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大力开展计算神经科学研究

已有 7096 次阅读 2009-6-10 00:09 |个人分类:生活点滴|系统分类:科研笔记|关键词:学者| 神经科学, 计算神经科学

1.        脑是21世纪的创新源泉

1)          神经系统处理信息能力远高于现代信息处理技术

人脑对图像识别、语音识别、等能力远远大于现代信息处理技术。蝙蝠和海豚的声纳能力远远超过现代技术水平【3】【4

2)        脑的工作原理正好与现代技术观点相反

  从工程观点来看,一个不稳定的仪器是不能用于工程实际的,人们很难想象一个不稳定的仪器能精确地测量小信号,可是狗的嗅感受细胞大约35-45天要全部换一次[1],如此不稳定的系统却能在强干扰下(气味干扰)检测极微弱的信号.(狗能闻出几里路外的气味,据报道北极熊能闻到30公里处的食物气味)。这说明生物系统遵循着另一规律在工作,完全不同于现有的工程观点.这就是说我们要重新考虑对生物系统的认识,为什么到目前为止还不能解释:“狗鼻子为什么这样灵敏”,其原因就在于此.

3)        信息科学需要突破

 信息技术的发展推动了整个科学和经济的发展。被人称现代是信息时代。信息化这一口号已成为各经济领域的行动方向。信息技术的发展也可以用来评价一个国家技术发展的水平。几乎所有科学领域的发展都与信息科学有关。可是现在信息处理的理论需要进一步突破.

虽然计算机在语音识别或手写字识别等有长足的进步,但是,与人的能力相比还相差甚远。信息技术高速发展到现在已有几十年了,信息处理的理论还只有非常有限的几种。计算机处理信息的能力究竟有多少?计算机能走多远?这类问题已被人们所提出

4)         脑是利用混沌高手

5)        脑是典型的不确定性系统,是研究不确定性最好的平台

诺贝尔奖获得者I.Prigogine确定性终结一书中指出:我们已经处于科学史上一个重要转折点,我们已经在加利略和牛顿所开创的道路上走到了尽头。他们给我们描述了确定性图景,我们却看到确定性的腐朽和物理新定理的诞生[1]

追求确定性几乎是所有科学家的愿望,科学家们总想在千变万化的现象中找到确定性的规律,由于牛顿时代取得了辉煌成就,所以确定性思想深深地扎在人们脑海中。这是科学方法家长期来所采用的方法,但是随着科学技术的发展人们碰到和多不确定的现象,无法对它进行解释,为此我们需要有观念的突破。

脑是典型的不确定系统。而且现代技术人们已经有能力搞清脑的自然结构。因此脑是研究不确定性的最好平台。

2.          计算神经科学是神经信息应用到信息科学重要的的桥梁。

一般说神经信息科学是研究量与量之间的变换关系,要理解神经信息处理现象也需要知道量与量之间的变换关系。这就需要数学模型的建立

3.         大量数据只能用模型来整理

Nature 指出[2] 现在生物实验中数据量越来越大,如何整理大量的数据,没有数学模型的综合是很难分析问题的

4.         实验代替不了计算

Konishi研究猫头鹰的听觉几十年,实验做得很漂亮,他能确定猫头鹰的两耳能区别5微秒的时间差,但他一直不知道为什么?Konishi把它称为一个谜。几十年解决不了,文献【1】从H-H模型出发能推道出神经元能高灵敏地分辨出小于5微妙的时间差的结果。这就使得我们有一个全新的思考。我们认为这也许是计算神经科学的魅力。

美国Science杂志在2006年的一份有关神经计算的专辑中引言中第一句话是:

COMPUTATIONAL NEUROSCIENCE IS NOW A MATURE FIELD OF RESEARCH.

意思是计算神经科学现在是成熟的研究

SCIENCE VOL 314 (2006)  pp 75

我国在这方面虽然也有不少有关模型方面文章,但是大部份文章还是与实验在一起,系统地系统在模型上研究还是很少。

 

 

【1】     张宏 莫珏 童勤业 海豚的神经系统是如何利用声波定向的? 生物物理学报 Vol. 23 No.6. (2007) (455-462)

[2] EDITORIAL  The practice of theoretical neuroscience   Nature neurocisience Vol.8 No.12 (2005)1627

3Marc W. Holderied, Gareth Jones1 and Otto von Helversen, Flight and echolocation behaviour of whiskered bats commuting along a hedgerow: range-dependent sonar signal design, Doppler tolerance and evidence for ‘acoustic focussing’ The Journal of Experimental Biology 209, 1816-1826  (2006)

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