【成果】面向未来人工智能前瞻布局,自动化所类脑智能研究取得系列进展

2017 年 8 月 9 日 中国科学院自动化研究所


2017年7月23日,在国务院发布《新一代人工智能发展规划》之际,中央电视台国际频道(CCTV4)《中国新闻》“人工智能在中国”系列报道走进中科院自动化所类脑智能研究中心,集中报道了曾毅研究员课题组类脑认知计算建模、机器脑在智能机器人中的应用等科研成果,展示了自动化所面向未来人工智能布局所取得的初步成就和进展。 



面向未来人工智能发展的前瞻布局



2010年起,自动化所着手前瞻性布局并组织实施类脑智能工程规划。经过几年的培育,2015年4月正式成立了独立部门建制的类脑智能研究中心,融合了智能科学、脑与认知科学的多学科优势,定位于研究创新性的认知脑模型,实现类脑信息处理、类脑智能机器人等相关领域理论、方法与应用的突破。


2015年6月,中科院在脑科学卓越创新中心的基础上扩容成立“中科院脑科学与智能技术卓越创新中心”,自动化所与神经所为双依托单位,联合全院二十多个研究所,成为国际上第一个将脑科学与智能技术深度融合的研究机构,并在2016年国科大新成立的未来技术学院中承办“脑科学与智能技术教研室”,专门培养脑智交叉人才。截止到目前,自动化所共有28位研究员入选卓越中心骨干人才。


近年来,自动化所积极推动和参与国家科技创新战略,为国家“脑科学与类脑研究”重大科技计划、北京市脑专项规划等建言献策,并先后承担北京市脑专项6个项目的研究工作;同时,主体承担中科院战略性先导科技专项(B类)“脑功能联结图谱与类脑智能研究”中的类脑智能相关的3个项目。


2016年第7期《中国科学院院刊》发表了“脑科学与类脑智能”专题,白春礼院长为该专题撰写序言。专刊用9篇文章介绍卓越中心在脑智交叉研究方面的进展。


2017年3月20日,受科技部委托,自动化所承办了首届“中以脑科学与类脑智能科技合作研讨会”,来自中国和以色列的脑科学与智能技术领域的14位优秀科学家就脑智交叉合作研究进行了深入研讨交流。


在上述项目支持下,类脑智能研究中心在多模态感知、自主学习与记忆、思维、决策等相关的认知脑模拟、类脑多模态信息处理、以及基于神经机制的类脑机器人等多方面进行探索,并在类脑科学研究多个方面取得了系列成果。

 


类脑认知计算建模方面系列成果




1、哺乳动物海马区记忆计算建模。针对现有人工智能神经网络模型没有具体认知记忆能力的缺陷,借鉴生物脑的记忆系统结构与机制,实现了类脑记忆神经网络,并意外地在没有通过预先编程设计的情况下获得了高度的鲁棒性和抗噪性的认知能力。初步证明了模仿大脑的结构与机制,可能涌现出认知功能和智能的可能性。


2、鼠脑全脑点神经元计算模拟系统。根据鼠脑的脑区结构和神经元的工作机制,实现了由7100万神经元、213个脑区、点脉冲神经元模型(兴奋性:抑制性9:1)组成的鼠脑全脑计算模拟系统。脑区之间的连接根据绿色荧光蛋白染色技术相关数据进行预测性建模。模型可以支持神经科学的探索,并为类脑智能研究提供创新源泉。


3、微米尺度鼠脑结构与活动模拟。目前正在从事微米尺度鼠脑神经网络的计算模拟,下图展示的是微米尺度鼠脑皮层的结构,加载了动态的神经元计算模型,将可以在微米尺度重现鼠脑神经网络的计算活动。正在攻破全脑微米尺度计算模型,目前国际上还没有类似的工作。


4、猴脑点神经元多脑区协同计算模拟。初步实现了由383个脑区、点脉冲神经元组成的猴脑神经网络计算模型,目前正在利用该模型挑战高等哺乳动物具有的认知功能和人类的高级认知功能(如自我意识等)。 



机器脑在智能机器人中的应用系列成果



1、类脑多感觉概念学习与决策。装有机器脑的机器人以类脑的方式自主探索与获取客观物体不同感觉通路的特征进行学习,通过整合视觉、听觉信号进行综合决策,对客观物体进行识别。


2、类脑强化学习。自主与环境交互,通过多脑区协同模型学习穿越门窗、躲避障碍物的规则,不需要预先编程,而通过与环境的交互自主总结解决问题的规则。


3、类脑本能躲闪。模仿人类第二视觉系统,对快速攻击物体进行快速检测和本能反应,使无人机具备本能的躲闪能力。


4、类脑认知模型协同解决复杂应用。装有机器脑的机器人能够协同视觉、记忆、决策、规划、运动相关的模块,在统一的模型下以类脑的方式解决不同类型的复杂任务,如擦黑板、扫桌子、收拾物品等。


5、镜像测试类脑计算模型。挑战自我意识等高等认知功能的类脑计算模拟,采用类猴脑/人脑的神经网络模型,在机器人本体上实现机器人具身认知、镜像测试。未来的目标是实现具有自我意识行为的智能机器人。

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