人工智能的起源，可以追溯到二十世紀五十年代，當?shù)谝慌嬎銠C科學家試圖用程序再現(xiàn)思維時，他們的靈感其實就來自對人腦工作原理的探索。無論是最早的神經(jīng)網(wǎng)絡模型，還是今天風靡的大模型，本質上都是“類腦”的嘗試。隨著信息科學、神經(jīng)科學和醫(yī)學的迅猛發(fā)展，類腦智能逐漸從一個抽象的概念，成為重大科學前沿與戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的關鍵方向。
2015年，中國科學家就對腦科學與類腦研究在中國“一體兩翼”的部署達成了初步共識，即以闡釋人類認知的神經(jīng)基礎（認識腦）為主體和核心（即“一體”），同時展現(xiàn)“兩翼”：其中一翼是大力加強預防、診斷和治療腦重大疾病的研究（保護腦）；另一翼是在大數(shù)據(jù)快速發(fā)展的背景下，受大腦運作原理及機制的啟示，通過計算和系統(tǒng)模擬推進人工智能的研究（模擬腦）。
復旦大學類腦智能科學與技術研究院（以下簡稱“類腦院”）正是這一國家戰(zhàn)略的重要力量，立足國家需求，聚焦學科前沿，系統(tǒng)性解決腦科學和類腦智能發(fā)展的重大問題。研究院在“認識腦、保護腦、模擬腦”三大主線的引領下，正通過“基礎科學突破、關鍵技術研發(fā)、臨床醫(yī)學應用、產(chǎn)業(yè)轉化落地”四個面向協(xié)同發(fā)力，致力于成為中國腦科學和類腦智能跨越式發(fā)展的核心引擎。
認識腦從基因到行為，揭示大腦奧秘
認識腦，是類腦研究的第一步。復旦類腦研究院通過跨尺度研究，從基因、蛋白、神經(jīng)環(huán)路、腦功能、行為模式到環(huán)境因素，系統(tǒng)研究大腦的結構與功能，努力回答人類千百年來的根本問題：我們的大腦是如何運作的？大腦的智能是如何產(chǎn)生的？
在基因與遺傳層面，研究團隊通過高通量測序與人工智能算法結合，解析神經(jīng)系統(tǒng)相關的關鍵基因變異，為神經(jīng)疾病靶向治療提供了新的工具。在宏觀層面，他們利用先進的成像技術繪制出腦區(qū)之間的聯(lián)結圖譜，揭示大腦網(wǎng)絡化組織的秘密。在行為研究中，團隊發(fā)現(xiàn)了社交、閱讀、屏幕使用時間、飲食、睡眠等方面與腦健康的內在聯(lián)系，揭示了它們與腦功能的因果關聯(lián)，為睡眠障礙、抑郁癥、成癮等疾病的防治提供了依據(jù)和一些實驗驗證。
為了進一步推動對腦的認識，在上海市重大專項的支持下，類腦研究院建設了亞洲規(guī)模最大、設備最先進的科研腦成像平臺——復旦張江國際腦影像中心，擁有涵蓋小動物和人體的全套磁共振成像設備系統(tǒng)，包括亞洲第一臺高場人體磁共振MAGNETOM Terra 7T系統(tǒng)、世界第四臺人類腦連接組計劃定制的超高梯度場強3T Connectom磁共振系統(tǒng)、臨床型高端MAGNETOM Prisma 3T磁共振系統(tǒng)、BioSpec 11.7T超高場小動物磁共振系統(tǒng)，采集了17000余例全維度、多病種的中國人群腦科學隊列，為實現(xiàn)對大腦的結構和功能“看得見”“看得清”“看得全”奠定了研究基礎。
在深化對大腦的理解過程中，復旦類腦院與國內多家科研和臨床機構合作，建立了醫(yī)工交叉研究團隊，在腦機制解析和腦功能解碼方面取得一系列重要突破。研究團隊全面繪制了人類健康與疾病的血漿蛋白質組圖譜，并結合人工智能與大數(shù)據(jù)方法，建立疾病預測與診斷模型。這一研究不僅揭示了蛋白質與健康、疾病之間的復雜關系，還發(fā)現(xiàn)了26個全新的藥物治療靶點。它為精準醫(yī)療和新藥開發(fā)提供了堅實的科學依據(jù)，也進一步加深了人類對大腦乃至全身健康狀態(tài)的系統(tǒng)性認識。可以說，蛋白質組學的突破，讓“認識腦”不再局限于神經(jīng)元與網(wǎng)絡的層面，而是拓展到分子與系統(tǒng)的深層次，為腦科學研究開辟了新的疆域。
保護腦從疾病診斷到精準干預
認識腦是起點，保護腦才是落腳點。隨著人口老齡化和社會節(jié)奏的加快，腦疾病已經(jīng)成為威脅人類健康的主要挑戰(zhàn)之一。阿爾茨海默病、帕金森病、抑郁癥、中風等，不僅影響患者個人生活質量，也給社會和家庭帶來沉重負擔。復旦類腦院將腦疾病的診斷與干預作為研究重點之一，在早期發(fā)現(xiàn)和精準治療方面取得突破。
在腦疾病診斷方面，研究團隊開發(fā)了多模態(tài)成像與人工智能算法結合的方法，能夠更早期、更精準地識別阿爾茨海默病和抑郁癥的生物標志物。這種方法不僅提高了診斷的靈敏度和特異性，還為臨床個性化干預提供了可能。同時，基于大數(shù)據(jù)的風險預測模型正在為神經(jīng)退行性疾病等高危人群篩查提供幫助。
注重成果的臨床轉化，由類腦院孵化的腦璽（上海）智能科技有限公司研發(fā)了F-Stroke腦卒中人工智能輔助診斷系統(tǒng)，能夠在數(shù)分鐘內自動分析頭顱CT影像，快速識別出腦出血和缺血性病灶的位置與范圍，并為醫(yī)生提供量化分析報告。這一系統(tǒng)已在全國多家三甲醫(yī)院應用，輔助醫(yī)生在卒中救治“黃金四小時”內做出更快、更精準的診斷，大幅提升了救治效率。FStroke的落地，標志著復旦類腦研究成果正在從實驗室走向病房，為患者的康復爭取了時間，也為我國腦卒中防治體系的完善提供了有力支撐。
模擬腦人工智能與腦機接口的未來
如果說認識腦是理解世界，保護腦是守護生命，那么模擬腦就是人類智慧的再造。復旦類腦院在這一方向上率先取得了里程碑式成果——全球首個全腦規(guī)模數(shù)字孿生腦平臺。該平臺通過在千億級神經(jīng)元和百萬億突觸層面上重建大腦的結構與功能，實現(xiàn)了大腦運行的虛擬化。它能夠在計算機中再現(xiàn)神經(jīng)活動的復雜動力學，不僅與真實腦電和影像數(shù)據(jù)高度吻合，還可以在模擬臨床實驗中預測特定干預的效果。
與數(shù)字孿生腦相輔相成的，是在腦機接口技術上的革命性突破。類腦院率先提出了全球首創(chuàng)的“三合一”腦脊接口方案，通過在大腦與脊髓之間搭建“神經(jīng)橋”，成功讓癱瘓患者重新站立和行走。這一方案采用微創(chuàng)手術，僅需4小時即可同步完成腦部和脊髓電極植入，結合輕量級人工智能算法進行運動意圖解碼，患者在術后24小時便恢復了腿部運動。已有4例嚴重脊髓損傷患者成功實施概念驗證手術，標志著脊髓損傷治療進入“神經(jīng)功能重建”的新時代。
復旦大學類腦院以“認識腦、保護腦、模擬腦”為主線，構建了完整的“類腦智能”科學探索與產(chǎn)業(yè)應用鏈條。在認識腦方面，他們通過多尺度研究與蛋白質組學圖譜的建立，深化了對大腦結構與功能的理解；在保護腦方面，他們推動腦疾病早期診斷和精準干預，為人類健康筑起了新的防線；在模擬腦方面，他們不僅建成了全球首個全腦規(guī)模的數(shù)字孿生腦，還通過腦脊接口技術實現(xiàn)了讓癱瘓者獲得重新行走能力的醫(yī)學突破。
未來，類腦智能的前沿探索將與產(chǎn)業(yè)發(fā)展深度融合。在生物醫(yī)藥領域，它將推動藥物研發(fā)和個性化治療；在腦機接口方面，它將幫助更多患者恢復失去的功能，讓“意念控制”從科幻走進現(xiàn)實；在具身智能方向，它將為機器人與智能系統(tǒng)賦予更自然的認知與行動能力，推動新一輪產(chǎn)業(yè)變革?？梢灶A見，類腦智能不僅是科學研究的前沿，更是產(chǎn)業(yè)未來的重要引擎。
本文作者：
復旦大學大數(shù)據(jù)學院院長、復旦大學類腦智能科學與技術研究院院長馮建峰
復旦大學類腦智能科學與技術研究院副院長謝小華研究員單洪明
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