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Artifical Intellegence Review: 脑理论研究的原始创新!神经信息处理所遵循的脑工作原理

发布:2023-09-19    浏览:28 次

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脑科学发展到今天已经有几百年的历史了,然而至今没有自己的完备的神经科学理论体系,因此它仍然是一门不成熟的学科。长期以来,以实验作为基本研究方法的认知神经科学重点关注了实验现象、实验数据和实验技术手段的提高而忽略了理论研究的重要性,这导致已经具有几百年历史的脑科学至今没有自己的一个系统的、完备的理论体系。这种极不正常的现象使得脑科学迄今为止发展到了今天依然是一门不成熟的学科。

大脑的运筹方式是各个不同层次脑网络相互作用的结果。但是很遗憾,到目前为止各个层次的研究成果关联度不大。目前的现状是,在各个层次上获得的神经科学研究成果之间似乎有一条看不见且无法跨越的鸿沟。这些现状使得它们之间的研究成果不能互相利用,互相影响、相互促进以及无法推动认知神经科学取得重大突破。

那么什么样的理论是解决上述问题的潜在途径呢?2023年6月24日,杭州电子科技大学和华东理工大学王如彬教授团队在人工智能的著名期刊 Artificial Intelligence Review(IF=12)上发表了题为“Brain works principle followed by neural information processing: a review of novel brain theory”的文章。这篇综述性论文从概念到理论以及研究方法出发,全面地系统地介绍了王如彬教授团队提出的以神经能量为主线的神经脑理论研究框架。对微观、介观和宏观的三个不同层次的脑网络是如何相互连接相互作用的?它们之间相互作用的神经机制是什么?什么样的理论与方法有可能将不同层次的脑网络实验数据统一在一个研究框架内解读并成为解决上述这几个重大科学问题的潜在的解锁途径进行了初步的阐述。


重点讨论了如何利用分析动力学的思想,构造一个与H-H模型等效的W-Z神经元能量模型。在此基础上,提出了大尺度神经科学的定义、定义的基石和定义的三大内容。给出了大脑全局脑模型全局神经编码的理论框架。从定量分析的角度给出了视觉感知等多个感知觉神经系统的信息处理、大脑默认模式网络与功能网络耦合的神经机制、大脑状态和记忆状态的切换以及对应的能量改变、运用神经能量理论研究了大脑的导航和智力探索、神经元新的工作机制的发现、抑郁症患者在神经环路中的能量消耗机制并与正常组进行了对比,发现用神经能量理论与方法研究抑郁症患者的状态具有更全面更深刻的量化优势。同时运用能量理论与方法还可以对一些神经科学目前难以解释的实验现象等进行深入的说明。充分证明了新的W-Z神经元模型和神经能量理论在神经建模、神经信息处理以及揭示不同脑网络层次的相互作用具有独特的功能和强大的优势。更重要的是这些研究成果对于促进未来实验神经科学与理论神经科学的融合,摒弃神经科学领域内还原论和整体论研究方法上存在的问题和不足,有效整合各自在方法论上的优势具有重要意义。

Artificial Intelligence Review 期刊的评审专家对这篇关于神经能量与神经信息具有对称性研究的长篇综述性论文给出了下列的评审意见:

(1) 对于理解大脑各个层次的相互作用提出了一种新颖的理论;
(2) W-Z神经元模型是对神经科学领域的重要贡献;
(3) 对大脑的工作方式的理解提供了新的视野和重要的进展。

原文如下:

I find this paper to be very interesting and informative. The authors provide a thorough review of the neural energy theory and its potential for understanding the interactions of the nervous system at various levels. The paper also proposes a novel theoretical and research approach that couples neural information with neural energy to address these interactions. The authors provide a comprehensive summary of the neural energy theories and methods proposed in the field of brain science, as well as the internal relationship between mechanics and neural energy theory. The paper also focuses on the construction of a W-Z neuron model equivalent to the H-H model, which is a significant contribution to the field of neuroscience. Overall, I believe that this paper provides valuable insights into the neural energy theory and its potential for advancing our understanding of the brain's operation.

作者简介

王如彬教授

王如彬,二级教授,1998年毕业于日本名古屋大学,获工学博士学位。多次被日本学术振兴会(JSPS)(等同于德国洪堡)聘为外国人特别研究员。现为华东理工大学认知神经动力学研究所所长,历任教授、博导,杭州电子科技大学校聘讲座教授。曾任日本大阪大学名誉教授,日本玉川大学脑科学研究所研究教授。

主要从事认知神经动力学与脑信息处理等交叉学科研究已在国内外发表科研论文220多篇,其中SCI收录论文180多篇。主持和正在主持10个国家自然科学基金资助项目包括1项国家自然科学基金重点项目和7个面上项目。SCI源刊Cognitive Neurodynamics的主编(Springer-Nature出版集团,2021年影响因子5.082),属中国科学院一区Top期刊, JCR神经科学二区期刊。第一届(2007)和第二届(2009)、第五届(2015)The International Conference on Cognitive Neurodynamics(ICCN)的主席。第一届(2012年)、第三届(2016年),第四届(2018年)和第五届(2022年)全国神经动力学会议主席。第一届(2017年)和第二届(2019年)认知神经科学与人工智能应用杭州国际研讨会主席

参考文献
Rubin Wang, Yihong Wang, Xuying Xu, Yuanxi Li & Xiaochuan Pan,Brain works principle followed by neural information processing: a review of novel brain theory. Artifical Intellegence Review: a review of novel brain theory.DOI https://doi.org/10.1007/s10462-023-10520-5

特别声明
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编译:展琳琳 王如彬
校审:李   杰

全文完
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