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數(shù)字孿生大腦：計(jì)算機(jī)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,?？赡闶欠裨胂筮^，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(jī)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(shí)現(xiàn)200億脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)全腦計(jì)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(xiàng)科學(xué)研究成果：基于大算力對大腦進(jìn)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(jì)算模擬的突破進(jìn)展，明年有望進(jìn)一步逼近860億,，更接近真實(shí)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(jì)算機(jī)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(shí)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(jìn)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(shí)的fMRI信號, 進(jìn)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(jìn)展遵尋從粗糙到精細(xì), 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(jì)約86T的突觸,，要實(shí)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(jì)算模擬平臺來支撐,。曙光計(jì)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(jì)算資源服務(wù)交付能力,。計(jì)算中心內(nèi)部采用200Gb Infinband超高速,、低延遲網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)模型訓(xùn)練中海量的數(shù)據(jù)傳輸和參數(shù)交互,；獨(dú)有的浸沒式液冷相變冷卻技術(shù),，可有效保障計(jì)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(jì)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(shí)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(shí)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(jì)算上的數(shù)字孿生大腦》報(bào)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(shí)踐應(yīng)用帶來的社會價(jià)值,。

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