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(jī)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(jī)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(jìn)展，這些數(shù)據(jù)使用功能性磁共振成像(fMRI)進(jìn)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(rèn)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(jī)科學(xué)與電氣工程系的研究人員與英特爾研究機(jī)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(jìn)展的評論。

“實時監(jiān)測大腦的能力對于改進(jìn)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(xì)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(jìn)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(jī)算法和處理方法以快速分類大型數(shù)據(jù)集的計算機(jī)科學(xué)家受益，俄勒岡州，英特爾心靈之眼實驗室的負(fù)責(zé)人。Willke負(fù)責(zé)領(lǐng)導(dǎo)英特爾的協(xié)作團(tuán)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(rèn)知研究中學(xué)到的知識輸出到機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能中，以推進(jìn)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(jī)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(jī)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(jī)通過將任務(wù)分解成可以并行處理的塊來幫助減少進(jìn)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(jī)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。