管中窥脑

俞洪波

复旦大学生命科学学院，上海 200433

管中窥脑

俞洪波†

复旦大学生命科学学院，上海 200433

近年来，脑科学在技术方法上获得了长足的进步，多种成像手段能够为我们提供从脑功能区到亚细胞结构的活体实时成像数据。同时，深度学习算法等神经网络算法被广泛应用，获得了突破性进展。这些算法与神经生物学的基本原则相符，也将成为模拟脑的有力工作平台。

双光子成像；内源性光学成像；功能核磁共振；深度学习；人工智能

在过去的20年间，脑科学出现了突破性的进展。一方面，各种新型的研究方法层出不穷，使得研究者能够一层层打开脑的黑盒子；另一方面，神经网络算法在沉寂多年后，由量变到质变，开始推动人工智能的爆发式发展。这一浪潮方兴未艾，推进速度之快、面之广、点之深、应用之丰富，让人始料未及，它未来的发展边界目前还难以预见。这对人类社会是福音，是挑战，也是前所未有的威胁。

1 脑的复杂度堪比宇宙

人类的脑质量只有1.5 kg左右，直径20 cm上下，但内有乾坤。第一，在如此之小的空间内，容纳着80多亿个神经元，数量庞大。第二，单个神经元的形态各异，几乎找不到形态上一模一样的两个神经元。第三，每个神经元可以伸出如树干般的树突，在树突上分布着大量突触，通过突触与其他成千上百个神经元相连，交换信息。这些数量达千亿之多的突触排列组合，意味着几乎无限的可能。第四，突触的连接可以在短时间内被快速改变，增强或减弱，乃至于新生和消失。……