計算神經科學：科學界最令人激動的一個領域，你知道嗎

什麼是計算神經科學

計算神經科學，是一門超級跨學科的新興學科，它幾乎綜合了信息科學，物理學， 數學，生物學，認知心理學等眾多領域的成果。

每個人腦都是一台超級計算機，豈今為止，我們對人類大腦的探索還只停留在冰山一角。

計算神經科學是什麼，簡而言之，計算神經科學是把大腦看成一個信息處理的器件，用數學物理計算機等綜合方法研究生物的大腦是怎麼工作的，例如學習，記憶，情感，意識等等。

計算神機科學能帶來什麼

01

計算神經科學是腦科學中新興的、跨領域的交叉學科。

信息科學與現代神經科學真正結合起來，是一個很大的挑戰，計算神經科學是二者之間的橋樑，將在類腦計算、人工智慧和腦機介面的發展中起關鍵作用。

可以說，沒有世界一流的計算神經科學，就不可能有世界一流的類腦智能技術創新。

02

通過對人腦神經系統的結構、信息加工、記憶和學習機制的分析研究，從人腦工作的機理上進行模擬， 提出智能科學的新思想、新方法。

它的發展將對認知科學、神經科學等產生重要影響。

計算神經科學的靈魂

通過計算神經科學，我們把握的是神經電路的演算法，而演算法，是這個系統的靈魂。

一個基本的假設是大腦的各個不同功能區，比如視覺，聽覺，嗅覺等， 實際運用的編碼和解碼演算法是類似的。

科學家已經成功實現了引導小鼠大腦的聽覺區產生類似視覺的功能，只要用視覺信號訓練它即可。這個原理被用於給盲人安裝「電子眼」的研究，給盲人加上類似蝙蝠的聲納系統，然後引導他們的聽覺腦區利用類似處理視覺信號的方法看到物體。

計算神經科學的基本方法

這門學問的研究方法是頂層設計與尋找蛛絲馬跡的偵探工作的結合。

在研究神經系統時，我們需要用工程師的想法。 我要是有一堆神經元組成的網路，我讓它做哪些事情？ 比如說記憶，當信息流過一堆細胞，它如何留下之後可以認讀的印記？又如何在特殊的條件下被呼喚出來？

這就是計算神經科學在做的事情，我們先主動設計這個一個系統，看看如何做到需要的功能，然後拿著這個東西回到生物的世界裡去比較。

綜合1，2建模。以上完成了頂層設計結合實驗結果設計模型的過程，猶如從地上獅子的腳印識別獅子（其實這就是我們的大腦始終在乾的事情，反過來我們用它研究大腦）。

由獅子推斷獅爪。 現在我們通過偉大的想像力得來了一頭活生生的獅子，它可以四處活動留下無數的腳印，我們讓它在計算機里活動，得到各種特點的腳印。這就是我們的預測能力的來源，我們可以知道他今天的行動，也可以得到他明天後天的行動。

回到實驗檢驗，讓現實生活中的獅子多跑跑再留下一些腳印，看看是否符合模型推理的結果。

由此可見計算神經科學的威力。我們從一棵樹木推斷了整片森林，由獅子的腳印探測了獅子。這個學科的魅力，也在想像與真實時近時遠，若即若離的關係。

一個大家可以多專註的典型案例是對海馬體的研究，海馬體是大腦解決空間認知和情景記憶（時空軌跡）的超級計算器。這個原件的研究緊密的結合了細胞電生理實驗，動物行為學和計算神經科學，也有非常多漂亮的計算模型。

未來從計算神經科學中獲益的幾類人

1. 在實驗室里辛苦做電生理的生物博士們：計算神經科學家利用它們對整個系統運行機制的把握較大可能的對實驗數據進行挖掘，並且幫助設計具有突破性的實驗。

2. 生物製藥公司：幫助設計新葯，減少一種新葯的試驗年限。製藥的根本在於某種化學物質對整個神經網路可能產生的影響，做跨尺度的分析恰是計算神經科學的長處。

3. 人工智慧：對生物大腦的理解幫助人工智慧，類似仿生學。此處請看後文。

4. 腦科及心理醫生：每一個好的計算模型都可以幫助設計新的治療方法。最典型的例子-老年痴呆症，如果能夠了解人腦短期和長期記憶的機制就可以幫助人找到記憶衰退的原因並延緩它。

5.普羅大眾：沒有什麼比腦科學更能幫助每個人生活的更好。

人類已經經歷了蒸汽機、電氣、原子和計算機三大科技革命，真正的第四次科技革命到底在哪裡發生？

前中國首富，盛大遊戲創始人陳天橋說：「第四次科技革命將以認知科學的破譯和解碼作為發端「，這意味著你對世界的認知可能會從根本上發生改變。」無論是超級計算機的解碼能力、遺傳學的發展、超聲波的探索等等，一些新技術的出現，已將腦科學研究推向奇點，他相信這一奇點可以迎來突破。

幾千年來，人類一直在解決外部環境，從草履木屐，到飛機高鐵，從能源利用，到空間探索。終於，科技發展讓人類有可能去改變認知。如果人腦密碼可以被破譯，就可能被修改，不僅會給娛樂業如VR(虛擬現實) AR（增強現實）帶來革命性改變，也可能讓希拉里·普特南的「缸中之腦」假設成為現實，造出一個黑客帝國般讓人產生真實體驗的虛擬世界。甚至，人類可以讓機器人產生自我意識，形成真正意義上的人工智慧。

這個時代我們能做點什麼

《2001太空漫遊》里的大猩猩偶然發現吃剩的動物骨架很結實，於是將它當工具使用，由此人類的歷史拉開了序幕。兒子正在看的津津有味，我問他：「如果只有粘貼複製，那從這隻大猩猩開始，經過幾百萬年的演化，人類應該是什麼樣子？」，兒子學著大猩猩拍胸脯的樣子說：「那人類還是大猩猩」。

不只是傳承，世界更需要創新，給孩子一對翅膀，讓他們去飛！ 未來已來，不能再等待！

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