普林斯頓與英特爾的合作開辟了大腦研究的新天地

今年年初，大約30名神經(jīng)科學(xué)家和計算機程序員齊聚一堂，以提高他們解讀人類思想的能力。黑客馬拉松是普林斯頓大學(xué)和最大的計算機處理器制造商英特爾的研究人員組織的幾場黑客馬拉松之一，旨在構(gòu)建可以實時了解一個人在想什么的軟件，而這個人正在思考。

普林斯頓大學(xué)和英特爾研究人員之間的合作使得解碼數(shù)字大腦數(shù)據(jù)的能力取得了快速進展，這些數(shù)據(jù)使用功能性磁共振成像(fMRI)進行掃描，以揭示神經(jīng)活動如何產(chǎn)生學(xué)習(xí)、記憶和其他認知功能。由普林斯頓神經(jīng)科學(xué)研究所和普林斯頓計算機科學(xué)與電氣工程系的研究人員與英特爾研究機構(gòu)英特爾實驗室的同事共同撰寫的《自然神經(jīng)科學(xué)》雜志今天發(fā)表了一篇關(guān)于解碼大腦掃描的計算進展的評論。

“實時監(jiān)測大腦的能力對于改進腦部疾病的診斷和治療以及關(guān)于大腦如何運作的基礎(chǔ)研究具有巨大的潛力，”羅伯特·本德海姆和林恩·本德海姆·托曼神經(jīng)科學(xué)教授喬納森·科恩說，普林斯頓神經(jīng)科學(xué)研究所聯(lián)合主任，與英特爾合作的創(chuàng)始成員之一。

科恩同時也是心理學(xué)教授，他說，自從兩年前合作開始以來，研究人員已經(jīng)將從腦部掃描中提取想法所需的時間從幾天縮短到不到一秒。

一種受益于思想實時解碼的實驗發(fā)生在黑客馬拉松期間。這項研究由J.BenjaminHutchinson設(shè)計，他曾是普林斯頓神經(jīng)科學(xué)研究所的博士后研究員，現(xiàn)在是東北大學(xué)的助理教授，旨在探索當(dāng)一個人關(guān)注環(huán)境時大腦的活動，以及當(dāng)他或她的注意力轉(zhuǎn)移到其他想法或記憶上。

在實驗中，Hutchinson讓一名研究志愿者——一名躺在fMRI掃描儀中的研究生——在擁擠的咖啡館里查看一張充滿細節(jié)的人物照片。哈欽森通過他在控制臺室的電腦，可以實時判斷這位研究生是否在關(guān)注這張照片，或者她的思緒是否在沉思。然后，哈欽森可以通過在她的注意力集中在圖片上時使圖片更清晰、顏色更深，并在她的注意力分散時使圖片變淡來向研究生反饋她的注意力情況。

希爾斯伯勒英特爾實驗室的高級首席工程師TheodoreWillke表示，正在進行的合作使想要更多地了解大腦的神經(jīng)科學(xué)家和想要設(shè)計更高效的計算機算法和處理方法以快速分類大型數(shù)據(jù)集的計算機科學(xué)家受益，俄勒岡州，英特爾心靈之眼實驗室的負責(zé)人。Willke負責(zé)領(lǐng)導(dǎo)英特爾的協(xié)作團隊。

“英特爾有興趣開發(fā)高性能計算的新興應(yīng)用程序，而與普林斯頓的合作為我們提供了新的挑戰(zhàn)，”Willke說。“我們還希望將我們從人類智能和認知研究中學(xué)到的知識輸出到機器學(xué)習(xí)和人工智能中，以推進其他重要目標(biāo)，例如更安全的自動駕駛、更快的藥物發(fā)現(xiàn)和更早的癌癥檢測。”

自二十年前發(fā)明fMRI以來，研究人員一直在提高在每次掃描中篩選大量數(shù)據(jù)的能力。當(dāng)我們思考時，fMRI掃描儀會捕捉大腦中時不時發(fā)生的血流變化信號。但是從這些測量中讀取一個人的實際想法是一個挑戰(zhàn)，而實時做到這一點更具挑戰(zhàn)性。

普林斯頓和其他機構(gòu)已經(jīng)開發(fā)出多種處理這些數(shù)據(jù)的技術(shù)。例如，普林斯頓大學(xué)GordonYSWu工程教授兼電氣工程教授PeterRamadge的工作使研究人員能夠通過結(jié)合多人的大腦掃描數(shù)據(jù)來識別與思想相關(guān)的大腦活動模式。設(shè)計計算機化指令或算法來執(zhí)行這些分析仍然是一個主要的研究領(lǐng)域。

強大的高性能計算機通過將任務(wù)分解成可以并行處理的塊來幫助減少進行這些分析所需的時間。普林斯頓大學(xué)PaulM.Wythes'55P86和MarciaR.WythesP86計算機科學(xué)教授和其中一位創(chuàng)始人KaiLi表示，更好的算法和并行計算的結(jié)合使合作能夠?qū)崿F(xiàn)實時大腦掃描處理的合作。