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自動化所供圖
　　你能試想有一天，機器人的大腦能夠如同人腦一樣自主識別陌生的環(huán)境，并具備思考能力嗎？
　　或許這一天的到來并不會很遙遠。借鑒腦與神經(jīng)科學(xué)研究的成果，將腦信息處理機制融入未來信息與智能系統(tǒng)，讓機器人變得更加智能，這就是中科院自動化所類腦智能研究中心（以下簡稱類腦中心）的目標(biāo)。
　　4月15日，類腦中心正式在中科院自動化所掛牌成立。這意味著該所長期醞釀的、為發(fā)展未來人工智能與信息技術(shù)的類腦智能研究計劃全面啟動。
　　中國科學(xué)院自動化研究所（以下簡稱自動化所）所長王東琳指出，智能科學(xué)和智能信息處理是中科院自動化所的定位和戰(zhàn)略重點方向。中科院自動化所的“一三五”規(guī)劃中，“一”即優(yōu)先發(fā)展一個領(lǐng)域——智能技術(shù)。為在信息化邁向智能化發(fā)展的道路上搶占戰(zhàn)略制高點，歐美等國的腦計劃當(dāng)中都不同程度地部署了受腦啟發(fā)下一代信息技術(shù)的戰(zhàn)略。類腦智能研究是作為國立科學(xué)研究機構(gòu)的中國科學(xué)院自動化研究所經(jīng)過長期凝練，面向下一代人工智能與信息技術(shù)的發(fā)展及激烈的國際科技競爭提出的重大科研戰(zhàn)略。
　　“研究所專門成立類腦智能研究中心，是具有獨立建制的所級科研部門。未來，將在自動化所統(tǒng)一戰(zhàn)略規(guī)劃下，聯(lián)合模式識別國家重點實驗室、復(fù)雜系統(tǒng)管理與控制國家重點實驗室等科研部門，進行有關(guān)類腦智能的協(xié)同創(chuàng)新。”王東琳表示。
　　從平行到交叉
　　在很長時間內(nèi)，人腦的科學(xué)研究和人工智能的研究，猶如兩條平行線，幾乎看不到實質(zhì)性的交集。
　　人類研究腦的運行機制已經(jīng)有上百年的歷史。出于健康的考量，腦科學(xué)的發(fā)展很快，也越來越受重視。
　　1956年，來自不同領(lǐng)域的學(xué)者在達特茅斯 （Dartmouth）研討會上首次提出“人工智能”的概念?！皩崿F(xiàn)人工智能主要有兩條路線，一個是符號表示的推理，即符號主義；一個是人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法，又稱連接主義?！敝锌圃耗Ｊ阶R別國家重點實驗室主任劉成林向《中國科學(xué)報》記者介紹，連接主義的研究在上世紀50年代提出，60年代~70年代陷入低谷，因為當(dāng)時神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的代表方法感知機只能實現(xiàn)線性分類，做不了非線性分類，“而真實世界中很多任務(wù)都是非線性的”。
　　上世紀70年代人們提出了多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的誤差反向傳播（BP）訓(xùn)練算法，但并未得到重視。80年代中期，美國的科學(xué)家把BP算法用于多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，成功解決復(fù)雜的非線性分類和回歸問題，連接主義的人工智能研究隨即進入新的高潮。但是到90年代中期，連接主義再次陷入低潮，因為進一步增加神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的層數(shù)帶來訓(xùn)練收斂慢的問題且泛化能力有限，而新提出的支持向量機（SVM）在這些方面優(yōu)于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。劉成林表示，直到2006年，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究才再次取得重大突破，深度學(xué)習(xí)算法誕生，加上采用GPU的并行計算的推廣，使具有很多層的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠在大規(guī)模樣本上有效訓(xùn)練且泛化性能明顯提高，深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在語音識別和多種圖像識別任務(wù)中大幅提升性能，人工智能進入一個新的發(fā)展階段。
　　“但是，深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)依然有它的瓶頸。第一是訓(xùn)練效率問題，必須有大量標(biāo)注樣本訓(xùn)練才能保證足夠高的泛化性能。第二是不夠魯棒，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可能把不屬于任何類別的模式非常自信地判別為某一類。而人腦學(xué)習(xí)模式只需要少量樣本，而且對不認識的模式可以很可靠地拒識?！眲⒊闪种赋?，人工智能面臨的局限，急需新的理論來突破。目前，人工智能在圖像識別、語音處理上的精度難以進一步提高，且學(xué)習(xí)過程很不靈活。故此，急需從腦科學(xué)和神經(jīng)科學(xué)尋找新的借鑒。
　　“人腦是最好的模式識別系統(tǒng)，是一個具有復(fù)雜度極高的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。和其相比，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（包括深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）對人腦神經(jīng)系統(tǒng)的模擬還處在很初級的階段。因此，有必要從模擬人腦的神經(jīng)結(jié)構(gòu)、思維方式和學(xué)習(xí)方式入手，讓腦科學(xué)和人工智能的研究產(chǎn)生交叉，尋找人工智能新的突破?！彼f。
　　在這樣的考量下，類腦智能研究計劃應(yīng)運而生。
　　三大研究方向
　　劉成林指出，類腦智能研究計劃的目的是發(fā)展以下一代人工智能為核心的信息技術(shù)，而“類腦”是實現(xiàn)類人智能水平的手段與途徑。目前還沒有任何一個人工系統(tǒng)具有全方位的人類水平的智能，而作為人類智能的載體，人腦信息處理系統(tǒng)具有高度的自主學(xué)習(xí)能力、自適應(yīng)性和語義理解能力，并能夠以高性能、低能耗的方式長期工作幾十年。
　　他表示，借鑒腦與神經(jīng)科學(xué)研究的成果，將腦信息處理機制融入未來信息與智能系統(tǒng)已經(jīng)成為國際學(xué)術(shù)與產(chǎn)業(yè)界發(fā)展的趨勢。歐盟與美國相繼推出的腦計劃中，都包含了腦模擬與類腦智能研究的探索，在這種趨勢下，作為國立科學(xué)研究機構(gòu)的中科院自動化所將挑起類腦智能研究的重任，與國際科技界同臺競爭。
　　在這種背景下，為推動研究所在類腦智能領(lǐng)域的科學(xué)研究，積極參與國家創(chuàng)新科研戰(zhàn)略，進一步推動未來智能科學(xué)與信息技術(shù)的發(fā)展，中科院自動化所整合集結(jié)了研究所相關(guān)優(yōu)勢學(xué)科方向與科研團隊，成立了類腦智能研究中心，協(xié)同進行類腦智能的科研和戰(zhàn)略推進。
　　類腦智能研究中心將融合智能科學(xué)、腦與認知科學(xué)的多學(xué)科優(yōu)勢，研究創(chuàng)新性的認知腦模型，實現(xiàn)類腦信息處理、類腦智能機器人等相關(guān)領(lǐng)域理論、方法與技術(shù)的突破。該中心將主要包括三個研究方向：認知腦計算模型、類腦信息處理和神經(jīng)機器人。
　　具體來說，第一個方向，是借鑒現(xiàn)有的腦科學(xué)的成果，建立人類腦神經(jīng)的模擬機器，深入開展基礎(chǔ)研究，助力于人工智能在視聽覺、學(xué)習(xí)、思維等方面的突破；第二個方向，是受腦信息處理機制啟發(fā)，研究基于類腦信息處理機制的多模態(tài)數(shù)據(jù)語義理解；第三個方向，是通過類腦研究，提升機器人的智能化程度，讓機器人掌握精細動作并實現(xiàn)自主動作學(xué)習(xí)等能力。
　　“比如說，過去我們讓機器人學(xué)動作，都是通過編程的方式實現(xiàn)。以后，我們試圖通過人機交互的方式，讓機器人通過對話、閱讀等，能夠向人自主學(xué)習(xí)動作。”劉成林介紹。從技術(shù)路線來看，第一個研究方向偏基礎(chǔ)，后兩個研究方向偏應(yīng)用。
　　目前，類腦中心規(guī)劃招聘數(shù)十名專職的科研人員，同時自動化所將結(jié)合兩個國家重點實驗室的力量，集全所之力，全面展開類腦智能研究。
　　獨具特色
　　近年來，關(guān)于腦科學(xué)的研究如火如荼。2013年，歐盟啟動10億歐元的“人腦計劃”。同年，美國啟動45億美元的“腦計劃”。在國內(nèi)，科技部正在規(guī)劃“腦科學(xué)與類腦研究”的重大專項。北大、復(fù)旦等高校也開展相應(yīng)研究。中科院自動化所的類腦中心，有哪些優(yōu)勢和特色呢？
　　劉成林指出，經(jīng)過“十二五”期間的不斷凝練與提升，自動化所提出了類腦智能工程戰(zhàn)略，部署了先期探索的科研團隊。在過去幾年，一方面積極向國家有關(guān)部門建言，同時開展基礎(chǔ)與探索性研究。目前在針對腦皮層認知功能的計算模擬、類腦自主學(xué)習(xí)機制及其計算實現(xiàn)與應(yīng)用、腦知識圖譜、“手、眼、腦”協(xié)同的認知機器人等方面取得階段性進展。
　　該中心副研究員曾毅向《中國科學(xué)報》記者詳細介紹了認知腦模擬仿真平臺并展示了他們構(gòu)建的哺乳動物腦模擬系統(tǒng)，記者在看到各種尺度的動態(tài)生物細節(jié)（如不同類型的神經(jīng)元真實形態(tài)及其放電模式、腦區(qū)之間的動態(tài)交互）的同時，還看到了這個腦模擬系統(tǒng)初步展示出來的視覺感知、記憶與自主學(xué)習(xí)的能力。
　　他們的目的，旨在不斷完善這套模擬系統(tǒng)，給機器人安裝一個“大腦”，最終讓其學(xué)會獨立思考。
　　“讓機器人獲得類人腦的思維能力，一直是人工智能研究的長期目標(biāo)。這也是現(xiàn)在的發(fā)展趨勢?！痹阏f。
　　劉成林指出，類腦中心和其他腦科學(xué)研究機構(gòu)的不同在于中心立足智能，并將人腦研究與人工智能的研究深度結(jié)合起來，相互借鑒、相互促進?！叭斯ぶ悄墚?dāng)然需要借鑒當(dāng)前腦科學(xué)的研究成果，但是人工智能獨特的計算和分析能力，我覺得腦科學(xué)在進行大數(shù)據(jù)處理時也可以用得上，目前自動化所已經(jīng)在這個領(lǐng)域進行了初步探索?！眲⒊闪终f。
　　“類腦是手段，智能是目標(biāo)”，這就是類腦中心最大的特色。類腦人工智能的核心在于腦與神經(jīng)科學(xué)、認知科學(xué)、計算科學(xué)、信息科學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域的交叉融合，它將有力地推進新的技術(shù)革命。
　　在學(xué)術(shù)交流方面，類腦智能研究中心積極開展廣泛的國內(nèi)外合作。近期已與瑞士洛桑聯(lián)邦理工大學(xué)（EPFL）共建成立了“中瑞數(shù)據(jù)驅(qū)動神經(jīng)科學(xué)聯(lián)合實驗室”，開展神經(jīng)信息學(xué)平臺合作研究；與美國塔夫茨大學(xué)、波士頓大學(xué)合作開展認知腦模擬研究；并與中科院神經(jīng)所、北京師范大學(xué)等單位保持密切合作關(guān)系。
　　“未來，類腦智能研究中心將進一步加強與國內(nèi)外相關(guān)學(xué)術(shù)機構(gòu)、產(chǎn)業(yè)界開展廣泛深入的合作，搭建類腦智能國際創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)，致力于成為腦與智能科學(xué)交叉領(lǐng)域有國際影響的研究中心。”劉成林說。
　　（原載于《中國科學(xué)報》 2015-04-27 第5版 創(chuàng)新周刊)