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| 本文作者： 宗仁 | 2016-10-28 19:33 |
所謂“類腦計(jì)算”，是指仿真、模擬和借鑒大腦神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和信息處理過(guò)程的裝置、模型和方法，其目標(biāo)是制造類腦計(jì)算機(jī)。上周，蔣田仔教授，中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所，腦網(wǎng)絡(luò)組研究中心。在CNCC 2016的腦科學(xué)與類腦計(jì)算分論壇里分享了腦網(wǎng)絡(luò)組對(duì)類腦計(jì)算的啟示的主題報(bào)告。雷鋒網(wǎng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)分享整理了其中亮點(diǎn)：
腦網(wǎng)絡(luò)組對(duì)類腦計(jì)算的啟示，我們先了解一個(gè)大前提。
腦網(wǎng)絡(luò)組圖譜是類腦計(jì)算基礎(chǔ)。
注：腦網(wǎng)絡(luò)組是以腦網(wǎng)絡(luò)為基本單元的組學(xué)，它由腦網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)之間的連接兩個(gè)基本要素組成；這兩個(gè)要素可以從微觀（神經(jīng)元），介觀（功能柱）和宏觀（腦區(qū)）尺度上來(lái)定義。
不過(guò)現(xiàn)在基于腦網(wǎng)絡(luò)組圖譜的認(rèn)知計(jì)算模型有個(gè)問(wèn)題：現(xiàn)在對(duì)于腦功能模塊的劃分過(guò)于粗糙。
對(duì)于腦功能模塊的劃分，看下面這張圖，可以知道腦網(wǎng)絡(luò)組圖譜在類腦計(jì)算的應(yīng)用。
布洛卡區(qū)與維尼克區(qū) -自然語(yǔ)言處理
顳葉視覺(jué)皮層 -復(fù)雜圖形識(shí)別
頂葉皮層 -空間位置信息處理
額葉皮層 - 在線決策系統(tǒng)
海馬及內(nèi)嗅皮層 -時(shí)域信息整合與導(dǎo)航
腦網(wǎng)絡(luò)組對(duì)類腦計(jì)算的啟示：核心——腦網(wǎng)絡(luò)信息處理機(jī)制是類腦計(jì)算的依據(jù)。
啟示一）腦網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)元相互作用的基本規(guī)律。
下面的相互作用機(jī)制，下面從上到下，從左到右。依次是
腦網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)元的相互作用機(jī)制。
神經(jīng)元二階相互作用。
神經(jīng)元高階相互作用。
神經(jīng)元高階相互作用特點(diǎn)。
經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)，觀察得到的結(jié)論是——高階相互作用是二階相關(guān)的附產(chǎn)物，可以用一個(gè)簡(jiǎn)單的模型精確刻畫(huà)。
并且關(guān)于高階相互作用，這其中有個(gè)關(guān)鍵的研究進(jìn)展：在2006-2008年的時(shí)候，我們認(rèn)為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)并不存在高階相互作用。但到了2009-2011年的時(shí)候，Nature(自然雜志)，PNAS《美國(guó)科學(xué)院院報(bào)》等權(quán)威雜志相繼刊出文章承認(rèn)高階相互作用是廣泛存在的。
這個(gè)趨勢(shì)對(duì)于類腦計(jì)算的啟示是：
刻畫(huà)和構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜度-簡(jiǎn)化類腦計(jì)算體系的設(shè)計(jì)復(fù)雜度。
證實(shí)一個(gè)簡(jiǎn)單的模型能夠用于準(zhǔn)確模擬大規(guī)模神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的活動(dòng)，是計(jì)算復(fù)雜度大大降低。-有利于超大規(guī)模神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的仿真。
啟示二）大腦皮層的臨界狀態(tài)研究。
1）目前的神經(jīng)形態(tài)芯片設(shè)計(jì)
其優(yōu)點(diǎn)是：分布式處理，事件驅(qū)動(dòng)，低耗能，小體積。（IBM公司在1956年創(chuàng)建第一臺(tái)人腦模擬器（512 個(gè)神經(jīng)元），其新芯片架構(gòu)沒(méi)有固定的編程，把內(nèi)存與處理器集成在一起，模仿大腦的事件驅(qū)動(dòng)、分布式和并行處理方式。）
其缺點(diǎn)是：整體系統(tǒng)狀態(tài)固定，不可調(diào)。
2）而深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)局限性也正在被大家所熟知：知識(shí)不能推廣和移植（訓(xùn)練深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)并不是一件十分輕松的工作，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練經(jīng)驗(yàn)不能直接移植。）
3）最近大腦皮層的臨界狀態(tài)的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)，首次證明腦網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)位于熱力學(xué)臨界態(tài)附近，為理解這些現(xiàn)象提供了統(tǒng)一的框架
對(duì)整體狀態(tài)的有效調(diào)節(jié)。
系統(tǒng)信息表征能力最大
對(duì)外界刺激最敏感。
位于混度與有序的邊緣。
對(duì)于類腦計(jì)算的啟示是，我們可不可以這樣？
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