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數(shù)字孿生大腦：計算機向大腦秘密的無限逼近

發(fā)布時間: 2021-09-16


拷貝在我們的生活中似乎是一件再稀松平常不過的事情。可你是否曾想象過，我們的大腦，竟然也可以“拷貝”呢？

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是的，我們的大腦也可以拷貝。這個由大腦拷貝出來的孿生兄弟叫做“數(shù)字孿生腦”（DTB）。就像人類大腦的 " 備份 " 或克隆體，科學(xué)家不僅可以用它整合各類生物腦研究結(jié)果，還可以揭示腦機理、啟發(fā)類腦智能、解鎖所有和腦有關(guān)的疾病。

“數(shù)字孿生大腦”實現(xiàn)200億脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)全腦計算模擬

近期，復(fù)旦大學(xué)類腦智能科學(xué)與技術(shù)研究院發(fā)表了一項科學(xué)研究成果：基于大算力對大腦進行的復(fù)制和模擬，“數(shù)字孿生大腦”取得了從20億到200億次脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)全腦計算模擬的突破進展，明年有望進一步逼近860億，更接近真實人腦世界。科學(xué)家們通過深入解析人腦工作的模式，研究人工智能算法、數(shù)據(jù)、模型，為人工智能發(fā)展的革命性突破提供基礎(chǔ)。

計算機模擬平臺如何構(gòu)建數(shù)字孿生大腦？

生物大腦是由不同功能子區(qū)域交互構(gòu)成的復(fù)雜動力系統(tǒng)，分布于多腦區(qū)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)動實現(xiàn)腦功能。復(fù)旦大學(xué)數(shù)學(xué)科學(xué)學(xué)院陳波宇博士介紹構(gòu)建數(shù)字孿生大腦主要有兩步: 首先通過微觀的單神經(jīng)元動力學(xué)模型和宏觀的DTI連接概率信息的整合, 搭建一個初始化的神經(jīng)元級別的全腦模型, 并在大規(guī)模算力上有能力對其進行模擬; 然后, 通過用DA同化的方法調(diào)整介觀層面的結(jié)構(gòu)參數(shù), 使得這個全腦模型的Bold信號可以擬合學(xué)習(xí)真實的fMRI信號, 進而構(gòu)建出具有預(yù)測意義的數(shù)字孿生大腦。現(xiàn)有的DA同化進展遵尋從粗糙到精細, 即腦區(qū)->體素->皮層功能柱的路線, 逐步學(xué)習(xí)訓(xùn)練數(shù)字孿生大腦, 使得它的結(jié)構(gòu)能夠符合現(xiàn)有對大腦觀測的全部信息。

成人大腦大約有86G神經(jīng)元,總計約86T的突觸，要實現(xiàn)大規(guī)模的全腦數(shù)字模擬，需要一個超大規(guī)模的異構(gòu)計算模擬平臺來支撐。曙光計算服務(wù)憑借多年的行業(yè)積累，構(gòu)建超級算力互聯(lián)，可提供海量的計算資源服務(wù)交付能力。計算中心內(nèi)部采用200Gb Infinband超高速、低延遲網(wǎng)絡(luò)，可實現(xiàn)模型訓(xùn)練中海量的數(shù)據(jù)傳輸和參數(shù)交互；獨有的浸沒式液冷相變冷卻技術(shù)，可有效保障計算模擬平臺的穩(wěn)定性以及可靠性；為用戶提供芯片，平臺，應(yīng)用級調(diào)優(yōu)，提升性能，加速用戶科研創(chuàng)新速度。

腦科學(xué)前沿研究廣闊的應(yīng)用前景

腦科學(xué)是了解人與自然的終極疆域。依托復(fù)旦大學(xué)類腦智能科學(xué)與技術(shù)研究院打造的國際一流的腦與類腦前沿研究平臺和曙光智算計算服務(wù)平臺，基于腦數(shù)據(jù)庫和算法，可研究多動癥和睡眠障礙的聯(lián)系、大腦灰質(zhì)和個性發(fā)育與醉酒頻率的關(guān)系等問題，并實現(xiàn)通用人工智能在自動駕駛領(lǐng)域的初步應(yīng)用。未來，隨著產(chǎn)學(xué)研合作實質(zhì)性開展，DTB有望在自動駕駛、智能電網(wǎng)、智慧物流、軌道交通、智慧診療等領(lǐng)域中發(fā)揮重要作用。

9月9日曙光智算誠邀復(fù)旦大學(xué)數(shù)學(xué)科學(xué)學(xué)院陳波宇博士分享了《異構(gòu)計算上的數(shù)字孿生大腦》報告，回顧探索生物大腦的兩種方式，深入的介紹了在基礎(chǔ)方式研究上，如何用大算力構(gòu)建數(shù)字孿生大腦與類腦智能研究領(lǐng)域面臨的主要挑戰(zhàn)，展望了數(shù)字大腦實踐應(yīng)用帶來的社會價值。

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