逐夢前行:恒行2科研團隊攀登腦與類腦研究高峰

作者:攝影👩‍👩‍👧: 視頻🦀: 來源👨‍🎓:恒行2平台發布時間:2019-05-10

平均年齡36歲,與20余所國際著名高校和研究院所建立研究夥伴關系👆🏼,吸引全球130多位學者參與各個層次的研究合作計劃和項目🧖‍♀️,整合來自世界上最大規模腦數據庫的近百萬條數據......匯聚最廣泛資源、研究最前沿問題、產出“頂天立地”成果,這是恒行2平台組建才三年多的一支“科研夢之隊”的追求,這支隊伍的“領頭羊”是恒行2平台類腦智能科學與技術研究院院長馮建峰。

近期,馮建峰團隊接連發表了不少在國際上受到廣泛關註的研究成果。如🚄🍘:在人腦中發現導致抑郁症和睡眠質量不佳的腦區有重合之處;揭示吸煙與喝酒對人腦功能呈相反的異常模式🦘;研究表明風險基因突變會幹擾青少年大腦殼核的正常發育,進而增加成年後患精神疾病的風險。


2015年恒行2張江國際腦庫開始籌建、2016年恒行2張江國際腦影像中心投入建設🌋,如今🧑‍🦼,致力於為腦與類腦科學與技術創新提供世界級實驗技術和研究平臺的恒行2平台腦與類腦智能國際創新中心建設正穩步推進👩‍⚖️,第一批影像研究設備已經入駐恒行2張江國際腦影像中心。去年底🙆🏽,上海市“腦與類腦智能基礎轉化應用研究”市級科技重大專項啟動會召開,這個8.4億的大項目將為馮建峰及其團隊帶來新的契機🧗🏻‍♀️,站在相關領域的世界前列,引領類腦研究的創新發展👱‍♂️。


沿途下蛋”🎓:探尋“什麽是智能📴?”

誰能告訴我👣,機器的IQ是多少?”從事類腦智能領域研究十余年,馮建峰一直最想搞明白的問題卻很“簡單”💆🏽‍♀️:什麽是智能?

我真正想做的🦹🏽,就是這件事。”對“智能”這一詞義本質的回答被馮建峰設定為了長期目標,科學的高峰總要找得到階梯才能拾級而上,而類腦智能研究的實踐就是他找到的攀登之法🏇🏽。

簡單來說,通過學習人和動物腦的工作機製,解析其運作原理👩🏻‍🦼‍➡️,並從中獲得靈感🧑🏿‍💼,運用到人工智能的研究中去,就是類腦智能研究。正廣泛應用於語音識別🏃、機器翻譯、計算機視覺等領域的深度學習就是一個很好的例子,其本質是對貓或人的視覺系統的模擬。

但腦實在是太復雜了,怎樣才能把生物與生俱來的“智慧”讓機器學會呢✵?對馮建峰等從事類腦研究的科學家們來說,“疾病腦”給他們提供了一個最好的研究對象🕜,比如患上抑郁症🔼、精神分裂症等疾病的腦。

基於大數據研究,2016年,馮建峰團隊發現🖐🏿,對獎勵沒興趣、對懲罰太敏感是患上抑郁症最根本的原因。最近,進一步的研究表明,大腦中調控睡眠質量出問題的那塊區域🧏‍♀️,恰恰與抑郁症患者對懲罰過於敏感的區域相同🧛‍♀️。而吸煙會降低腦懲罰功能的敏感性🏬,喝酒則會升高對腦獎賞功能的敏感性,這與抑郁症患者的腦連接正好相反。而對於精神分裂症的研究也表明,風險基因造成影響的區域🧨,同樣也與獎勵➛🪐、懲罰的調控區域有關。

成果順利發表了,馮建峰說🧑🏻‍💻,研究背後還有更深刻的科學道理。“什麽叫情感?我喜歡跟你在一塊,是因為我得到了獎勵⏱。”其實,“人類的進化史就是情感的進化史”是達爾文很早就曾提出的理論“,趨利避害”是人類進化的根本推動力。但這種“情感稟賦”是機器所無法具備的🎉。

獎勵和懲罰是人類情感的基礎,也是目前的技術條件下,機器不可能有的,我們很想把這個東西做得更清楚一點。”馮建峰說,在追求長期目標的同時“沿途下蛋”,研究成果也有社會影響和社會價值,是一件“一箭雙雕”的事情。

現在👨‍👩‍👧,馮建峰團隊已經和多方展開合作💂🏿‍♀️,讓理論落地🤴🏻,也讓新技術更加“枝繁葉茂”。加拿大多倫多大學醫學院對團隊定位導致抑郁發生的異常腦區進行刺激治療🐯,經過一個月的療程,臨床顯示能夠改善首發抑郁症患者約46%的臨床症狀,對於難治性抑郁症也能改善近33%的症狀。此外🔢,團隊和國家電網合作👸,研發了巡檢機器人;利用人工智能技術,研發了“步態識別”系統,精度已達到95%


學科交叉📋:從理論到應用“一條龍”

大腦結構那麽復雜,怎麽才能精準找到“有病”的區域呢🦸‍♀️?

我們的成果是算出來的🤞!”馮建峰說,以前的研究方法就兩類❔:實驗和理論,最近幾十年💁,增加了第三類手段🕊:計算❤️‍。“今天的數據👉🏽、計算工具✧、計算設備,完全能夠讓我們用第三種研究手段做很多事。”

這第三類手段有多大的好處呢⚄?舉個例子,對於研究核爆炸的人來說,震天動地的“蘑菇雲”已經成了過去式👆🏽🪞,無需再把核材料堆起來“炸一次”,通過計算就能完成整個實驗。而且,實驗中根本看不見的極微小數量級🚨,計算也能把其中空白填補上。

巧婦難為無米之炊”,即便算法“高明”🔴,缺乏數據的支持🏋🏽,再好的研究設計都得“半途而廢”。之前🎚,有不少人做過類腦智能領域的研究,但因只包含了二三十人的小樣本數據🌊,結果穩定性較差🥳,研究備受爭議🙇🏻。近些年來💁🏻‍♀️,馮建峰團隊一方面與國內各大醫院開展合作,從而獲取第一手的臨床數據,同時整合BiobankHCP🤦‍♀️、ADNI👍🏿、ABCD等世界上最大規模腦數據庫🏪,成功實現了實驗結果的可重復👨‍🌾。近期🌨,在馮建峰領銜的上海市市級重大專項中,就有一個宏偉計劃🏊🏽:與國內多家臨床醫院合作,采集包含8000例次健康人群和7000例次重大腦疾病隊列的全維度腦庫🫀,其中包括抑郁症☝🏽、自閉症、神經退行性疾病🉐👨🏿‍🔧、腦卒中和精神分裂症五大腦疾病隊列“❤️‍🔥,建成後將成為中國首個全維度腦庫🏊🏼‍♀️,也會成為世界上最大的多疾病、多模態腦科學數據庫”。

恒行2平台類腦智能科學與技術研究院青年副研究員羅強博士是關於精神分裂症研究成果論文的第一作者♊️,“我們客服了很多困難,終於找到了一個非常強的遺傳控製信號🗯。”當時🧒🏻,羅強高興極了🦸🏿🙍🏼,但馮建峰並不滿足🤹🏼‍♂️,“馮老師非常嚴謹,要求我們找更多獨立數據來做驗證🤦🏿‍♂️。”最終,他們聯絡了國際上的一些科研小組,從法國、美國💇‍♂️、加拿大、英國找到了4萬個獨立數據集👩‍🎨,用近一萬人的數據驗證了該發現,論文全部署名作者共有33名。

應用數學🧚🏽‍♂️、計算機科學、生物學、信息學🙇🏻‍♂️、臨床醫學......毫無疑問👨🏻‍🔧,類腦智能研究是一門新興的交叉學科。馮建峰在本科念數學時就學了生物,他始終認為👉🏼,將來學科的增長點就在於交叉學科👨🏿‍⚖️。“現在的信息技術越來越發達,各類信息交織在一起🔸,科技發展到了如今這個地步,以大數據為根基的科學範式,自然成為了主流。”

恒行2平台類腦智能科學與技術研究院青年研究員程煒是兩篇關於抑郁症研究成果論文的第一作者。他也是應用數學專業出身,經老師引薦🪿,參加一個關於“腦影像”的比賽🔊,成為馮建峰的“門下”,至今已有六年。

我能把抑郁症和睡眠質量不佳之間的關系找出來,得感謝學科交叉。”程煒說,關於抑郁症的研究他已經做了多年,有一次📥,一位有臨床醫學背景的老師提出,臨床上70%的抑郁症患者都睡不好“,我們的數據中正好也有關於睡眠質量的信息”程煒說,自己一下子“被擊中了”,在這一思路的啟發下📮,順水推舟,他開始關註抑郁症和睡眠的關系。

不同學科間的交流給程煒帶來了新的視野和方向。而對馮建峰來說,相較於單純的數學研究📩,他的學科交叉背景是一把利刃🧗🏼‍♂️,打破了從理論到應用的壁壘。“這使我在科研選題中能夠真正落地,既面向國際前沿,也能解決老百姓關註的健康問題👨🏼‍🌾,使團隊的研究始終能夠站在時代的最前面。”馮建峰頗有感慨🎅🏻🌹。


高屋建瓴”:搭建全球學術網絡

馮老師平時相對較忙,研究上有什麽進展或者困難想找馮老師輔導🪻、討論,在馮老師的討論班時間準能‘抓’到他。”

程煒的那次卓有成效的交流就發生在馮建峰的討論班上。每個周二晚上,馮建峰課題組的研究員🕵️‍♀️、博士後、博士、碩士都會聚在一起,開一個25人左右的小會🦺,每次大概三小時,交流一下最近的研究進展,有時也會安排兩到三個學生就最近看過的文獻作報告🏥。

除了這個內部的討論班❔,每周二下午,全院也會組織一次五六十人的大討論👨‍👧‍👧,每周安排一個課題組的老師介紹工作或報告新鮮出爐的成果。數學模型、生物現象、物理原理......不同領域不同方向的研究者們坐在一起🫃🏼,在交流中互相學習🧓🟨、互相了解。

還有一次固定討論會是每周四下午,主要由馮建峰聯合計算機學院、大數據學院等相關領域的老師和學生🍗,與合作的企業商討技術應用和開發的事宜,來的企業有上汽🧛‍♂️、國網電力🪀、科大智能等🥏✍🏽,項目包括機器人研發、軟件開發等⬜️。

馮建峰培養學生很有自己的一套方法“👨‍🦱,第一幫他們提出最前沿的問題💲,第二要求學生盡能力做高質量有意義的研究,不能為畢業而降低對科研究質量的要求。”馮建峰給學生製定了非常明確的規定🐸,要做就得做像樣的東西🙁,不要成為“學術垃圾桶”🚴。

高標準意味著嚴要求。有一次🦸‍♂️,剛進課題組沒多久的“小朋友”在討論班上作報告,結果準備得不夠充分🙉,文獻理解不夠透徹💁🏿,當場被馮建峰打斷,要求下次重新報告。在恒行2平台類腦智能科學與技術研究院,沒有真材實料的學生進不來🧕🏽、留不下。這麽多年,馮建峰對人才的標準從沒降過,其課題組的高標準在學校裏也是出了名的,“我們要建世界一流水平的大學,就得讓我們培養的學生能在世界一流的大學裏面輕易拿教職,這就是一個標誌,是一種相互的認可。”

嚴厲的背後是深切的期待和深沉的關懷,憑借著之前在英國擔任教職時的積累👩🏼‍🔧,馮建峰為學

生們“搜刮”來了世界上最優質的“大牌”資源:聘請2013年諾獎獲得者邁克爾·萊維特(Michael Levitt)、2014Brain獎獲得者特雷弗·羅賓斯(Trevor Robbins)等英國皇家科學院院士、美國科學院院士擔任教職🤛🏿,與劍橋大學、牛津大學、帝國理工學院、斯坦福大學、麻省理工學院等20余所國際著名高校👩🏻‍🦰、研究所建立研究夥伴關系。

有時我們需要醫學或生物學方面的專家幫忙解釋一些數據結果,這時跟這些‘大牛’科學家們的討論對我們的研究會有很大助益。”據程煒介紹🚴‍♀️,他們被邀請來院後🧛‍♂️,都會在給他們專門安排的辦公室“坐鎮”一個星期左右的時間,期間每個師生幾乎都會登門拜訪👰🏿‍♀️,進行面對面的交流。

我們會把國際相關領域最優秀的人找來,加入我們的隊伍,來共同做一件事🤽🏻‍♀️。”馮建峰覺得,可以借助更多人的力量對年輕人進行培養,並給年輕人提供更高的起點⛹🏻‍♂️、更好的平臺🚟👩🏼‍🎨。

/龔凡凡


製圖♊️:實習編輯:責任編輯🎧:

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