科普 | 智能時代下，類腦智能的發(fā)展與應(yīng)用前景有哪些？
隨著互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)，人類社會在20世紀(jì)90年代末步入智能時代。這個時代的標(biāo)志是計算機(jī)科學(xué)和信息技術(shù)的迅速發(fā)展、互聯(lián)網(wǎng)的廣泛普及、大數(shù)據(jù)的興起以及人工智能（AI）技術(shù)的進(jìn)步。
智能時代以智能科技為核心技術(shù)，智能計算力為代表性生產(chǎn)力。近年來，隨著計算機(jī)算力的不斷提升，AI技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展和應(yīng)用。人們預(yù)測，當(dāng)計算機(jī)的智能算力超越人腦的算力時，可能將引發(fā)智能科技的重大變革。深入理解人腦如何以低能耗進(jìn)行大規(guī)模智能計算的原理，對于開發(fā)下一代智能算力至關(guān)重要。
腦科學(xué)，作為研究人、動物和機(jī)器的認(rèn)知與智能的本質(zhì)和規(guī)律的科學(xué)，正逐漸凸顯其重要性。人類大腦作為最為復(fù)雜的信息和智能系統(tǒng)，對其感知、認(rèn)知功能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的解析將為類腦智能理論和技術(shù)的發(fā)展提供重要啟示。
在智能時代，腦科學(xué)研究展現(xiàn)出多學(xué)科交叉和學(xué)術(shù)研究與工程技術(shù)并舉的特征。新的研究領(lǐng)域，如腦機(jī)接口、類腦智能計算等，正被納入腦科學(xué)的研究范疇。對腦認(rèn)知功能網(wǎng)絡(luò)的深入解析將成為發(fā)展類腦智能的基石。
類腦智能研究與開發(fā)已成為腦科學(xué)的前沿領(lǐng)域。新興的類腦處理器單元使得構(gòu)建大規(guī)模類腦智能計算系統(tǒng)成為可能。未來，類腦超級算力極有可能超越人類大腦的算力，從而推動智能科技的變革并深刻影響人類社會的發(fā)展。
1.智能時代的科技內(nèi)涵
智能時代的內(nèi)涵在于通過機(jī)器智能的發(fā)展和應(yīng)用，推動以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的技術(shù)革命。智能計算系統(tǒng)能夠模擬和擴(kuò)展人類的智能，具備感知、理解、學(xué)習(xí)和決策等能力。目前，計算機(jī)機(jī)器智能在語音識別、機(jī)器翻譯等領(lǐng)域已逐漸超越人類智能，能夠處理原本只有人類才能應(yīng)對的復(fù)雜問題。人機(jī)環(huán)境系統(tǒng)之間的緊密協(xié)作和優(yōu)勢互補(bǔ)，人機(jī)交互不僅依賴于計算機(jī)知識和數(shù)學(xué)算法，還融合了多學(xué)科知識，實(shí)現(xiàn)全面和綜合性的智能化應(yīng)用。通過物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析和AI等技術(shù)的融合，設(shè)備、系統(tǒng)和環(huán)境將更加智能互聯(lián)和協(xié)同。智能技術(shù)將幫助人類創(chuàng)新和創(chuàng)造，模擬、延伸和擴(kuò)展人類智能，拓展人類認(rèn)知的疆界，從而深刻地改變?nèi)祟惿鐣Y(jié)構(gòu)、生活方式和社交模式。
智能時代的核心科技在于智能科技，其生產(chǎn)力的特征是智能算力。超級智能計算系統(tǒng)、智能芯片等智能計算設(shè)施和器件是制造智能算力的關(guān)鍵技術(shù)。腦科學(xué)及神經(jīng)科學(xué)、計算機(jī)科學(xué)等多學(xué)科推動著新的科技革命與產(chǎn)業(yè)變革。智能化設(shè)備和系統(tǒng)的大規(guī)模、綜合性運(yùn)用將構(gòu)建大型綜合性智能互聯(lián)和智能化管理系統(tǒng)，進(jìn)而形成智能經(jīng)濟(jì)和智能社會，使人類的生產(chǎn)和生活方式發(fā)生根本性改變，并推動人類社會的高效和可持續(xù)發(fā)展。
2.類腦智能科技的內(nèi)涵
腦科學(xué)已成為全球科技戰(zhàn)略的重要領(lǐng)域。為了深入理解認(rèn)知等大腦高級功能的物質(zhì)和結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，在防治認(rèn)知障礙性疾病的同時，建立一套腦科學(xué)的智能理論和類腦智能科技，人們開始描繪“智力藍(lán)圖”。
類腦智能分為狹義和廣義兩種。狹義的類腦智能是借鑒生物腦的感知認(rèn)知行為機(jī)制和信息傳遞機(jī)制來構(gòu)建相關(guān)類腦智能算法、模型和系統(tǒng)，并通過軟硬件協(xié)同實(shí)現(xiàn)機(jī)器智能。這種智能的計算速度快、能耗低，且邏輯分析和推理能力更強(qiáng)。同時，類腦智能計算機(jī)的體積小，有望在計算系統(tǒng)架構(gòu)、智能芯片、智能計算機(jī)和智能機(jī)器人等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)顛覆性創(chuàng)新，并在智能時代擁有廣泛的應(yīng)用前景。而廣義的類腦智能則包括類腦血管系統(tǒng)等生物腦的非神經(jīng)元及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，還涉及正在興起的類腦組織工程。這一工程應(yīng)用多能干細(xì)胞誘導(dǎo)分化的方法獲取具有大腦細(xì)胞類型和結(jié)構(gòu)的類腦器官，以模擬和重現(xiàn)大腦的結(jié)構(gòu)和功能以及疾病發(fā)生過程，并探索類腦器官的潛在醫(yī)學(xué)應(yīng)用，旨在恢復(fù)、維持或改善損傷大腦的功能。
因此，類腦智能的科技目標(biāo)是在硅基和碳基上分別構(gòu)造出類似生物腦的結(jié)構(gòu)和功能或智能，并將其應(yīng)用于智能芯片、計算機(jī)、機(jī)器人和腦醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。類腦智能研究領(lǐng)域已經(jīng)成為腦科學(xué)的重要組成部分，使得傳統(tǒng)的腦科學(xué)研究從發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)向創(chuàng)造。其科研成果也呈現(xiàn)出多樣化和創(chuàng)新性的特點(diǎn)。同時，類腦智能也已經(jīng)被納入《神經(jīng)科學(xué)》等教科書中。中國神經(jīng)科學(xué)學(xué)會也成立了相關(guān)分會并發(fā)表了相關(guān)路線圖以推動這一領(lǐng)域的發(fā)展。此外，國際知名學(xué)術(shù)期刊Nature也發(fā)文指出類腦計算急需一幅宏大的發(fā)展藍(lán)圖。
3.類腦智能的研究方向與應(yīng)用前景
在智能時代，隨著計算機(jī)科學(xué)和信息技術(shù)的日新月異以及大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)的不斷進(jìn)步，社會正在快速發(fā)展。特別是當(dāng)計算機(jī)的智能算力持續(xù)攀升甚至有望超越人腦的算力時，我們迎來了智能科技的新篇章。類腦智能便是在這一背景下應(yīng)運(yùn)而生的前沿科技。
類腦智能科技的目標(biāo)是在硅基材料上構(gòu)建類似生物腦的結(jié)構(gòu)和功能，以期在智能芯片、計算機(jī)和機(jī)器人等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)顛覆性的創(chuàng)新。這一研究領(lǐng)域已經(jīng)成為全球科技競爭的焦點(diǎn)，并吸引了大量科學(xué)家和工程師的投入。
目前類腦智能的研究主要集中于借鑒人腦的信息處理機(jī)制以發(fā)展類腦智能算法、感知認(rèn)知模型和技術(shù)。例如通過脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（SNN）計算來有效地處理大量非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)如圖像、聲音和文本等。同時研究方向還包括研發(fā)存算一體的計算框架和算法模型、實(shí)現(xiàn)類腦器件的三維高度集成以及開發(fā)適用于類腦計算的編程語言等。
類腦智能的應(yīng)用前景非常廣闊，在智能傳感器和便攜式智能信息工具等智能系統(tǒng)的支持下，我們可以構(gòu)建出類腦智能物聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)智能交通、智能醫(yī)療、全方位個性化服務(wù)以及智能社會管理和決策體系等新興的社會形態(tài)和模式，這將極大地提升我們的生活質(zhì)量并推動社會的進(jìn)步。
4.綠色類腦智能計算與超級計算系統(tǒng)
隨著對類腦智能研究的深入進(jìn)行，綠色類腦智能計算已成為一個重要的研究方向。該方向通過借鑒人腦存算一體和脈沖傳導(dǎo)的運(yùn)作方式來突破傳統(tǒng)計算的限制，并實(shí)現(xiàn)更高效和環(huán)保的智能計算。這不僅有助于提升智能設(shè)備的性能，還為解決能源和環(huán)境問題提供了新的思路。
與此同時對類腦智能超級計算系統(tǒng)的研究也在深入進(jìn)行中，這種超級計算系統(tǒng)借鑒了人腦的大規(guī)模并行處理機(jī)制并具有超高的算力和能效，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步我們有理由相信類腦智能超級計算系統(tǒng)將成為未來智能計算的重要發(fā)展方向。
5.展望未來
展望未來，類腦智能將在多個領(lǐng)域發(fā)揮巨大作用，它不僅將推動智能交通和智能醫(yī)療等行業(yè)的快速發(fā)展，還將為構(gòu)建無疆界全方位個性化服務(wù)以及智能社會管理和決策體系等新興社會形態(tài)和模式提供有力的支持。隨著技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步和應(yīng)用場景的不斷拓展，類腦智能將成為推動社會進(jìn)步的重要力量，并引領(lǐng)我們進(jìn)入一個更加智能、高效和環(huán)保的新時代。
來源：甘肅省科技廳
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