傳統意義上的人工智慧相比，類腦智慧型採用神經形態計算，模仿人腦的操作，使計算機軟硬體能夠實現高效的資訊處理，同時具有低功耗、高算力的特點。
中國也在加快發展類腦智慧型戰略。 2017年，我國提出了到2030年在類腦智慧型領域取得重大突破的發展目標。 2021年，科技部發布《腦科學與類腦研究》重大專項相關應用指南，部署近60個研究方向，以腦科學研究為基礎，探索大腦的奧秘，攻克腦部疾病，以及人工智慧技術類腦研究的建立和發展， 被各界形容為“中國腦力工程”。近年來，國家還建立了類腦智慧型技術與應用國家工程實驗室。 值得一提的是，日前，“問天一號”類腦計算機技術成果在江蘇南京發布，模擬腦神經網路的執行，是國內領先的技術、規模最大的類腦計算機。
隨著科學技術的飛速發展，我們真的能創造出乙個接近生物大腦神經系統，遠超生物大腦效能的超級電子大腦嗎？ 類腦智慧型技術的發展目前處於什麼階段？ 可以工業化嗎？ 工業化有哪些困難？ 類腦智慧型離我們的生活有多遠？
腦機介面“融入生活。
對於“腦機介面”，很多科幻愛好者想必都不陌生。 在《阿凡達》中，研究人員利用“腦機介面”，將分析解讀的人腦資訊傳遞給複製人，讓複製人既有強壯的身體，又有細心的思考; 在《黑客帝國》中，主角通過植入脖子的電極瞬間將武術技能放入大腦，完成了從格鬥新手到“武林大師”的轉變; 《萬神殿》中的“腦機介面”更“神秘”，人類可以通過它將自己的意識上傳到網際網絡網路系統，成為“網際網絡的幽靈”，獲得“永生”。
簡單來說，“腦機介面”可以將大腦中的神經元訊號轉化為有意義的指令，可以在現實世界中移動物體，在醫學、軍事、神經娛樂、認知訓練、神經生物經濟學等方面都有應用。 如今，“腦機介面”已不再遙不可及，而是揭開了神秘的一角，在生活中發揮著獨特而不可替代的作用。
2023年10月，在杭州亞殘運會開幕式上，游泳運動員徐佳玲通過大腦控制，用安裝在左臂上的智慧型仿生手點燃了主火炬。 同樣是這只智慧型仿生手，佩戴者甚至可以操縱仿生手用毛筆寫下“自強”的字樣。 通過構建仿生神經肌肉通路，佩戴者可以精確控制每個手指並重建手的運動功能。 據悉，傳統仿生關節在佩戴和使用時，佩戴者需要時刻注意，控制無法達到如此精細的水平。 利用“腦機介面”技術的仿生關節可以實時採集腦電波，用一定的裝置對其進行分析和解碼，然後將其轉換為控制訊號，從而實現對事物的控制。 此外，利用“腦機介面”技術實現視覺的“人工眼球”，可以幫助盲人“看清”更複雜的資訊，實現看清世界的夢想。 人工耳蝸是最早開發並成功應用的腦機介面技術之一，可以為傳統助聽器無效的重度感音神經性聽力損失患者提供人工聽力。
“腦機介面”技術也應用於航空航天領域。 太空人用自己的思想直接輸出操作指令，不僅節省了大量移動手臂完成手術的時間，而且減少了體力和腦力消耗。 只要在空中“行走”，太空人就可以完成一系列運動意圖的命令輸出，從而控制太空飛行器。 早在2016年，中國的天宮二號和神舟十一號載人飛船就採用了“腦機介面”技術。 在飛行過程中，兩位太空人完成了人類歷史上第一次太空腦機互動。 此次試驗為我國載人航天事業新一代醫療保障提供了重要的科學依據。
截至目前，北京、上海等地的一些高校和科研機構在類腦智慧型和“腦機介面”方面取得了一些成果。 2019年8月，石路平在清華大學的團隊研發出全球首款異構融合類腦類計算晶元，該晶元將類腦類計算與基於電腦科學的機器學習技術相結合，有望推動通用人工智慧的研發。 2020年1月，清華大學何錢、吳華強團隊及其合作者研發出全球首款多陣列憶阻器儲存器和計算整合晶元。
該行業也不甘落後。 科大訊飛、阿里巴巴、華為等公司近年來提出了一些與類腦智慧型應用相關的概念，隨著類腦科學研究的進展，“電子大腦”正在從文字概念向實際應用轉變。 以已經正式推出的“問天一號”類腦計算機為例，它擁有5億個神經元和2500億突觸智慧型尺度，在神經元數量和突觸尺度上均位居世界第二，能效比現有計算系統高出10倍以上。
神經形態裝置是關鍵。
腦科學之所以如此迷人，是因為有太多未知的領域需要探索。 中國科學院院士、中國科學院腦科學與智慧型技術卓越研究中心學術主任蒲牧明曾指出，腦科學領域最關鍵的研究問題是功能相關神經迴路的結構和功能是如何產生的。 人腦由數百種不同型別的神經細胞組成，這些神經細胞通過突觸的連線形成乙個非常複雜的神經網路。 該網路包含特殊的環路和路徑，這些環路和路徑在執行特定功能時被啟用。 因此，我們不僅要知道整個神經網路的結構是怎麼回事，還要知道環路和通路是如何為特殊功能工作的，這是腦科學目前研究的方向。 到目前為止，人們對複雜的神經網路和訊號轉導機制知之甚少。
在行業內，類腦智慧型的實現路徑大致可以分為兩類：軟腦類和硬類腦。 前者側重於使演算法和模型能夠模仿大腦的工作方式; 後者尋求硬體材料的突破，通過開發神經形態晶元等介質，基於生物電子學、神經形態工程等學科，模擬生物神經元乃至整個大腦，這是類腦技術突破的關鍵。 “憑藉其有限的尺寸和極低的能耗，人腦能夠在複雜環境中完成資訊聯想記憶、快速識別和自學習等認知任務。 隨著晶元更換放緩、算力不足等挑戰的出現，現有計算機的計算方式已不再面向未來。 為了實現類腦計算，有必要找到更多模擬人腦功能的神經形態裝置。 清華大學精密儀器系、清華大學類腦計算研究中心終身副教授李黃龍認為。
工業市場也偏愛神經形態裝置。 據神經技術裝置行業市場估算，2021年神經技術裝置市場規模超過109億美元，其中神經刺激市場佔比69%，神經假體市場規模超過21億美元，睡眠障礙市場規模達到764億美元，癲癇市場超過445億美元。 從 2022 年到 2030 年，平均為 14以 5% 的增長率，到 2030 年市場規模將超過 355 億美元。 未來，神經系統疾病的流行以及各國對腦科學和神經裝置的資金將是推動市場快速發展的主要因素。
此外，全球腦機介面（包括侵入性和非侵入性腦機介面）市場規模達到155億美元，將達到5340億美元，復合年增長率為1511%。目前，BCI產品主要用於肌萎縮側索硬化症、腦卒中、腦癱、脊髓損傷等神經肌肉疾病患者的恢復或置換功能。 腦機介面市場的機會包括：虛擬實境、智慧型家居控制系統中的應用、對研究機構的持續投資、人口老齡化和患者需求。
神經技術裝置和“腦機介面”產業的快速發展，也帶動了類腦智慧型的轉型。 人腦是自然界中最完美的資訊處理系統，類腦計算借鑑了人腦處理資訊的方式，顛覆了裝置更少、功耗更低、能效比更高的傳統計算正規化，引領了人工智慧的新革命。 目前，類腦計算行業雖然仍處於突破階段，但市場前景更加明朗。 資料顯示，到2035年，類腦計算市場將佔人工智慧市場總收入的15%至20%，市場規模約為200億美元。 業內人士認為，短期內，類腦器件和晶元也扎根智慧型市場，充分發揮其低功耗、高能效的優勢，開發打造更多應用場景從長遠來看，要迎來商業價值的釋放，不僅需要在工業端進一步控制類腦晶元和裝置的製造成本，還要從科研端入手，從系統結構上發展出類腦計算的完整性，向通用計算領域進行優化拓展。
“類腦智慧型”的實施仍面臨挑戰。
然而，如果“類腦智慧型”想要落地，在技術層面、資料治理、倫理安全監管等方面仍面臨諸多挑戰。
一方面，相關研究尚處於起步階段，研究範圍有待拓展。 類腦智慧型的研究涉及神經科學、資訊科學、材料科學和力學等多學科知識，需要對各種前沿科學成果進行整合和深度整合。 同時，目前只有不到5%的人腦正在開發中，神經元連線多種多樣，難以準確建模。
另一方面，隨著各國腦計畫的不斷實施，全球腦科學領域產生了大量的腦圖譜和腦監測資料，如何高效、安全地利用這些資料成為該領域的重要挑戰，從而產生了對資料治理的需求。
此外，當計算機跨越人類與技術之間的界限時，就會出現倫理問題。 比如，“類腦類器官”是否能感知外部環境，能不能產生意識，實現思考，細胞供體有什麼權利等等。
目前，國際腦倡議已經發布了乙份檔案，呼籲加強腦科學的資料治理並提出建議。 一是制定國際資料治理原則; 其次，有必要開發與資料治理相關的實用工具和指南; 最後，需要加強資料治理教育並提高認識。 他還強調，未來各國腦科學領域應更加重視資料治理，制定全球體系。
1. 統一的資料治理原則和框架。
根據英國議會的《腦機介面》報告，腦機介面領域的倫理挑戰包括安全性、私隱保護、腦機介面產品獲取的公平性、風險和收益評估以及與腦機介面參與相關的權利和責任。 未來，以腦機介面為代表的類腦智慧型產品的廣泛應用，將帶來更多的倫理和安全問題。 已經採取了初步行動，包括進行神經倫理學研究和增加概念的傳播。 2022年，中國還發布了《關於加強科技倫理治理的意見》。 可以預見，類腦智慧型的倫理安全監管有望更加規範，達成全球共識。
正如許多業內人士所說，如今，雖然類腦智慧型已經取得了一些進展，但大腦作為人類智慧型的集合，是已知宇宙中最複雜的產物，對大腦的研究也被稱為自然科學的“終極前沿”。 類腦智慧型作為一種模仿神經生理學和生理心理學機制，以計算建模為手段，實現軟硬體協同的機器智慧型計算，要實現人類構建像人腦一樣的“機器大腦”的夢想，還有很長的路要走。
小康“ • 中國小康網獨家文章）。
本文刊登於2024年2月初的《小康》雜誌。