大腦有了“數(shù)字孿生兄弟” 類腦智能研究成熱點

。面對如此龐大的科學(xué)問題。在此基礎(chǔ)上，谷歌進一步利用大數(shù)據(jù)和腦連接組，重構(gòu)了果蠅神經(jīng)元間的連接組。

“這些工作都是從腦切片的3D幾何重建入手，構(gòu)建神經(jīng)元間的幾何形狀以及神經(jīng)元間的直接連接形態(tài)

，因此只是結(jié)構(gòu)模型，尚不具備功能意義。”堯德中說，“從功能的角度講，這些模型還不是孿生腦，但可以作為未來進一步研制DTB的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。”

國內(nèi)首個孿生腦平臺

近年來，“數(shù)字孿生”的概念逐步進入人們視野

。

這一概念由美國國防部提出

，最初是利用數(shù)字技術(shù)，建立真實飛機模型，并通過傳感器實現(xiàn)與飛機真實狀態(tài)完全同步，這樣每次飛行后，根據(jù)結(jié)構(gòu)現(xiàn)有情況和過往載荷，可以及時分析評估是否需要維修、能否承受下次的任務(wù)載荷等。

“通俗地說

，數(shù)字孿生是創(chuàng)建在信息化平臺上虛擬的‘備份’或‘克隆體’。”堯德中解釋說，“數(shù)字孿生腦是基于計算神經(jīng)科學(xué)理論、融合多模態(tài)神經(jīng)影像數(shù)據(jù)建立的一種全腦尺度的動態(tài)腦功能的計算模擬平臺。數(shù)字孿生腦基于彌散磁共振成像獲取的大腦內(nèi)部結(jié)構(gòu)連接信息，作為確定模型內(nèi)部連接的基礎(chǔ)，再利用磁共振功能成像和腦電磁成像獲得的功能信息，對模型參數(shù)進行優(yōu)化。由此得到的模型，將同時在結(jié)構(gòu)和功能上類腦，因此可稱之為數(shù)字孿生腦模型。”

基于計算神經(jīng)科學(xué)理論，研究人員通過融合多模態(tài)神經(jīng)成像數(shù)據(jù)

，引入并優(yōu)化國際先進的“結(jié)構(gòu)—功能”迭代優(yōu)化理論，建立了國內(nèi)首個數(shù)字孿生腦計算平臺，并在功能圖譜層次實現(xiàn)了對大尺度腦動態(tài)的精準(zhǔn)模擬。

“該平臺在建立時，引入了基于大腦功能數(shù)據(jù)的反演優(yōu)化算法

，因此仿真精準(zhǔn)度更高。”電子科技大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授郭大慶對《中國科學(xué)報》說，“這一優(yōu)勢使得DTB平臺的應(yīng)用領(lǐng)域更加廣泛。除了在腦疾病上的應(yīng)用以外，數(shù)字孿生腦平臺還將致力于結(jié)合實驗范式探究腦功能與腦認(rèn)知，因此在認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)、類腦智能、腦機接口等領(lǐng)域有更廣闊的應(yīng)用前景。”

讓人工智能邁上新臺階

“與歐盟的虛擬腦相比

，數(shù)字孿生腦模型更全面地利用了多模態(tài)神經(jīng)成像數(shù)據(jù)，并采用‘功能—結(jié)構(gòu)’互約束迭代優(yōu)化的參數(shù)優(yōu)化方法，在神經(jīng)活動、血氧信號等多個模態(tài)上，實現(xiàn)了對高維‘時—空’腦動態(tài)信息交互與腦功能圖譜的更精準(zhǔn)模擬。”郭大慶說