邁向未來全腦科學-科學人雜誌
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邁向未來全腦科學

2022-03-01 江安世
理解全腦湧現特質及意識產生機制,已不再是夢想!

江安世小檔案

終身國家講座主持人、中央研究院院士、世界科學院院士,清華大學生命科學院特聘講座教授,主持清華大學腦科學研究中心。興趣是桌球、象棋以及園藝,尤其喜好觀察與預測生命的動態變化。


120年前,卡厚爾(Santiago Ramon y Cajal)以高爾基重金屬染色法標示腦中神經細胞千奇百變的形態,他以前瞻的洞察力提出腦是由眾多單一神經元組成動態互聯網的假說,開啟了神經科學的時代。此後100年,卡厚爾的學說從電子顯微鏡的結構觀察及電生理訊號的功能量測陸續得到證實。到上世紀末,科學家終於從理解單一神經元進展至複雜神經網路,模擬神經網路的訊號計算催生了人工智慧(AI),同時又發現學習與記憶會改變基因表現及神經連結強度,因而影響之後的訊息處理及行為的抉擇。


近20年來,諾貝爾獎陸續頒給了嗅覺、視覺及痛覺等知覺的研究,因其破解了感覺神經網路把外來刺激加以編碼的機制。台灣清華大學的跨領域腦科學研究團隊也因為發現果蠅嗅覺編碼在高等腦區的轉譯及長期記憶的固化,分別發表論文於《細胞》及《科學》。藉由模擬複雜神經網路的訊號編碼、傳遞、轉譯及多層次重複處理,AI發展出深度學習,以更聰明的方式多面向影響科學發展及產業應用。


未來20年,腦科學與AI的關係將更加緊密,奠基於人腦與電腦的教育將全面影響人類生活。AI的發展將取決於科學家對腦運作機制更透徹的理解與模擬,元宇宙中的AI將具備有如大腦的感知能力,甚至發展出多元學習、分層處理、分區記憶乃至自主決定的能力。


去年,美國珍利亞農場研究園區(JFRC)與Google合作,以電子顯微鏡連續取像及AI辨識單一神經元,重組了半個果蠅腦的神經網路,開始理解全腦神經網路的功能。為了由果蠅腦邁向遠遠更大的人腦,清華腦科學研究團隊著重於發展超解析光學顯微鏡大組織快速取像技術,重組全腦神經網路的動態連結與每單一神經元的基因表現。由卡厚爾開始研究單一神經元到今日重組全腦神經網路圖譜,人類終於即將開始理解全腦湧現特質及意識產生機制的奇幻旅程。


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