數位雙胞胎大腦：探索生物學與人工智慧的交集
概要
2023 年 10 月 11 日，《Intelligent Computing》發表了中國科學院自動化研究所江天子領導的研究團隊所寫的一篇論文，闡述了一個名為「數位雙胞胎大腦」的創新平臺的關鍵組成和性質。這個平臺有望彌合生物學和人工智慧之間的差距，並為我們提供對這兩者的新的洞察。數位雙胞胎大腦結合了三個核心元素：大腦結構的腦圖譜、模擬大腦功能的神經模型以及提供新現實世界資料的應用。
探索大腦的工作機制
數位雙胞胎大腦可以透過模擬和調節大腦在不同狀態下進行各種認知任務的方式，探索人腦的工作機制。例如，研究人員可以模擬大腦在休息狀態下的常規功能以及在疾病中的異常功能，或者開發調節大腦活動，使其遠離不良狀態的方法。透過這種方式，他們可以理解大腦如何完成各種複雜的認知任務。
腦圖譜、神經模型和應用的互動
數位雙胞胎大腦的實現需要三個核心元素的相互作用和演進：大腦圖譜作為結構藍圖和生物約束，生物資料訓練的多層次神經模型來模擬大腦功能以及一系列應用程式來評估和更新當前的「雙胞胎」。這些應用程式包括疾病生物標記物的發現和藥物測試。透過這些應用程式的反饋，可以增強大腦圖譜的能力。
選擇適當的大腦圖譜
生物大腦具有複雜的結構和動態。因此建立數位雙胞胎大腦需要精細的大腦圖譜，包括不同尺度、多種模態甚至來自不同物種的圖譜。這些圖譜可以用來探索大腦的各個方面以及不同腦區之間的存取和相互作用。同時大腦圖譜也是一種約束，神經模型必須基於它們來實現「生物的可信性」，這也帶來了技術挑戰。
強調發展開源且功能強大的平臺
現有的大腦模擬平臺在解剖學基礎上仍有不足，因此研究人員認為設計一個「開源、高效、靈活且易於使用的以大腦圖譜為約束的」平臺至關重要，這樣的平臺能夠支援多尺度和多模式建模。這樣的平臺將促進大腦模型的發展，加速數位雙胞胎大腦的實現。
展望與挑戰
將生物知識融入數位雙胞胎大腦、設計更好的模型進行模擬以及將數位雙胞胎大腦融入實踐環境等問題仍然存在許多待解決的問題。然而數位雙胞胎大腦代表了神經科學和人工智慧的融合。透過結合精巧的大腦圖譜、動態的神經模型和多樣的應用，這一平臺有望徹底改變我們對生物和人工智慧的理解。在全球科學家的共同努力下，數位雙胞胎大腦有望推進人工通用智慧的發展，並改變精確心理健康護理，為我們對人類思想的理解、智慧技術的發展以及大腦疾病的治療取得重大突破。
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