[医学]类脑计算(0001)

八工智能丨分析综述面向人工通用智能的类脑计口文/施路平、裴京、赵蓉清华大学體，清华大学类脑计算研究中心主任，總国紅施路平 程研究中心主任。

研究领域：类脑计算'信息存储'集成光电子、智能仪器。

1992年获德国科隆大学博士学位，1996-2013年任新加翻居存储研究院资深醉家，领导光存储'轉体存储和类脑计算研究。

2013年加入清华大学，创建类脑计算研究中心，领导研制成功首款异构融合类脑计算芯片，2019年8月相关成果作为封面文章发表在Nature上，该工作被评为"2019年中国十大科技»展"。

2004年曾获新力啦科技奖。

清华大学精密仪器系副研究员，博士生导师。

先后在Nature等学术期刊发表论文50余篇，获国家发明专利授权 裴京40余项，国际发明专利授权2项。

曾获得国家发明二等奖、国家科技进步二等奖各1项，省部级科技奖励3项。

近年来的研究重点是神经形态工程和面向人工通用智能（AGI)的类脑计算芯片及系统。

清华大学精密仪器系和类脑计算研究中心、教授，获新加坡国立赵蓉大学电子与计算机博士。

新加坡科技与设计大学终身副教授，曾任人工智能实验室主任。

长期研究数据存储、非易失注存储技术、类脑计算、神经形态器件和芯片。

在Nature,Science等杂志上发表100多篇文章。

2008年新加坡科学院第一届名师奖I得主。

类脑计算是借鉴人脑存储处理信息的方式，面向人工通用智能发展的新型计算技术,类脑计算系统是基于神经形态工程，打破“冯■诺依曼”架构束缚、适于实时处理非结构化信息、具有学习能力的超低功耗新型计算系统。

它是人工通用智能的基石,拥有扱为广阔的应用前景。

这项研究目前处于起步阶段，尚未形成公认技术方案。

本文将从为什么（why)、做什么（w h a t)和怎样做（how )三方面，总结分析类脑计算及芯片面临的挑战和可能的解决方法，重点介绍天机类脑计算芯片和系统,探过如何利用软硬件结合发展人工通用智能。

生物医学中的类脑计算在21世纪科技革命已经进入了快速发展的阶段，人类的科学技术水平已经取得了惊人的进步。

其中信息技术的迅速发展，使得生物医学中的类脑计算成为了一种受关注的新型技术。

本文将对生物医学中的类脑计算技术进行探讨。

一、什么是类脑计算？类脑计算是生物计算机科学领域的新型技术，它是针对人类大脑神经网络运作的仿真研究。

类脑计算技术通过对神经网络进行建模，模拟出大脑中神经元之间的联接和信息传输，从而获取人类大脑的特征和功能，并将其应用于生物医学中，使得人工智能领域的技术得到了重大突破。

二、类脑计算在生物医学中的应用1. 视觉辨识类脑计算技术在视觉辨识方面得到了广泛的应用，例如用于进行肝脏癌症检测和乳腺癌的早期诊断，类脑计算技术可以通过分析病人的CT和MRI影像数据，对病变区域进行标注，从而准确地判断疾病的位置和程度。

2. 智能健康类脑计算技术可以用于开发智能健康产品，对人体各个部位进行检测，并提供人体健康的数据和建议，例如可以检测人的脉搏、心跳、体温等生理参数，并进行分析，提供相应的健康建议。

3. 精神疾病诊断类脑计算技术可以通过建立复杂的人工神经网络，对患有精神疾病的患者进行诊断和治疗，例如能够检测踌躇症和忧郁症等精神障碍，提供相应的治疗方案。

三、类脑计算技术的优势与传统计算方式不同，类脑计算具有以下一些优势：1. 强大的自适应能力类脑计算技术可以通过对大量数据的学习和练习，建立自适应的模型，从而实现更加准确的预测和诊断。

2. 高度的并行处理类脑计算技术可以实现大规模的并行处理，从而可以同时处理多个任务，而不会降低整体处理的效率。

3. 具有较高的容错性类脑计算技术可以通过建立多个网络节点，从而实现数据的冗余备份，这样即使某个节点出现故障，也不会影响整个系统的运行。

四、类脑计算技术存在的挑战和未来展望随着技术的不断发展，类脑计算技术的应用前景广阔，但同时也存在一些挑战，例如：1. 大量数据的处理对于大型数据的处理，类脑计算技术需要能够快速响应，同时应该解决内部异质数据的处理问题。

类脑计算（类脑人工智能）类脑计算什么是类脑计算？∙类脑计算，是由美国科学家Carver Mead在上世纪80年代末提出的，类脑计算代表这样的一个概念：运用包含虚拟电路的超大规模集成电路系统来模仿在人类神经系统中存在的神经生物构造。

首先，神经科学家们要充分理解人的大脑是怎么样运作的，我们的大脑是何如何用被上千米长的神经纤维连接着的处理单元和神经突触来接收和处理信息的，类脑计算跳脱出原有的计算机模式，开发出能够利用简单、可靠、快速且低能耗运算设备的随机行为的新技术。

∙简单地说就是试图通过模仿或构建人脑生物神经网络来获得“智能”类脑计算和人工智能的关系：类脑计算属于人工智能的一个重要组成部分，它关注的是神经网络方面内容，人工智能属于实际应用，人工智能的很多算法来自于类脑计算。

人工智能流派有一种划分，逻辑主义，连接主义，进化主义。

逻辑主义：传统人工智能基于逻辑推理，他们认为人工智能源于数理逻辑。

连接主义：人工神经网络即类脑计算，他们认为人工智能源于仿生学，特别是对人脑模型的研究。

进化主义：计算智能中以遗传算法，群集智能为核心的一类，他们认为人工智能源于控制论。

具体可参考人工智能学派简介类脑计算的三大特征∙低能耗o人类大脑的耗能量远远低于一台超级计算机的耗能量，一只老鼠的大脑能够以比一个模仿它大脑的计算机模拟系统快9000倍的速度处理信息，而且消耗更低的能量。

∙容错性o如果一个微处理器失去一根晶体管，它就不能用了，然而在人脑中，神经细胞的死亡是持续不断的，但这并不会给人脑带来灾难性的损害。

∙不需要编程o人脑通过和外界的交互，就能够随时学习并且更新升级，不需要依照某个笃定好的模板线性发展。

类脑计算发展至今最成功的案例：深度学习∙深度学习直接把大量的数据投放到算法中，系统就会自动利用这些数据学习、研究。

深度学习中的“训练”与“预测”过程对应的是人类大脑的“归纳”和“推测”过程。

要真正实现强人工智能，必须借鉴人脑的结构和学习思维模式，通过深度学习这样的方法进行模拟，通过仿生学思路实现人工智能的突破。

报告题目:类脑计算的问题与视觉认知报告人：郑南宁院士工作单位：西安交通大学摘要：大数据、远程自主系统和半自主系统的发展对计算能力和能效提出了更高要求，但集成电路芯片的性能将接近理论极限，使得基于冯·诺依曼结构的计算技术已无法满足需求；另外，深度学习方法虽在大规模图像分类、语音识别、人脸识别等领域取得惊人的进步，但深度网络模型与人类大脑相类比，存在巨大的局限性，深度网络只有“前馈”连接，缺乏逻辑推理和因果关系的表达能力、缺乏短时记忆和无监督学习能力，很难处理具有复杂时空关联性的任务。

这些问题促使我们去寻求新的计算模式。

而人类大脑有着自学习、联想、记忆和推理等功能，这些功能与其结构存在着对应关系，并且大脑的神经网络系统具有反馈机制，如视觉的“选择性注意”就来自于从高级“控制”脑区到初级视觉脑区的反馈信号。

类脑计算就是受上述脑功能和脑神经网络连接机制启发的一种计算架构，它以神经形态计算的模式来部分模拟大脑功能与其结构的对应关系和反馈连接，增强人工智能及其计算效率，而不是复制人类的大脑或简单地建造一种模拟神经元功能的芯片。

本报告围绕类脑计算(受脑启发的计算)的基本问题，结合作者研究团队的研究工作，介绍用于视觉认知信息处理和联想记忆模式识别的受脑启发的计算方法；讨论如何利用复杂的时空动态演化的网络系统来突破传统基于符号和概率的知识表达的局限性，实现用可塑的、动态的非线性关系网络来代替传统的基于定量数值的计算方法；以及可用于大规模神经网络计算的片上众核通信互联架构与软件支持环境的研究。

类脑计算是一场令人兴奋又感到望而生畏的艰难挑战，它的探索和形成需要严谨的理论、恰当的模型和深度的大脑数据分析，仅凭直觉我们无法做到对复杂、非线性的大脑功能有更深入的理解，也不可能真正实现面向实际问题求解的类脑计算。

个人简介：郑南宁，西安交通大学人工智能与机器人研究所教授、中国自动化学会理事长、中国认知科学学会创会副理事长、Member of the Governing Board of IAPR(国际模式识别协会)，IEEE fellow，中国工程院院士。

基于生物视觉启发的类脑算法基于生物视觉启发的类脑算法是近年来人工智能领域的重要研究方向之一。

它借鉴了生物视觉系统的复杂结构和功能，通过仿生学的思路实现了一种高效、灵活的视觉处理方法。

这种算法在计算机视觉、机器人技术、自动驾驶等领域具有广泛的应用前景，并且对于解决传统计算机视觉算法中的一些难题具有重要意义。

生物视觉系统是自然界中最复杂和高效的感知系统之一，人类的视觉系统可以以惊人的速度和准确性处理视觉信息。

类脑算法通过研究生物视觉系统的工作原理，将其转化为数学模型和算法，从而实现了类似的感知和处理能力。

这种算法主要包括两个关键部分：感知和认知。

感知是类脑算法的核心，它对输入的视觉信息进行预处理和分析，从中提取出关键的特征。

生物视觉系统的感知过程可以分为多个层次，每个层次都负责不同的功能，例如边缘检测、颜色分析和运动感知等。

类脑算法模拟了这种层次处理的机制，通过一系列复杂的神经网络实现了对输入图像的特征提取。

这种算法具有较强的灵活性和适应性，能够处理各种不同的视觉任务。

认知是类脑算法的另一个重要组成部分，它对感知到的信息进行整合和理解，从而产生对环境的认知。

生物视觉系统中的认知过程涉及到高级的认知功能，例如目标识别和空间导航等。

类脑算法通过对大量感知和认知神经元之间的连接和激活进行模拟，实现了对复杂视觉任务的处理。

这种算法具有极高的灵活性和智能化程度，能够模拟出人类的认知能力。

类脑算法的应用前景十分广阔，可以用于解决传统计算机视觉算法中的一些难题。

例如，传统的图像识别算法往往对光线、角度等因素敏感，容易受到外界干扰。

而类脑算法通过模拟生物视觉系统对光照和角度变化的适应性，能够更好地处理这类问题。

此外，类脑算法还可以应用于自动驾驶技术中，通过对环境进行感知和认知，实现更安全可靠的自动驾驶系统。

总之，基于生物视觉启发的类脑算法是一种创新的人工智能算法，它借鉴了生物视觉系统的复杂结构和功能，实现了一种高效、灵活的视觉处理方法。

一种神经形态的类脑计算芯片设计及其应用
研究
近年来，人工智能技术得到了飞速发展，而神经形态类脑计算芯片正是其中的关键技术之一。

它模仿了大脑的神经元连接方式，能够实现复杂的辨认、控制和学习任务，被广泛应用于自动驾驶、智能机器人、语音识别等领域。

神经形态类脑计算芯片的设计基于生物神经元的结构和功能，即将神经元模型中的信号传递机制映射到硬件电路中。

与传统的计算机芯片相比，它拥有更高的能效、更强的适应性和较低的计算延迟。

此外，由于神经形态类脑计算芯片采用了神经元之间的并行传递方式，其运行速度也得到了极大的提升。

在应用方面，神经形态类脑计算芯片在自动驾驶、语音识别、机器人视觉等领域展现出了极高的应用价值。

例如，在自动驾驶领域，它可以通过分析路况图像、识别物体等方式，实现自主导航和车辆控制。

在机器人视觉领域，神经形态类脑计算芯片还可以帮助机器人对环境进行建模和定位。

当然，神经形态类脑计算芯片还面临诸多挑战，例如设计复杂、制造成本高、算法研究还需进一步深入等。

但相信随着科技的不断进步，这些难题都可以逐一被攻克，为人工智能技术发展带来越来越广阔的前景。

总之，神经形态类脑计算芯片作为人工智能技术的重要支撑，已经引起了广泛的关注和重视。

我们可以期待，在未来的日子里，它将会在各个领域产生出更加优秀的应用，让我们的生活变得更加智能、便捷和舒适。

脑指数计算公式
脑指数计算公式：IQ = (智力年龄/实际年龄) × 100
智力年龄是指一个人的智力水平相当于多少岁的人，实际年龄是指一个人的真实年龄。

通过这个公式，我们可以计算出一个人的智商水平。

智商是一个人智力水平的衡量标准，它是通过智力测试来测量的。

智商测试包括语言、数学、空间、记忆、推理等多个方面，通过测试得出的智商分数就是一个人的智商水平。

智商高低对一个人的生活和工作都有很大的影响。

智商高的人通常能够更好地解决问题，更快地学习新知识，更容易适应新环境。

而智商低的人则可能需要更多的时间和精力来完成同样的任务，也更容易受到外界的影响。

但是，智商并不是一个人全部的能力和潜力的衡量标准。

除了智商，还有情商、创造力、领导力等多个方面也是一个人成功的重要因素。

因此，我们不能仅仅通过智商来评价一个人的能力和潜力。

智商也并不是一成不变的。

通过不断学习和训练，我们可以提高自己的智商水平。

因此，我们应该注重自我提升，不断学习和探索，提高自己的综合素质。

脑指数计算公式可以帮助我们了解自己的智商水平，但是我们不能
仅仅通过智商来评价一个人的能力和潜力。

我们应该注重全面发展，提高自己的综合素质，不断追求进步和提高。

面向类脑计算的脑仿真研究进展与展望
王笑;洪朝飞;张宇豪;吴迅冬;唐华锦
【期刊名称】《人工智能》
【年(卷),期】2022()6
【摘要】过去近百年的神经科学研究让我们对大脑的工作机制取得了初步的理解,脑仿真技术在其中发挥了关键性的作用。

未来脑仿真研究将在理解大脑工作机制、推进类脑计算与新一代人工智能的发展中发挥重要作用。

我们在这篇综述中,围绕面向类脑计算的脑仿真研究进展情况,从模型、仿真工具、皮层和神经环路功能模拟、脑疾病、与人工智能的互相促进等几方面进行阐述与分析,并对其未来发展趋势及有望取得突破的一些关键问题进行了展望,希望能够促进对类脑计算、脑仿真,以及人工智能交叉领域的研究兴趣。

【总页数】13页(P41-53)
【作者】王笑;洪朝飞;张宇豪;吴迅冬;唐华锦
【作者单位】之江实验室智能计算研究院智能计算硬件研究中心;浙江大学计算机科学与技术学院
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.9
【相关文献】
1.上海市脑与类脑智能基础转化应用研究的现状及展望
2.面向人工通用智能的类脑计算
3.类脑计算技术发展与产业应用展望
4.面向人工通用智能的类脑计算
5.面向类脑计算的物理电子学专题编者按
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类脑智能算法的研究及应用随着人工智能领域的发展，类脑智能算法逐渐受到越来越多的关注。

类脑智能算法是指通过对仿生学研究、人类神经系统研究、认知科学研究等多个领域的深入探索来构建类似于人脑认知和信息处理的计算模型和算法体系。

本文将重点介绍类脑智能算法的研究及应用。

一、类脑智能算法的研究1. 仿生学研究仿生学是模拟生物体结构、功能及其作用机制所形成的一种新的学科领域，对于类脑智能算法的研究有着重要的作用。

仿生学研究主要关注生物体的结构与功能，并通过对这些结构与功能的深入探索，寻找一些可能应用于类脑计算的算法和计算模型，从而改进并优化人工智能算法。

2. 认知科学研究认知科学是研究人类大脑信息加工过程和心理学、语言学、哲学等多个学科交叉的一门学科。

认知科学的研究成果对于理解人类的思维机制以及开发类脑计算机有着重要的作用。

在认知科学的研究过程中，研究者发现了许多类脑智能算法所需要的主要元素，例如神经连接和微观结构等信息，这些元素对于构建类脑计算机体系极其重要。

3. 人工智能研究类脑智能算法的出现离不开人工智能的研究支持。

人工智能研究者们通过大量的实践和探索，积攒了许多珍贵的实战经验，并通过这些经验来改进和优化类脑智能算法的设计，从而让计算机更好地模拟人类的思维模式和处理信息的能力。

二、类脑智能算法的应用1. 人脸识别人脸识别是一个复杂而千变万化的过程，通过现代技术手段的运用，类脑智能算法在人脸识别领域中得到了广泛的应用。

通过对人脸特征进行学习和提取，类脑智能算法不仅能够有效地识别出人脸的各种特征，还能在真实环境中进行高效准确的识别。

2. 自然语言处理自然语言处理是指计算机对人类自然语言进行的语言理解和语言生成的过程，是人工智能领域中的重要分支。

类脑智能算法在自然语言处理中被广泛应用，通过对人类语言信息的学习，算法不仅能够快速准确地理解和处理人类自然语言，还能逐渐熟练地生成人工语言。

3. 机器人和无人驾驶机器人和无人驾驶技术正日益成熟，类脑智能算法在这些领域的应用也越来越广泛。