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人工智能中光电技术的运用现状与趋势 认知科学概述 1969年，英国人莱特希尔爵士为国会提供报告，全盘否定人工智能的发展，人工智能陷入寒冬。为了改变人工智能发展窘境，认知科学之父朗格特-希金斯提出了包括人工智能、心理学、数学、人类学等学科在内的一个综合学科概念，称之为认知科学。按照现代定义，认知科学是一门对心智及其过程进行多学科研究的科学。如何对心智及其过程进行准确而全面的观察是认知科学的基础，但同样是巨大的挑战。认知科学包含六大研究领域：心理学，人类的高级心理过程；哲学，现代科学的方式与途径研究思维、意识等；语言学：语言如何与认知交互、如何形成思想等；人类学，使用认知科学的研究方法和理论；人工智能，认知模型的计算机实现；神经科学，认知的生物学（神经层面）原理 介观尺度观察与脑成像 认知科学是基于假设完成的，但在认知科学发展过程中多次出现先前的假设被后期实验推翻的情况，这导致大家对认知科学产生了疑惑。而脑成像技术的发展则为洞悉大脑的认知过程提供了可能。以观察为出发点，脑成像成为了认知科学的一个重要工具。通过脑成像，可以记录下脑在认知过程中发生的变化，从而直接揭示认知的奥秘。2012年，马萨诸塞总医院在science发文，发现了脑联结的规律网格结构，与电路板阵列类似。此网格结构的发现让我们初探了大脑的认知过程，同时带来了新的科学挑战 科学研究从失败做起 2016年2月11日，爱因斯坦于100年前提出的引力波概念被证实，其是由两个黑洞的合并过程而产生的强烈的引力波信号。引力波的论证史是一个曲折的过程，爱因斯坦经过提出概念、修正概念、遭遇拒稿、发现并修正论文错误等多次失败之后，才最终将“论引力波”研究成果发表，而更艰难的引力波的实验验证则经历了100余年的历史。无独有偶，居里夫人发现镭的过程也是极其复杂的，在连续工作4年依然一无所获后，居里夫人发现，也许镭并不像想象的那样是一团晶体，而后其发现器皿中不起眼的污迹便是镭。所以由此可以看出，失败是经常的，成功只是一瞬间的事情。X射线的发现同样是伦琴在多次实验失败的基础上，不断改进实验方法在偶然间发现的，这发现的过程也少不了伦琴能够敢于打破旧观念，提出新概念的创新精神。 这些故事说明，失败通往成功的道路是螺旋式的，所以同学们在做研究当中会碰到很多失败，在这当中我们一定要有兴趣，而往往我们会被失败打败，所以我们一定要有恒心有毅力。兴趣是暂时的，毅力是永久的，既然选择某一方向，要学会在复杂的问题中找到自己成功的道路。失败是对追求者的考验，成功是对追求者的回报。 由于不能准确观测细胞间的网格结构是如何错综复杂进行联结的，导致我们不能在微观、介观和宏观层面理解神经细胞的工作原理、信息处理方式和协作认知机制，这导致脑科学在2015年左右陷入短暂的低谷。在脑成像观察时，必须兼顾大脑的微观细胞层面、介观环路层面与宏观全脑层面，才能实现对认知过程的准确观察。这就需要研发大观测视场、高观测分辨率的仪器，进一步了解细胞与细胞之间的关系。 脑科学—人类最后的科学 什么是脑科学 人类大脑重约3磅（1.4公斤），由上千亿个神经元组成，每个神经元又包含1000多个分支，共同构成了庞大精细的神经网络。它一点都不比无穷宇宙简单，可以说人类大脑的神经科学 （Neuroscience）是“人类科学最后的前沿”，认识脑的奥秘是对人类的终极挑战。脑科学的发展，对脑疾病的防治、人工智能产业的发展有着巨大的推动作用。 脑与全身的关系主要表现在中枢神经系统通过遍布于人体，传出神经信号与器官建立连接，发挥对组织器官保护机制。而器官通过免疫系统反馈组织状态，也是脑与全身协调的重要表现。 世界各国的脑计划 世界各国目前正在积极实行脑计划，其中美国和欧盟起步较早。2013年4月2日，美国时任总统奥巴马宣布启动“通过推动创新型神经技术开展大脑研究”计划；2013年10月，由15个欧洲国家参与发起欧盟脑计划，但目前已宣告失败，并准备重新开始；2014年，由日本科学家发起神经科学研究计划；2016年2月澳大利亚脑联盟正式成立；中国的脑计划以脑认知功能的解析和技术平台为一体，形成认知障碍相关重大脑疾病诊治和类脑计算与脑机智能技术为两翼的“一体两翼”布局，具体研究布局还在准备中。当前，各个国家围绕统计大脑细胞类型、建立大脑结构图、开发操作神经回路工具、了解神经细胞与个体行为的联系四个方面分别开展研究。 生命科学成像仪器RUSH-I 根据视场和分辨率，通过将显微镜技术映射到二维坐标系中可划分为四个部分，现阶段的主要工作是攻克大视场、高分辨显微镜中的技术难题，搜寻这些技术对新一代人工智能的推动作用。清华大学联合浙江大学、中科院上海光学精密仪器机械研究所和其他三家单位一起共同研制目标是为超宽、超分、超快的显微镜仪器。 仪器研制思路创新与矛盾分析 视场和分辨率本