40萬億畫素重建史上最清晰「果蠅大腦」,Google AI要做什麼?

2019.08.08 by
愛范兒 ifanr
愛范兒 ifanr 查看更多文章

愛范兒連接全球創新者及消費者,跨界技術、文化、消費及創新,致力消費科技領域的產業評論、產品報導及社群連接,創造高品質的消費樂趣。

愛范兒
從重建果蠅大腦作為基點,展現Google AI龐大的數據處理能力及傑出的生物科技技術,企圖探究生物乃至人類的大腦秘密。

與生命科學、人類疾病研究密切相關的動物,除了小白鼠、猴子這些動物,還有一個重要的動物是——果蠅。

從遺傳學研究、生命發育研究,再到生物節律,不少諾貝爾獲獎者的研究都與果蠅有關。而且果蠅的很多基因與人類同源。

果蠅大腦的部分神經元
愛范兒

近日,Google AI宣布,他們與霍華德.休斯醫學研究所(Howard Hughes Medical Institute,HHMI)、哈佛大學共同合作,使用數千個TPU(註1),重建了果蠅大腦。

註1:張量處理器(tensor processing unit,TPU)是Google為機器學習全客製化的人工智慧加速器專用積體電路,專為Google的深度學習框架TensorFlow而設計。

Neuroglancer
愛范兒

與此同時,他們還在Neuroglancer中公開果蠅的大腦模型,公眾可以透過下載或在線獲取果蠅大腦神經網絡的3D成像。值得一提的是,Neuroglancer讓龐大的數據可以做到可視化,並且實現互動。

果蠅被作為試驗昆蟲,主要是因為它的大腦神經元數量較少,為10萬個。而老鼠的大腦神經元有1億個,人類大腦的多達1,000億個。

重建果蠅大腦的過程是這樣的:首先將果蠅的大腦切成數千張40奈米薄的薄片,然後使用透射電子顯微鏡對切片進行成像。接著,再將這些2D圖像一層一層地拼接,組合成為3D成像。

去年有學者也發布過類似的成果,圖片來自 Juan Eugenio Iglesias
愛范兒

在此之前也有學者和機構嘗試透過類似的方法重建果蠅大腦,但在拼接的過程中,依然會出現一些誤差。就像我們用很鋒利的刀,把一個西瓜切成薄片,這個過程肯定會有果肉組織被刀刃帶走。

然而透過使用機器學習和神經網絡模型,可以追踪那些切片有缺失的部位,讓圖像實現更好的拼接。這其中使用到一個名為FFN(FeedForWard Neural Network)的神經模型,也稱為前饋神經網絡。數千張40奈米薄的切片,共產生40萬億畫素的圖像,在處理如此巨大的數據量時,研究人員使用了數千個雲端TPU。

然而目前這個聯合項目也僅僅是重建了有史以來最清晰的果蠅大腦而已。

愛范兒

重建果蠅大腦,探索生命和智力的本質

他們接下來要做的,是對果蠅大腦的學習、記憶和感知路徑進行研究,這就需要他們對果蠅大腦神經元細胞的突觸進行重建。這也不是一項簡單的研究。

從果蠅這些相對簡約的動物身上,我們可以探尋生命和智力的本質。單從果蠅大腦到人類大腦,就更加遙遠了,因為靈長動物與昆蟲之間依然有著相當大的差異,比如意識、語言這些研究就必須在人類或非靈長類動物身上進行。

Neuralink
愛范兒

今年7月,伊隆.馬斯克(Elon Musk)的神經科技公司-Neuralink發布了他們的腦機接口系統項目,將透過一台神經手術機器人向人類大腦快速植入大量4-6微米粗細的線,並且可以透過USB-C接口直接讀取大腦信號,甚至用iPhone控制。

然而我們依然處於腦機接口技術很原始的一個階段。

因為就目前全球的研究進度看來,我們對人類大腦的了解遠遠不夠,先別說1000億個神經細胞,人類現在甚至還不知道自己的大腦細胞究竟有多少種。

責任編輯:江可萱

本文授權轉載自:愛范兒

延伸閱讀

每日精選科技圈重要消息