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(jì)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(jì)算機(jī)處理器制造商英特爾的研究人員組織的幾場(chǎng)黑客馬拉松之一，旨在構(gòu)建可以實(shí)時(shí)了解一個(gè)人在想什么的軟件，而這個(gè)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(dòng)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(jì)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(shí)驗(yàn)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(jì)算進(jìn)展的評(píng)論。

“實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)大腦的能力對(duì)于改進(jìn)腦部疾病的診斷和治療以及關(guān)于大腦如何運(yùn)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(shí)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(shí)間從幾天縮短到不到一秒。

一種受益于思想實(shí)時(shí)解碼的實(shí)驗(yàn)發(fā)生在黑客馬拉松期間。這項(xiàng)研究由J.BenjaminHutchinson設(shè)計(jì)，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(gè)人關(guān)注環(huán)境時(shí)大腦的活動(dòng)，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(shí)驗(yàn)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(tái)室的電腦，可以實(shí)時(shí)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(shí)使圖片更清晰、顏色更深，并在她的注意力分散時(shí)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(shí)驗(yàn)室的高級(jí)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(jì)更高效的計(jì)算機(jī)算法和處理方法以快速分類大型數(shù)據(jù)集的計(jì)算機(jī)科學(xué)家受益，俄勒岡州，英特爾心靈之眼實(shí)驗(yàn)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(duì)。

“英特爾有興趣開發(fā)高性能計(jì)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(shí)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(dòng)駕駛、更快的藥物發(fā)現(xiàn)和更早的癌癥檢測(cè)。”

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(shí)，fMRI掃描儀會(huì)捕捉大腦中時(shí)不時(shí)發(fā)生的血流變化信號(hào)。但是從這些測(cè)量中讀取一個(gè)人的實(shí)際想法是一個(gè)挑戰(zhàn)，而實(shí)時(shí)做到這一點(diǎn)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(shí)別與思想相關(guān)的大腦活動(dòng)模式。設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)化指令或算法來執(zhí)行這些分析仍然是一個(gè)主要的研究領(lǐng)域。

強(qiáng)大的高性能計(jì)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(shí)間。普林斯頓大學(xué)PaulM.Wythes'55P86和MarciaR.WythesP86計(jì)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(jì)算的結(jié)合使合作能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)大腦掃描處理的合作。