中国小康网独家报道。
文丨“小康”，中国小康网络，袁凯。
类脑智能采用神经形态计算，模仿人脑的运作方式，使计算机软硬件能够实现高效的信息处理，同时具有低功耗、高算力的特点。
摄影：宁莹。
近年来，随着脑成像、脑机交互、生物传感、大数据处理等新技术的不断涌现，脑科学与计算技术、人工智能、纳米材料、认知心理学等学科的交叉融合正在酝酿重大理论和技术突破，脑科学和类脑研究成为全球科技竞争的焦点。
与传统意义上的人工智能相比，类脑智能采用神经形态计算，模仿人脑的操作，使计算机软硬件能够实现高效的信息处理，同时具有低功耗、高算力的特点。
中国也在加快发展类脑智能战略。 2017年，我国提出了到2030年在类脑智能领域取得重大突破的发展目标。 2021年，科技部发布《脑科学与类脑研究》重大专项相关应用指南，部署近60个研究方向，以脑科学研究为基础，探索大脑的奥秘，攻克脑部疾病，以及人工智能技术类脑研究的建立和发展， 被各界形容为“中国脑力工程”。近年来，国家还建立了类脑智能技术与应用国家工程实验室。 值得一提的是，日前，“问天一号”类脑计算机技术成果在江苏南京发布，模拟脑神经网络的运行，是国内领先的技术、规模最大的类脑计算机。
随着科学技术的飞速发展，我们真的能创造出一个接近生物大脑神经系统，远超生物大脑性能的超级电子大脑吗？ 类脑智能技术的发展目前处于什么阶段？ 可以工业化吗？ 工业化有哪些困难？ 类脑智能离我们的生活有多远？
脑机接口“融入生活。
对于“脑机接口”，很多科幻爱好者想必都不陌生。 在《阿凡达》中，研究人员利用“脑机接口”，将分析解读的人脑信息传递给克隆人，让克隆人既有强壮的身体，又有细心的思考; 在《黑客帝国》中，主角通过植入脖子的电极瞬间将武术技能放入大脑，完成了从格斗新手到“武林大师”的转变; 《万神殿》中的“脑机接口”更“神秘”，人类可以通过它将自己的意识上传到互联网网络系统，成为“互联网的幽灵”，获得“永生”。
简单来说，“脑机接口”可以将大脑中的神经元信号转化为有意义的指令，可以在现实世界中移动物体，在医学、军事、神经娱乐、认知训练、神经生物经济学等方面都有应用。 如今，“脑机接口”已不再遥不可及，而是揭开了神秘的一角，在生活中发挥着独特而不可替代的作用。
2023年10月，在杭州亚残运会开幕式上，游泳运动员徐佳玲通过大脑控制，用安装在左臂上的智能仿生手点燃了主火炬。 同样是这只智能仿生手，佩戴者甚至可以操纵仿生手用毛笔写下“自强”的字样。 通过构建仿生神经肌肉通路，佩戴者可以精确控制每个手指并重建手的运动功能。 据悉，传统仿生关节在佩戴和使用时，佩戴者需要时刻注意，控制无法达到如此精细的水平。 利用“脑机接口”技术的仿生关节可以实时采集脑电波，用一定的设备对其进行分析和解码，然后将其转换为控制信号，从而实现对事物的控制。 此外，利用“脑机接口”技术实现视觉的“人工眼球”，可以帮助盲人“看清”更复杂的信息，实现看清世界的梦想。 人工耳蜗是最早开发并成功应用的脑机接口技术之一，可以为传统助听器无效的重度感音神经性听力损失患者提供人工听力。
“脑机接口”技术也应用于航空航天领域。 宇航员用自己的思想直接输出操作指令，不仅节省了大量移动手臂完成手术的时间，而且减少了体力和脑力消耗。 只要在空中“行走”，宇航员就可以完成一系列运动意图的命令输出，从而控制航天器。 早在2016年，中国的天宫二号和神舟十一号载人飞船就采用了“脑机接口”技术。 在飞行过程中，两位宇航员完成了人类历史上第一次太空脑机交互。 此次试验为我国载人航天事业新一代医疗保障提供了重要的科学依据。
截至目前，北京、上海等地的一些高校和科研机构在类脑智能和“脑机接口”方面取得了一些成果。 2019年8月，石路平在清华大学的团队研发出全球首款异构融合类脑类计算芯片，该芯片将类脑类计算与基于计算机科学的机器学习技术相结合，有望推动通用人工智能的研发。 2020年1月，清华大学何钱、吴华强团队及其合作者研发出全球首款多阵列忆阻器存储器和计算集成芯片。
该行业也不甘落后。 科大讯飞、阿里巴巴、华为等公司近年来提出了一些与类脑智能应用相关的概念，随着类脑科学研究的进展，“电子大脑”正在从文字概念向实际应用转变。 以已经正式推出的“问天一号”类脑计算机为例，它拥有5亿个神经元和2500亿突触智能尺度，在神经元数量和突触尺度上均位居世界第二，能效比现有计算系统高出10倍以上。
神经形态设备是关键。
脑科学之所以如此迷人，是因为有太多未知的领域需要探索。 中国科学院院士、中国科学院脑科学与智能技术卓越研究中心学术主任蒲牧明曾指出，脑科学领域最关键的研究问题是功能相关神经回路的结构和功能是如何产生的。 人脑由数百种不同类型的神经细胞组成，这些神经细胞通过突触的连接形成一个非常复杂的神经网络。 该网络包含特殊的环路和路径，这些环路和路径在执行特定功能时被激活。 因此，我们不仅要知道整个神经网络的结构是怎么回事，还要知道环路和通路是如何为特殊功能工作的，这是脑科学目前研究的方向。 到目前为止，人们对复杂的神经网络和信号转导机制知之甚少。
在行业内，类脑智能的实现路径大致可以分为两类：软脑类和硬类脑。 前者侧重于使算法和模型能够模仿大脑的工作方式; 后者寻求硬件材料的突破，通过开发神经形态芯片等介质，基于生物电子学、神经形态工程等学科，模拟生物神经元乃至整个大脑，这是类脑技术突破的关键。 “凭借其有限的尺寸和极低的能耗，人脑能够在复杂环境中完成信息联想记忆、快速识别和自学习等认知任务。 随着芯片更换放缓、算力不足等挑战的出现，现有计算机的计算方式已不再面向未来。 为了实现类脑计算，有必要找到更多模拟人脑功能的神经形态设备。 清华大学精密仪器系、清华大学类脑计算研究中心终身副教授李黄龙认为。
工业市场也偏爱神经形态设备。 据神经技术设备行业市场估算，2021年神经技术设备市场规模超过109亿美元，其中神经刺激市场占比69%，神经假体市场规模超过21亿美元，睡眠障碍市场规模达到764亿美元，癫痫市场超过445亿美元。 从 2022 年到 2030 年，平均为 14以 5% 的增长率，到 2030 年市场规模将超过 355 亿美元。 未来，神经系统疾病的流行以及各国对脑科学和神经设备的资金将是推动市场快速发展的主要因素。
此外，全球脑机接口（包括侵入性和非侵入性脑机接口）市场规模达到155亿美元，将达到5340亿美元，复合年增长率为1511%。目前，BCI产品主要用于肌萎缩侧索硬化症、脑卒中、脑瘫、脊髓损伤等神经肌肉疾病患者的恢复或置换功能。 脑机接口市场的机会包括：虚拟现实、智能家居控制系统中的应用、对研究机构的持续投资、人口老龄化和患者需求。
神经技术设备和“脑机接口”产业的快速发展，也带动了类脑智能的转型。 人脑是自然界中最完美的信息处理系统，类脑计算借鉴了人脑处理信息的方式，颠覆了设备更少、功耗更低、能效比更高的传统计算范式，引领了人工智能的新革命。 目前，类脑计算行业虽然仍处于突破阶段，但市场前景更加明朗。 数据显示，到2035年，类脑计算市场将占人工智能市场总收入的15%至20%，市场规模约为200亿美元。 业内人士认为，短期内，类脑器件和芯片也扎根智能市场，充分发挥其低功耗、高能效的优势，开发打造更多应用场景从长远来看，要迎来商业价值的释放，不仅需要在工业端进一步控制类脑芯片和设备的制造成本，还要从科研端入手，从系统结构上发展出类脑计算的完整性，向通用计算领域进行优化拓展。
“类脑智能”的实施仍面临挑战。
然而，如果“类脑智能”想要落地，在技术层面、数据治理、伦理安全监管等方面仍面临诸多挑战。
一方面，相关研究尚处于起步阶段，研究范围有待拓展。 类脑智能的研究涉及神经科学、信息科学、材料科学和力学等多学科知识，需要对各种前沿科学成果进行整合和深度整合。 同时，目前只有不到5%的人脑正在开发中，神经元连接多种多样，难以准确建模。
另一方面，随着各国脑计划的不断实施，全球脑科学领域产生了大量的脑图谱和脑监测数据，如何高效、安全地利用这些数据成为该领域的重要挑战，从而产生了对数据治理的需求。
此外，当计算机跨越人类与技术之间的界限时，就会出现伦理问题。 比如，“类脑类器官”是否能感知外部环境，能不能产生意识，实现思考，细胞供体有什么权利等等。
目前，国际脑倡议已经发布了一份文件，呼吁加强脑科学的数据治理并提出建议。 一是制定国际数据治理原则; 其次，有必要开发与数据治理相关的实用工具和指南; 最后，需要加强数据治理教育并提高认识。 他还强调，未来各国脑科学领域应更加重视数据治理，制定全球体系。
1. 统一的数据治理原则和框架。
根据英国议会的《脑机接口》报告，脑机接口领域的伦理挑战包括安全性、隐私保护、脑机接口产品获取的公平性、风险和收益评估以及与脑机接口参与相关的权利和责任。 未来，以脑机接口为代表的类脑智能产品的广泛应用，将带来更多的伦理和安全问题。 已经采取了初步行动，包括进行神经伦理学研究和增加概念的传播。 2022年，中国还发布了《关于加强科技伦理治理的意见》。 可以预见，类脑智能的伦理安全监管有望更加规范，达成全球共识。
正如许多业内人士所说，如今，虽然类脑智能已经取得了一些进展，但大脑作为人类智能的集合，是已知宇宙中最复杂的产物，对大脑的研究也被称为自然科学的“终极前沿”。 类脑智能作为一种模仿神经生理学和生理心理学机制，以计算建模为手段，实现软硬件协同的机器智能计算，要实现人类构建像人脑一样的“机器大脑”的梦想，还有很长的路要走。
小康“ • 中国小康网独家文章）。
本文刊登于2024年2月初的《小康》杂志。