前沿技術(shù) | 腦科學(xué)領(lǐng)域發(fā)展簡析

2022-04-25 11:48

聲明：本文為火石創(chuàng)造原創(chuàng)文章，歡迎個人轉(zhuǎn)發(fā)分享，網(wǎng)站、公眾號等轉(zhuǎn)載需經(jīng)授權(quán)。

作為重要的前沿技術(shù)領(lǐng)域，腦科學(xué)和類腦智能領(lǐng)域研究成為全球近年來科學(xué)研究的新方向。加強腦科學(xué)研究，一方面對腦疾病的診斷治療將有關(guān)鍵性貢獻；另一方面，對人腦認知神經(jīng)機制的理解可能為新一代人工智能算法和器件的研發(fā)帶來新熱點，為信息智能領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)升級帶來顛覆性的變革突破。

01核心研究方向

腦科學(xué)主要有三大研究方向：（1）腦圖譜技術(shù)：以腦認知原理（認識腦）為主體，闡述腦功能神經(jīng)環(huán)路的構(gòu)筑和運行原理，繪制人腦宏觀神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模式動物微觀神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)性和功能性全景式圖譜。（2）腦診斷技術(shù)：促進智力發(fā)展、防治腦疾病和創(chuàng)傷（保護腦），圍繞高發(fā)病率重大腦疾病的機理研究，揭示相關(guān)的遺傳基礎(chǔ)、信號途徑和治療新靶點，實現(xiàn)腦重大疾病的早期診斷和干預(yù)。（3）類腦智能技術(shù)：發(fā)展類腦計算理論，研發(fā)類腦智能系統(tǒng)（模仿腦）。基于對腦認知功能的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和工作原理的理解，研究具有更高智能的機器和信息處理技術(shù)。

02各國布局與支持重點

近十年來，腦計劃上升為有關(guān)國家的科技戰(zhàn)略重點或力推的核心科技發(fā)展領(lǐng)域，世界各國普遍重視腦科學(xué)研究，相關(guān)科技規(guī)劃集中推出，西雅圖艾倫腦科學(xué)研究所、谷歌公司等一大批研究機構(gòu)和企業(yè)紛紛加入這一快速興起的領(lǐng)域。總體而言，圍繞腦科學(xué)的國際競爭日趨激烈。
表1：國際腦科學(xué)相關(guān)規(guī)劃計劃及關(guān)注領(lǐng)域舉例

來源：火石創(chuàng)造根據(jù)公開資料整理

我國的腦計劃于2016年正式啟動，被稱為“中國腦計劃”（CBP），即腦科學(xué)和類腦研究，旨在探索大腦秘密、攻克大腦疾病和開展類腦研究等。圍繞腦與認知、腦機智能和腦的健康3個核心問題，統(tǒng)籌安排腦科學(xué)的基礎(chǔ)研究、轉(zhuǎn)化應(yīng)用和相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，形成“一體兩翼”布局。主要解決大腦三個層面的認知問題：大腦對外界環(huán)境的感官認知、人類及靈長類動物自我意識的認知和對語言的認知。2021年在“十四五”規(guī)劃綱要中明確提出瞄準(zhǔn)生命健康、腦科學(xué)等領(lǐng)域?qū)嵤┮慌哂星罢靶浴?zhàn)略性的國家重大科技項目。

03國內(nèi)技術(shù)創(chuàng)新代表機構(gòu)

近五年，全球公開發(fā)表的腦科學(xué)領(lǐng)域論文總量超45萬篇，申請的專利總量近2萬份，其中美國以15萬篇科研論文和8000余份專利申請量位居全球首位。我國與發(fā)達國家相比，在論文發(fā)表和專利申請方面有較大的差距，僅從國內(nèi)的發(fā)明專利和國內(nèi)發(fā)表的研究論文情況來看，從2012年－2022年Q1（截止至2022年3月底）的近十年間，我國腦科學(xué)領(lǐng)域共有24件有效專利（其中發(fā)明專利13件）獲授權(quán)及37件專利（發(fā)明專利）在申請審查中，以及912篇研究論文發(fā)表。通過統(tǒng)計我國腦科學(xué)領(lǐng)域發(fā)明專利授權(quán)和申請數(shù)量，發(fā)現(xiàn)近三年技術(shù)發(fā)展呈增長態(tài)勢，在研究論文方面，2018年達峰值，近幾年呈下降趨勢。

圖1：2011－2022年我國腦科學(xué)有效專利及論文發(fā)表趨勢數(shù)據(jù)來源：火石創(chuàng)造數(shù)據(jù)庫

我國在腦科學(xué)主要研究機構(gòu)已經(jīng)形成了幾大主體，以腦科學(xué)和類腦研究中心（北京、上海）、教育部前沿學(xué)科中心（復(fù)旦大學(xué)、浙江大學(xué)等）和高校研究院所組成的研究機構(gòu)（如高校共建的麥戈文腦科學(xué)研究院等）為主力軍，其余各地著名高校在專利和論文產(chǎn)出方面也發(fā)揮著重要作用。

表2：我國腦科學(xué)主要研究機構(gòu)

來源：火石創(chuàng)造數(shù)據(jù)庫時間截止至2022年3月底

04國內(nèi)重點發(fā)展區(qū)域

我國各地區(qū)也紛紛制定相關(guān)扶持計劃。上海市已將腦科學(xué)與人工智能列為市重大科技項目，同時成立了“腦科學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心”，推進腦科學(xué)研究和轉(zhuǎn)化應(yīng)用；北京市也啟動了“腦科學(xué)研究”專項，重點布局“腦認知與腦醫(yī)學(xué)”和“腦認知與類腦計算”兩個任務(wù)。許多高校和科研機構(gòu)在腦科學(xué)領(lǐng)域都有實際舉措，發(fā)力最為突出的是北京、上海、深圳和成都等城市，天津、湖北、浙江、重慶、廈門等省市也在陸續(xù)啟動區(qū)域腦科學(xué)計劃，加快腦科學(xué)創(chuàng)新中心建設(shè)。

表2：我國部分地區(qū)腦科學(xué)主要布局情況

來源：火石創(chuàng)造根據(jù)公開資料整理

排名不分先后

05產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向和代表企業(yè)

學(xué)科交叉已經(jīng)逐漸成為科技創(chuàng)新的源泉。腦科學(xué)與物理學(xué)、工程學(xué)、材料學(xué)和人工智能等學(xué)科和技術(shù)的深度交叉融合，為產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來了更多機遇，相關(guān)產(chǎn)品和技術(shù)也應(yīng)運而生。總體來看，腦科學(xué)技術(shù)大致有三個產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向：監(jiān)測與檢測（神經(jīng)監(jiān)測與成像等）、治療與調(diào)節(jié)（神經(jīng)精神類疾病藥物研發(fā)、神經(jīng)調(diào)節(jié)、神經(jīng) 反饋、認知評估與增強等）、控制與模擬（神經(jīng)操控、神經(jīng)假體與模擬、腦機接口、類腦計算等）。

圖2：腦科學(xué)產(chǎn)業(yè)發(fā)展重點方向和部分國內(nèi)外代表企業(yè)來源：根據(jù)公開資料整理，排名不分先后

參考文獻：［1］面向未來的中國科學(xué)院腦科學(xué)與類腦智能研究［J］．王力為，許麗，徐萍，于漢超，孔明輝，沈毅，張永清．中國科學(xué)院院刊，2016：747－750．［2］神經(jīng)科學(xué)與類腦人工智能發(fā)展：新進展、新趨勢［J］．張學(xué)博，阮梅花，袁天蔚等．生命科學(xué)，2020，32（10）：993－1013．［3］2021全球腦科學(xué)發(fā)展報告，中國電子學(xué)會．

—END—

作者｜火石創(chuàng)造陳鈺妍

審核｜火石創(chuàng)造廖義桃、殷莉

運營｜火石創(chuàng)造黃淑萍

如需轉(zhuǎn)載，請留言申請

原文標(biāo)題 : 前沿技術(shù) | 腦科學(xué)領(lǐng)域發(fā)展簡析