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要了解大脑,你也需要电子工程师

电子工程师正在成为理解人类大脑运作的重要因素。电子工程和神经科学之间的交叉点正在迅速增长。作为一种相对较新的攻击角度,这种研究可以在脑疾病和人工智能技术的医学治疗方面取得突破。为什么是这样?神经科学家使用功能磁共振成像(fMRI),脑电图(EEG)和电探针等技术测量大脑的电活动。通过这些技术,我们知道某些活动模式可能表明精神分裂症,癫痫和阿尔茨海默病等疾病。但是这些测量结果并没有告诉我们,脑细胞(神经元)如何协同工作以实现复杂的功能,如运动,智力和情绪。这就是计算神经科学的用武之地。回答这些关于大脑计算的问题是神经科学的圣杯。或许更合适的是,十亿欧元的问题,即欧盟最近致力于人类大脑计划的问题。电子工程和神经科学的交叉点最近由我和电气和电子工程师协会的共同客座编辑强调。我们研究了受生物学启发的激动人心的新技术以及脑科学的进步。作为一名计算神经科学家,我自己的研究小组想要了解为什么大脑擅长从我们的感官中提取信息。例如,在嘈杂环境中分离语音等任务时,自动语音识别远远落后于大脑。什么是神经元使大脑更好?作为一名电子工程师,我想在语音识别和自动音乐转录等任务中运用神经元处理声音的知识来设计与人类一样好的技术。在所有这些工作中,我受物理学家理查德费曼的着名黑板座右铭的激励:“我无法创造,我不明白。”我们的想法是设计和创造模仿我们已经知道的神经元的技术将更多地教会我们如何他们在大脑中一起工作。尽管可以使用标准计算机在这些方向上采取步骤,但是存在一种替代且越来越富有成效的方法。这是为了设计更接近模仿脑细胞网络的电子电路。例如,模仿视网膜神经元反应的视觉传感器可以使机器人快速移动以停止移动物体。与计算机的数字和顺序处理不同,大脑的神经元是模拟的,平行的和不精确的。在电子设计中采用这些特征被称为神经形态工程。例如,在澳大利亚,西悉尼大学的生物电子学和神经科学小组在该领域开展工作。他们已经表明,可以建立模仿神经元不可预测的可变性的电路,并使用比传统设计更少的功率来工作。 2月的“对话”中提到了以这种方式“逆向工程”大脑的重要性。这是对澳大利亚科学院关于澳大利亚神经科学研究的智库报告的回应。该报告讨论了一个“创造仿生大脑”的计划。“仿生”字面意思是生物学与电子学的交叉。在电子电路中“创造仿生大脑”肯定需要电子工程师。例如,人工耳蜗植入成功地将电子学与脑科学相结合,被称为“仿生耳”。从视力丧失,癫痫治疗,帕金森病到阿尔茨海默病等脑部疾病的电子“医学仿生学”的研究也在进行中。但是,除了这些应用,我相信通过模仿大脑的电路,工程师还可以提高对大脑中神经元计算的基本理解。反过来,这种增强的理解最终将导致工程系统复制并超越人类智能的能力。

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