侯融绘

　　【专家简介】童莉，解放军信息工程大学副教授，全国人工智能学会、生物医学工程学会会员，北京大学物理学院博士后。长期从事智能信息处理、三维成像、脑机交互研究，参研多项国家863计划重点课题、国家自然科学基金项目等科研课题。获军队科技进步一等奖1项，发表学术论文30余篇，授权专利3项，软件著作权2项。

　　核心提示

　　人脑大约有1000亿个神经元，是人体中最复杂的部分，也是宇宙中已知最复杂的组织结构。“脑科学计划”简称脑计划，主要包含以探索大脑秘密、攻克大脑疾病为导向的脑科学研究和以建立、发展人工智能技术为导向的类脑研究，旨在探索大脑运行机理、增进精神卫生和防止神经疾病、发展人工智能技术，最终达到认识大脑、保护大脑和创造大脑的目标。因其对人类健康、认知、国家安全等领域的战略意义和深远影响，自21世纪初以来世界各大国纷纷开展“脑计划”，并将其纳入国家级科研计划，视为国家战略。

　　竞争日趋激烈——

　　全球掀起“脑竞赛”热潮

　　自有人类历史记录以来，大脑奥秘始终是人类关注和探索的热点，更是现代科学面临的最大挑战。随着生物学、医学、神经科学和认知科学的发展，人类深刻认识到脑科学研究的重要意义，探索大脑的科学热情更加高涨。进入21世纪后，随着新型成像技术、汇聚技术以及基于计算和信息通信技术平台的出现，脑科学研究的时代才真正到来，神经环路、计算神经科学、脑机接口等领域不断取得突破。

　　2004年，美国推出“神经科学研究蓝图”框架。2011年，发布神经科学10年计划：从分子到脑健康。2013年4月，美国政府正式公布“推进创新神经技术脑研究计划”，宣布在大脑结构图建立、神经回路操作工具开发、大规模神经网络记录技术开发等9大研究领域开展重点资助研究。

　　2002年至2009年，欧盟对150余个脑科学研究项目展开大规模资助。在此基础上，2013年，欧盟正式提出“人脑计划”，试图以超级计算机技术来模拟脑功能，在未来神经科学、未来医学和未来计算等领域，开发出新的前沿医学和信息技术。

　　此外，加拿大、日本、德国、法国、英国等国家也先后推出本国的脑科学研究计划，主要聚焦在研究各种脑功能和脑疾病的机理，希望抢占其未来技术制高点、掌握未来战略主动权。与此同时，许多世界级企业也纷纷推出自己的人工智能大脑计划。谷歌实验室和IBM致力于构建庞大的人脑神经网络模拟系统。

　　技术日新月异——

　　奠定规模化应用基础

　　全球范围的“脑计划”启动以来，围绕大脑开展的科技创新和科学发现不断涌现。神经标记和神经环路追踪技术、大脑成像技术、神经调节技术、神经信息处理平台等多个研究领域取得进展。许多国家将脑功能障碍疾病诊治放在突出位置，如自闭症、心理障碍、抑郁症以及神经衰退、阿尔茨海默综合症、帕金森综合症等疾病是这项计划首先要攻克的目标。

　　2012年，美国哈佛大学在脑结构的研究方面取得突破，其开发的新型核磁共振扫描技术，使精准探索大脑内部结构成为可能。

　　2014年，美国威斯康星大学依托可靠神经接口技术开发的脑结构研究技术使大脑神经网络活动可视化逐步实现。

　　在脑机接口技术方面，人类用意念控制物体的设想终于实现，大脑控制外部设备以及大脑控制另一生物体的异体控制技术已经取得成功。借助脑电设备，日本研发的脑控自行车、德国的脑控汽车、美国的脑控机器人等新技术层出不穷。2016年，美国脑控无人机大赛，“意念”操控无人机飞行距离达到9米。

　　我国信息工程大学基于脑机交互技术已经实现了脑电波控制机器人的动作控制和飞行器的飞行状态控制等，借助脑电设备，实现了用“意念”控制无人机和机器人的脑控实验。

　　在类脑科技研究方面，2013年德国科学家制造出纳米忆阻器元件，随后美国和澳大利亚学者通过纳米尺度的忆阻器矩阵，制造出世界首个能模仿人脑的电子记忆细胞。同时，模仿人脑的神经形态芯片、具备人脑处理功能的仿脑处理器、认知计算机技术等智能技术纷纷问世。

　　军事潜力巨大——

　　催生认知空间“制脑权”争夺

　　随着脑计划发展战略的推进，脑科技在军事领域的地位和价值日益凸显，“制脑权”已经成为未来军事较量新的高地。

　　在军事上，脑科学的发展为作战理论变革、武器装备智能化发展带来了重大机遇，成为当前世界军事科技竞争中最前沿、最具挑战性的领域，其军事应用前景主要体现在“仿脑”“脑控”“超脑”“控脑”四个方面。

　　例如“仿脑”，它主要是通过借鉴人脑运行机理，开发出具备人类识别、推理和判断能力的信息处理系统、智能武器装备或高智能机器人。目前，这类装备已经从实验室走上军事应用。美、俄、日等国均装备有此类高智能机器人。

　　“脑控”，则是借助脑机交互技术实现人与机器的高效融合，从系统层面提升武器的战斗效能，在复杂战场环境突破人类的生理极限。美国国防高级研究计划局开展的“阿凡达”尖端军事科研项目，就是通过开发“外骨骼服”来扩展人类机能，控制进攻性武器和系统。

　　“超脑”，是通过电磁、超声波、激光等方式实施神经刺激，激活大脑潜能，激发大脑功能，达到智力、感知力、注意力等人体机能提升的目的。美国的“不眠战士”计划就是其典型应用，以“温和”电刺激大脑的方式帮助士兵在高风险军事行动中保持长时间的高度清醒和警觉。

　　“控脑”，则是利用技术手段实现对人的神经活动、思维能力等进行干扰甚至控制。

　　延伸阅读

　　人造突触催生“智能参谋”

　　■郝海龙 刘志勇 王立军

　　据媒体报道，近日韩国科学家研制出迄今为止能耗最低的人造突触。与以前产品相比，它能更好地模拟人脑神经元之间的关联。研究人员表示，这一突破有望使研制大型类脑计算机成为现实。

　　新型人造突触是一种晶体管，能通过开启和关闭模拟生物突触传送信号。研究表明，神经元每次释放信号，生物突触消耗的能量约10飞焦（千万亿分之一焦耳）；而新型人造突触每活动一次，只消耗1.23飞焦，这使其成为迄今以来能耗最低的人造突触。

　　研究人员解释称，新设备由一种有机材料彼此包裹构成，这些材料可帮助人造突触捕获或释放带电离子，模拟生物突触的工作原理以及电闸开关的方式。此外，这种人造突触还模拟了人类神经纤维的形状及柔韧性。

　　现在，研究人员已经开发出微小机器，相比之前的产品可以更好地模拟人类大脑神经元之间的连接。未来人造大脑的能耗和存储密度将赶上甚至超过生物大脑，有望催生更智能的机器人、自动驾驶汽车、数据挖掘、医疗诊断、证券交易分析以及其他人工智能交互系统。

　　智能型处理器催生了智能武器装备的发展，有人把智能武器装备形象地称为有思维的“智能参谋”。不久前，围棋大赛机器狗战胜李世石，使人工智能深度介入指挥决策出现了一线曙光。人工智能的这次重大突破表明，电脑完全可以模仿经验思维、形象思维、直觉思维等人类才具备的思维方式。如果电脑既精于计算，又善于“算计”，既能做计划、定方案，又能出战法、生谋略，那么未来战争中人工智能以“电脑参谋”的身份进入中高级指挥所，实现“人谋”与“机谋”的结合，就不再是天方夜谭。

　　军事领域对智能化的需求是多方面的。除指挥决策领域外，人工智能水平的提升对武器装备、作战支援、军事训练、后装保障等多个相关领域，都将产生广泛而深刻的影响。依托人工智能进行多源情报判读、融合和数据挖掘，不但可以节省大量人力，而且可以提高信息优势向决策优势转化的质量和速度；高智能“机器翻译”使得士兵在国外遂行军事任务时，随时可以与操不同语言的人进行无障碍沟通；人工智能支撑的“机器黑客”可以自动搜索分析敌方网络漏洞，自动制定和优化攻击策略，并依令而动发起攻击。（杨克功）