天桥脑科学研究院

近日,来自天桥脑科学研究院(Tianqiao and Chrissy Chen Institute)的AI团队在人工智能技术领域取得了重要进展,其自研的OMNE Multiagent大模型多智能体框架登上Hugging Face发布的GAIA基准测试排行榜榜首,超越了包括微软研究院在内的众多顶尖机构提交的多智能体框架。这项成果借鉴了天桥脑科学研究院多年的大脑研究积累,通过给予Agent长期记忆的能力,让模型能够进行深度慢思考,加强了LLM对复杂问题的决策能力。

这是自去年天桥脑科学研究院创始人、前中国互联网大佬陈天桥宣布All In AI战略以来,旗下AI团队取得的一项重大成果。

 

 

OMNE目前的整体成功率为40.53%,这项结果领先于Meta、微软、Hugging Face、普林斯顿大学、香港大学、英国AI安全研究所、百川等知名机构的提交。而配备插件的GPT-4仅为15%。

GAIA是由Meta AI、Hugging Face和 AutoGPT联合推出的基准测试系统,旨在提供一个涵盖真实世界问题集的测试环境,用于全面评估AI助手的能力,包括推理、大模型多智能体处理、网页浏览和工具使用等核心功能,是当前最具挑战性的多代理智能评估数据集。OMNE框架能够在如此严苛的榜单中拔得头筹,充分体现了AI团队的技术深度与创新能力。

OMNE是一个基于长期记忆(Long Term Memory, LTM)的多智能体协作框架,每个智能体拥有相同且独立的系统结构,能够自主学习和理解完整的世界模型,从而独立理解环境。基于LTM的多智能体协同体系,使AI系统能够实时适应个体行为变化,优化任务规划与执行,推动个性化与高效的自我进化。

本次榜单的的重大突破在于融合了长期记忆的机制,通过长期记忆大幅降低了MCTS的搜索空间,提高了在复杂问题上的决策能力。通过引入更高效的逻辑推理,OMNE不仅提升了单个智能体的智能水平,还通过优化协作机制,显著增强了多智能体系统的整体能力。

这一提升机制正是受到了人类大脑皮层柱状结构研究的启发,皮质柱作为大脑认知和行为功能的基础单元,通过复杂的协作机制实现信息处理。AI模型通过强化单体智能与智能体间的协作,可能逐渐产生认知能力的涌现,构建出内部的表征模型,进而推动系统整体智能的飞跃。

“我们非常自豪地看到OMNE框架登上GAIA 榜首。”天桥脑科学研究院AI团队负责人表示,”这表明了利用LTM进行AI自我进化以及解决现实世界问题的巨大潜力。我们相信,推进长期记忆和AI自进化的研究,对于AI技术的持续发展和实际应用至关重要。”

天桥脑科学研究院由陈天桥、雒芊芊夫妇出资10亿美元创建,是世界上最大的私人脑科学研究机构之一。研究院始终围绕全球化、跨学科和青年科学家三大重点,支持AI和脑科学研究,致力于造福人类。今年以来,天桥脑科学研究院与《Science》杂志合作推出了全球AI驱动科学大奖,并举办和支持了包括”AI+精神健康”在内的各种高水平国际会议和夏校项目,致力于培养跨学科的青年AI人才。

GAIA benchmark链接:

https://huggingface.co/datasets/gaia-benchmark/results_public/viewer/2023/test?sort[column]=score&sort[direction]=desc

天桥脑科学研究院关于AI长期记忆的论文《Long Term Memory: The Foundation of AI Self-Evolution》已发表于arXiv网站:

https://arxiv.org/abs/2410.15665

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2024-10

近日,天桥脑科学研究院正式启动了一项面向高校的合作研究基金计划,围绕人工智能长期记忆、生成式模型等前沿领域开展深入研究。该计划将为入选的高校研究团队提供可观的研究经费支持,其中一般项目年度预算最高60万元,重点项目年度预算可达200万元。

本次研究计划共设立13个重点研究方向,涵盖了AI领域多个具有重要理论价值和实践意义的课题。其中,”长期记忆体系构建与个性化交互研究”旨在通过整合语义记忆、情景记忆和程序性记忆等多种记忆机制,提升AI助理的智能水平;”基于大语言模型的知识挖掘与符号化表达研究”则致力于深入挖掘用户数据中的有价值信息,构建统一的符号化表达体系。

值得关注的是,该计划还特别强调了AI安全与隐私保护议题。在”长期记忆的内生安全与隐私保护”研究方向中,将重点探索如何在模型训练、微调、预测和决策过程中保护敏感数据,确保AI系统在处理个人隐私、企业机密等信息时的安全性。

据悉,该研究计划采用开放申请制,高校团队可随时提交项目申请。申请书可参照国家自然科学基金的模板格式。项目执行期间表现优异的团队,有机会获得持续性支持。这一举措体现了天桥脑科学研究院在推动产学研深度融合、促进AI技术创新方面的长期承诺。

“我们希望通过这个研究基金计划,联合高校的创新力量,共同推进AI技术的突破。”天桥脑科学研究院相关负责人表示,“特别是在长期记忆、知识工程等关键领域,我们期待能够产出具有重要学术价值和实际应用前景的研究成果。”

此次研究计划的启动,不仅为高校科研团队提供了难得的产学研合作机会,也将为推动我国AI技术的创新发展注入新的动力。感兴趣的高校研究团队可通过ailtm@cheninstitute.org了解更多详细信息。

 

 

附录:详细课题列表如下

(1)长期记忆体系构建与个性化交互研究

为使AI助理能够准确理解和运用不同类型的知识,提供个性化且连贯的用户交互体验,本研究致力于构建全面的长期记忆体系。通过整合语义记忆、情景记忆和程序性记忆等多种记忆机制,提升AI助理对用户历史交互和知识背景的理解能力。

研究内容包括:

  1. 多类型数据和知识的统一表示与存储方法;

  2. 基于记忆体系的上下文理解、复杂任务理解与规划和个性化连贯对话等技术;

  3. 个性化用户模型的构建与动态更新机制;

  4. 文件深度解析技术;

  5. 用户属性、行为、情感状态、偏好与需求的感知技术;

  6. 用户思维习惯与推理能力感知;

  7. 用户画像的精细化与持续更新;

  8. 岗位职责与能力感知。通过本研究,期望显著提升AI助理的智能水平,为用户带来更加自然、高效的交互体验。

(2)基于大语言模型的知识挖掘与符号化表达研究

针对用户数据中蕴含的丰富知识,利用大语言模型的强大理解和生成能力,深入挖掘数据中的有价值信息。研究如何构建高效的知识挖掘方法,提取隐含在用户数据中的深层次知识。同时,探索统一的符号化表达方式,将多源、多样化的用户信息转化为一致的符号表示,以便于进一步的分析和应用。

研究内容包括:

  1. 基于大语言模型的用户数据知识表示与提取;

  2. 用户数据中深层次知识的挖掘方法;

  3. 统一符号化表达的构建与优化;

  4. 语义感知与内容理解;

  5. 知识的识别与抽取;

  6. 基于嵌入表达、知识图谱、符号逻辑的知识表示;

  7. 基于语义网络、概念层次结构等新型知识表示方法的探索;

  8. 基于多方法融合的知识表示;

  9. 兼容多种知识表达方法的记忆元构造;

  10. 记忆元的大规模高性能存储与管理。

(3)基于生成式人工智能的意图识别、思维习惯与决策逻辑深度挖掘研究

生成式人工智能具备强大的自然语言理解与生成能力,能够深入挖掘用户的意图、思维习惯和决策逻辑等深层次信息。通过分析用户数据与记忆,利用大语言模型捕捉用户的认知模式、行为特征和意图表达,为个性化推荐、人机交互优化、用户行为预测以及多代理任务指派等领域提供支持。

研究内容包括:

  1. 基于生成式人工智能的用户意图识别方法;

  2. 多代理任务指派与协作机制;

  3. 用户思维习惯和决策逻辑建模方法;

  4. 大语言模型在深层信息提取中的应用;

  5. 用户思维、意图与决策过程的符号化表达与理解;

  6. 个体意图识别;

  7. 群体意图识别;

  8. 任务复杂度评估;

  9. 复杂任务分解。

(4)生成式人工智能的长期记忆更新与遗忘机制研究

针对生成式人工智能模型在长期记忆管理中的挑战,研究如何实现模型对知识的动态更新与适当遗忘。通过探索模型的记忆更新策略和遗忘机制,解决模型在持续学习过程中面临的旧知识干扰、新知识整合困难等问题。旨在构建具备高效长期记忆能力的生成式模型,提升其在复杂环境中的适应性和稳定性。

研究内容包括:

  1. 生成式模型的长期记忆表示与存储方法;

  2. 模型知识的增量更新策略;

  3. 适应性遗忘机制的设计与实现;

  4. 长期记忆管理对模型性能的影响分析;

  5. 基于个体记忆元整合的记忆体构建;

  6. 基于群体记忆元整合的记忆体构建;

  7. 基于世界记忆元整合的记忆体构建;

  8. 新知识的发现与衍生;

  9. 高阶知识的凝练升华。

(5)长期记忆机制对生成式模型的能力提升研究

长期记忆机制对生成式人工智能的发展具有重要意义。通过构建有效的长期记忆模型,生成式人工智能可以更好地保留和利用历史信息,增强对复杂上下文和任务的理解,从而提升生成内容的质量和一致性。本研究旨在探索生成式模型中的长期记忆机制,研究长期记忆对模型性能的帮助与提升。

研究内容包括:

  1. 生成式模型长期记忆的表示、存储和查找方法;

  2. 基于长期记忆的上下文理解与生成优化;

  3. 长期记忆机制在多轮对话和长文本生成中的应用;

  4. 融合长期记忆的模型训练和更新策略;

  5. 长期记忆对生成式人工智能性能提升的评估与分析;

  6. 面向特定任务求解的记忆体调用。

(6)大语言模型在长期记忆识别与抽取中的应用研究

利用大语言模型对个人和组织数据进行加工处理,识别和抽取独特的长期记忆,有助于实现知识的有效管理和传承,提升组织学习能力和个人智能助理的效率。研究将聚焦于信息的真实性与可靠性评估、记忆片段的连贯性构建以及如何有效存储这些长期记忆等方面。

研究内容包括:

  1. 基于大语言模型的个人和组织数据预处理方法;

  2. 个人和组织长期记忆的识别机制研究;

  3. 大语言模型在长期记忆抽取中的算法设计与优化;

  4. 认知图谱构建与动态更新。

(7)长期记忆的符号表示与重构研究

针对当前人工智能系统缺乏人类般长期记忆能力的问题,研究如何在人工智能语境下实现长期记忆的符号化或知识化表示,并有效地还原和重构这些记忆。本研究旨在探索长期记忆的符号表示方法,设计兼具高效性和可靠性的存储与检索机制,促进人工智能系统在认知深度和学习能力上的提升。

研究内容包括:

  1. 长期记忆的符号化表示模型构建;

  2. 人工智能系统中长期记忆的存储策略;

  3. 基于知识表示的长期记忆还原与重构技术;

  4. 提升人工智能系统长期记忆能力的评估方法与优化策略。

(8)长期记忆在推理和规划中的作用机制研究

探讨长期记忆对于增强人工智能系统在逻辑推理、情境理解和复杂任务规划方面的能力的影响。通过积累和利用历史信息,模型能够更深刻地理解复杂任务的上下文,进行多步推理,制定更有效的规划策略。研究将涵盖长期记忆的整合方式、对即时决策的影响,以及如何通过优化记忆架构来促进AI系统的持续学习和适应能力。

研究内容包括:

  1. 长期记忆在推理过程中的建模与实现方法;

  2. 融合长期记忆的复杂规划算法设计;

  3. 长期记忆对多步推理与策略优化的影响分析;

  4. 动态环境下长期记忆的更新与管理机制;

  5. 长期记忆增强的推理与规划方法在实际应用中的验证与优化;

  6. 基于交互学习的系统进化,包括个体和群体用户行为反馈;

  7. 基于持续学习的系统进化;

  8. 基于演化计算的系统进化;

  9. 基于强化学习的系统进化;

  10. 面向特定任务求解的能力边界感知与理性决策。

(9)生成式人工智能的长期记忆应用探索

探讨生成式人工智能的长期记忆机制及其在各行业和场景中的实际应用。通过构建和优化具备长期记忆能力的生成模型,使其能够更有效地存储和检索信息,从而提升在复杂任务中的应用表现。

研究内容包括:

  1. 实现高效的垂直行业或场景的长期记忆结构,支持大规模信息的持久存储和动态更新;

  2. 探索长期记忆在个性化服务中的应用,如智能客服、个性化推荐等,提高用户交互体验;

  3. 研究长期记忆在专业领域的应用,如医疗诊断、金融分析等,增强模型的决策支持能力;

  4. 评估长期记忆机制对生成内容质量和一致性的影响,优化生成效果,推动生成式人工智能在实际应用中的广泛落地与创新;

  5. 检索问答、Smart Reply和内容生成的基础能力研究;

  6. 推荐系统的研究;

  7. 纯粹理性自动商业决策的探索。

(10)生成式模型的领域知识工程研究

近年来,生成式人工智能模型在诸多领域展现出强大的能力。然而,通用模型在特定领域或任务上的表现仍有提升空间。本研究方向聚焦于领域知识工程与生成式模型的深度融合,探索如何将领域知识有效融入模型的建模、学习、进化和人机协同过程中,提升模型在特定领域任务上的表现。

研究内容包括:

  1. 面向领域和任务的知识表示和获取方法;

  2. 基于领域知识的生成式模型优化建模方法;

  3. 领域知识引导的生成式模型学习和进化方法;

  4. 基于领域知识的人机协同生成式模型构建与应用。

(11)面向决策支持的长期记忆管理和调用

在人工智能决策辅助系统中,引入长期记忆机制有助于模型积累和利用历史信息,提升决策的准确性和可靠性。通过融合长期记忆,人工智能系统能够更深入地理解上下文、识别潜在模式、预测未来趋势,从而提供更智能的决策支持。

研究内容包括:

  1. 决策辅助系统中长期记忆的建模与实现方法;

  2. 长期记忆对复杂决策过程的影响分析;

  3. 基于长期记忆的决策算法优化与提升;

  4. 长期记忆在动态环境下的决策支持应用;

  5. 不同领域中长期记忆机制的适用性与优化策略研究;

  6. 面向特定任务求解的记忆体调用;

  7. 求解方案的动态评估与优选;

  8. 求解方案的持续反馈优化。

(12)认知数字孪生的构建与应用研究

为了提升 AI 助理对用户和环境的深度认知能力,本研究将致力于构建认知的数字孪生模型。通过对个体、群体和世界的认知感知,构建多层次的认知图谱,提升 AI 助理的推理能力和对复杂情境的理解。

研究内容包括:

  1. 个体认知感知与认知图谱构建;

  2. 群体认知感知与认知图谱构建;

  3. 世界认知感知与认知图谱构建;

  4. 认知孪生在 AI 系统中的应用。

(13)长期记忆的内生安全与隐私保护

在模型训练、微调、预测和决策过程中,需要大量的数据存储和交互(例如,可能包含公司财务投资决策等机密信息、体检报告等敏感的个人信息、CT影像等多模态医疗信息)。保护数据在存储时、使用中和传输过程的安全和隐私保护,不能仅从割裂的各个维度制定缓解措施(如:训练集的数据脱敏),可能要从大模型和长期记忆的总体框架,以数据的生命周期视角,识别关键风险,探索系统性的安全和保护机制。

研究内容包括:

  1. 以长期记忆的模型、算法、存储为研究对象,系统化的定性(定量)描述安全风险,研究安全机制;

  2. 在多模态数据前提下,研究不同数据安全和隐私保护机制对于长期记忆准确性和召回成功率的影响与提升方案;

  3.  对于潜在高风险应用场景(例如基于财务报表制定投资策略,基于体检报告提供健康建议),研究长期记忆内容的防篡改、模型的透明性和可解释性。

关于天桥脑科学研究院

天桥脑科学研究院(Tianqiao and Chrissy Chen Institute)是由陈天桥、雒芊芊夫妇出资10亿美元创建的世界最大私人脑科学研究机构之一,围绕全球化、跨学科和青年科学家三大重点,支持脑科学研究,造福人类。

Chen Institute与华山医院、上海市精神卫生中心设立了应用神经技术前沿实验室、人工智能与精神健康前沿实验室;与加州理工学院合作成立了加州理工天桥神经科学研究院。

Chen Institute建成了支持脑科学和人工智能领域研究的生态系统,项目遍布欧美、亚洲和大洋洲,包括学术会议和交流夏校培训AI驱动科学大奖、科研型临床医生奖励计划、特殊病例社区、中文媒体追问等。

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2024-10

 

Lin, Ze-Jie et al. “Stimulation of an entorhinal-hippocampal extinction circuit facilitates fear extinction in a post-traumatic stress disorder model.” The Journal of clinical investigation, e181095. 24 Sep. 2024, doi:10.1172/JCI181095

 

创伤后应激障碍(Post-traumatic stress disorder, PTSD)由突发的、威胁性或灾难性事件导致个体延迟出现令人痛苦且持久的精神障碍。据统计,全球约70%的人一生都曾经历过创伤事件,其中约4%的人将终生受困于PTSD的困扰。PTSD核心特征包括过度的恐惧反应,以及无法克服的、持续侵入的创伤记忆。

临床上基于恐惧消退的认知行为治疗(如暴露疗法)旨在减轻PTSD患者恐惧状态、增加对环境的适应能力。然而,相比于恐惧消退在正常人群中促进个体实现自适应状态的健康保障作用,恐惧消退在PTSD人群中表现出严重的障碍,即难以通过消退训练实现从高恐惧到低恐惧反应的转换,或习得的低恐惧反应无法有效维持、高恐惧反应不可控地复发等。

恐惧消退障碍通过增加对正常行为的回避或排斥进而加剧PTSD的核心症状,如情感障碍、社交回避和认知失控,最终发展为难治性PTSD。因此,破解PTSD恐惧消退障碍的神经机制和发展促进恐惧消退的干预新策略有望为治疗这类精神疾病提供全新的机会

针对上述临床治疗难题,上海交通大学医学院徐天乐教授团队,联合复旦大学脑科学转化研究院李伟广研究员以及上海市精神卫生中心、天桥脑科学研究院(Tianqiao and  Chrissy Chen Institute, TCCl)研究员袁逖飞教授等,于近日在国际医学研究期刊Journal of Clinical Investigation在线发表了题为Stimulation of an entorhinal-hippocampal extinction circuit facilitates fear extinction in a post-traumatic stress disorder model 的研究论文,揭示了物理调控促进PTSD恐惧消退治疗的神经环路新机制

该研究首先鉴定了一条前所未知的神经环路:外侧内嗅皮层(LEC)→ 腹侧海马CA1(vCA1),并发现了该环路在恐惧消退中的关键作用。研究还发现,恐惧消退启动LEC → vCA1跨脑区协调低频伽马(low-γ)振荡同步化这一内源性电生理标志物,进一步利用临床可及的深脑电刺激(deep brain stimulation, DBS)和非侵入性经颅交流电刺激(transcranial alternating current stimulation, tACS)等手段靶向LEC → vCA1神经环路,在小鼠模型上实现了显著的恐惧消退增效,为PTSD等恐惧消退障碍的精准治疗提供了全新的理论基础和临床前研究证据。

在最新的研究中,利用多脑区在体电生理记录发现,恐惧消退训练特异地招募了LEC → vCA1间的low-γ振荡同步性。他们进一步运用c-Fos染色结合光纤记录探究恐惧消退过程中vCA1不同中间神经元的活性变化,发现vCA1 PV+神经元在消退后期活性显著上升,并介导了消退依赖的LEC → vCA1间的 low-γ振荡同步电生理活动。作者接着借助逆向跨单突触示踪、交叉遗传学(intersectional genetics)、电生理等技术,发现vCA1 PV+神经元接收大量来自LEC 2a层的直接突触输入,在LEC以Sim1+扇形细胞为主,后者与vCA1 PV+神经元形成兴奋性单突触。光和化学遗传学操作揭示,这条神经投射的激活和抑制可双向调控恐惧消退记忆,并同时伴随LEC-vCA1 low-γ振荡同步性的增强和减弱。因此,LEC扇形细胞与vCA1 PV+神经元之间的神经连接通过协调low-γ同步化,调控恐惧消退

为了指导临床转化,研究人员建立了DBS小鼠模型,发现给予vCA1脑区以low-γ DBS可显著激活vCA1 PV+神经元,促进恐惧消退,且在DBS关闭一天后的消退提取阶段仍然显著。机制上发现,low-γ vCA1-DBS通过持续增强PV+神经元活性,增加LEC-vCA1间的前馈抑制,进而有效抑制vCA1的恐惧记忆印迹细胞,实现恐惧消退增效。研究人员还在小鼠上开发了靶向LEC的tACS技术,同样可提升恐惧消退。此外,研究人员应用LEC-tACS对表现出明显消退受损的PTSD小鼠模型进行干预,显示出长效促进消退和削弱恐惧的效果。因此,靶向LEC → vCA1环路的无创神经调控也可实现恐惧消退增效,为PTSD的临床治疗带来新希望

Lin, Ze-Jie et al. “Stimulation of an entorhinal-hippocampal extinction circuit facilitates fear extinction in a post-traumatic stress disorder model.” The Journal of clinical investigation, e181095. 24 Sep. 2024, doi:10.1172/JCI181095

创伤后应激障碍(Post-traumatic stress disorder, PTSD)由突发的、威胁性或灾难性事件导致个体延迟出现令人痛苦且持久的精神障碍。据统计,全球约70%的人一生都曾经历过创伤事件,其中约4%的人将终生受困于PTSD的困扰。PTSD核心特征包括过度的恐惧反应,以及无法克服的、持续侵入的创伤记忆。

临床上基于恐惧消退的认知行为治疗(如暴露疗法)旨在减轻PTSD患者恐惧状态、增加对环境的适应能力。然而,相比于恐惧消退在正常人群中促进个体实现自适应状态的健康保障作用,恐惧消退在PTSD人群中表现出严重的障碍,即难以通过消退训练实现从高恐惧到低恐惧反应的转换,或习得的低恐惧反应无法有效维持、高恐惧反应不可控地复发等。

恐惧消退障碍通过增加对正常行为的回避或排斥进而加剧PTSD的核心症状,如情感障碍、社交回避和认知失控,最终发展为难治性PTSD。因此,破解PTSD恐惧消退障碍的神经机制和发展促进恐惧消退的干预新策略有望为治疗这类精神疾病提供全新的机会

针对上述临床治疗难题,上海交通大学医学院徐天乐教授团队,联合复旦大学脑科学转化研究院李伟广研究员以及上海市精神卫生中心、天桥脑科学研究院(Tianqiao and  Chrissy Chen Institute, TCCl)研究员袁逖飞教授等,于近日在国际医学研究期刊Journal of Clinical Investigation在线发表了题为Stimulation of an entorhinal-hippocampal extinction circuit facilitates fear extinction in a post-traumatic stress disorder model 的研究论文,揭示了物理调控促进PTSD恐惧消退治疗的神经环路新机制

该研究首先鉴定了一条前所未知的神经环路:外侧内嗅皮层(LEC)→ 腹侧海马CA1(vCA1),并发现了该环路在恐惧消退中的关键作用。研究还发现,恐惧消退启动LEC → vCA1跨脑区协调低频伽马(low-γ)振荡同步化这一内源性电生理标志物,进一步利用临床可及的深脑电刺激(deep brain stimulation, DBS)和非侵入性经颅交流电刺激(transcranial alternating current stimulation, tACS)等手段靶向LEC → vCA1神经环路,在小鼠模型上实现了显著的恐惧消退增效,为PTSD等恐惧消退障碍的精准治疗提供了全新的理论基础和临床前研究证据。

在最新的研究中,利用多脑区在体电生理记录发现,恐惧消退训练特异地招募了LEC → vCA1间的low-γ振荡同步性。他们进一步运用c-Fos染色结合光纤记录探究恐惧消退过程中vCA1不同中间神经元的活性变化,发现vCA1 PV+神经元在消退后期活性显著上升,并介导了消退依赖的LEC → vCA1间的 low-γ振荡同步电生理活动。作者接着借助逆向跨单突触示踪、交叉遗传学(intersectional genetics)、电生理等技术,发现vCA1 PV+神经元接收大量来自LEC 2a层的直接突触输入,在LEC以Sim1+扇形细胞为主,后者与vCA1 PV+神经元形成兴奋性单突触。光和化学遗传学操作揭示,这条神经投射的激活和抑制可双向调控恐惧消退记忆,并同时伴随LEC-vCA1 low-γ振荡同步性的增强和减弱。因此,LEC扇形细胞与vCA1 PV+神经元之间的神经连接通过协调low-γ同步化,调控恐惧消退

为了指导临床转化,研究人员建立了DBS小鼠模型,发现给予vCA1脑区以low-γ DBS可显著激活vCA1 PV+神经元,促进恐惧消退,且在DBS关闭一天后的消退提取阶段仍然显著。机制上发现,low-γ vCA1-DBS通过持续增强PV+神经元活性,增加LEC-vCA1间的前馈抑制,进而有效抑制vCA1的恐惧记忆印迹细胞,实现恐惧消退增效。研究人员还在小鼠上开发了靶向LEC的tACS技术,同样可提升恐惧消退。此外,研究人员应用LEC-tACS对表现出明显消退受损的PTSD小鼠模型进行干预,显示出长效促进消退和削弱恐惧的效果。因此,靶向LEC → vCA1环路的无创神经调控也可实现恐惧消退增效,为PTSD的临床治疗带来新希望

 

图1. 消退记忆的神经环路振荡特征及其靶向神经调控策略

 

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2024-10

 

9月27~29日,中国神经科学学会第十七届全国学术会议(CNS2024)在苏州隆重举办。作为中国神经科学领域规模最大、学术水平最高的会议之一,这次会议吸引了大约4000人参加,包括来自全球的神经科学领域专家、临床医生和研究人员。

天桥脑科学研究院(Chen Tianqiao & Chrissy Institute, TCCI)作为中国神经科学学会的长期支持者,连续六年冠名支持CNS大会主题发言,此次再度携手复旦大学附属华山医院院长、天桥脑科学研究院转化中心主任的毛颖教授,共同探索神经科学领域的无限可能。

 

复旦大学附属华山医院院长、天桥脑科学研究院转化中心主任毛颖教授

 

9月27日,“2023年度中国神经科学重大进展(Breakthrough in Neuroscience)”颁奖典礼在天桥脑科学研究院的支持下顺利举办。天桥脑科学研究院已连续两年资助中国神经科学学会年度“中国神经科学重大进展”项目评选。

 

2023年度中国神经科学重大进展获奖名单

 

9月27日,天桥脑科学研究院脑机接口(BCI)与人工智能(AI)主题论坛成功召开。作为天桥脑科学研究院连续举办的第六届主题论坛,今年的主题聚焦于极具前瞻性的BCI与AI融合发展话题。共计300多位科学家到场聆听交流,现场反应热烈。

 

扫描海报二维码即可查看论坛回放

 

9月28日天桥脑科学研究院冠名支持的全体主题发言环节复旦大学附属华山医院院长毛颖教授带来了题为《脑胶质瘤分子分型和可视化的现况与未来》的主题讲座。

 

  

天桥脑科学研究院转化中心主任毛颖教授全体主题报告发言

 

此次CNS2024大会上,天脑科学研究院学术会议总监耿海洋博士,向全场4000多位科学家介绍了天桥脑科学研究院的价值观以及目前开展的重要项目,特别是目前正在招募进行中的“AI驱动科学大奖”,欢迎在座各位有识之士报名加入。

 

天桥脑科学研究院主持BCI+AI分论坛工作人员合影留念

天桥脑科学研究院BCI+AI分论坛现场氛围热烈、座无虚席

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2024-09

 

 

2024年9月27日,中国神经科学学会第十七届全国学术会议(CNS2024)上,举行了“中国神经科学重大进展(Breakthrough in Neuroscience)”颁奖典礼。自2023年起,天桥脑科学研究院(Chen Tianqiao & Chrissy Institute, TCCI)持续支持“中国神经科学重大进展”的组织评选工作,助力中国神经科学取得更大的进展。

为推动神经科学研究与技术创新的持续繁荣,深入挖掘并广泛传播我国神经科学领域取得的杰出科学成就与技术突破,天桥脑科学研究院(中国)连续2年资助中国神经科学学会年度“中国神经科学重大进展”项目评选活动。2023年度,中国神经科学学会评选出6项成果入选“中国神经科学重大进展”,分别是:

(1)北京大学李毓龙教授团队的“通用型嫁接策略开发神经肽荧光探针工具包”研究

(2)北京大学罗冬根教授团队的“递质共传递分离视觉信号的神经机制”研究

(3)浙江大学胡海岚团队的“揭示氯胺酮长效抗抑郁的神经机制”研究

(4)中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心现临港实验室李澄宇研究员团队“非人灵长类大脑全脑尺度细胞空间分布图谱”研究

(5)中国科学院汉圳先进技术研究院路中国科学院中华研究员团队“干预帕金森病的新型靶向神经调控技术”研究

(6)国家生物医学分析中心南湖实验室李慧艳教授团队的“有形生物钟的发现,助力人类节律紊乱性疾病治疗”研究

 

2023年度中国神经科学重大进展获奖名单

颁奖典礼在CNS2024大会开幕首日上午举行,特别邀请了获奖项目的第一完成人作为特邀嘉宾进行学术报告。在此次年会主会场展开的此次讨论现场气氛热烈,激发了许多创新思维和合作机遇,本文就各位主讲人的研究方向都展开了深入的讨论。

李澄宇研究员:

猕猴大脑单细胞空间分布图谱

临港实验室的李澄宇研究员分享了关于猕猴单细胞空间分布图谱的研究成果。他首先介绍了图谱的构建过程:研究团队利用我国自主研发的超高精度大视野空间转录组测序技术Stereo-seq和snRNA-seq技术,成功绘制出猕猴大脑皮层的细胞类型分类树,揭示了细胞类型组成与灵长类大脑区域结构分布之间的关联,为深入探索神经元之间的连接提供了分子和细胞层面的基础。研究过程中,团队开发了一种新型大视野空间转录组测序方法Stereo-seq,并创新性地设计了适用于猕猴大脑厘米级切片的制备技术。结合大规模单细胞转录组分析,科研团队成功绘制了食蟹猴全脑皮层的三维单细胞图谱,为系统性分析皮层内细胞类型的区域特异性和分子特征提供了重要导航。

路中华研究员:

帕金森新型靶向神经调控技术

中国科学院深圳先进技术研究院路中华研究员介绍了其团队在神经环路靶向调控技术干预帕金森氏病运动表型领域取得的重要进展。几乎所有神经系统疾病都涉及特定神经环路的功能异常,但此前的技术还无法在灵长类大脑中精准矫正这些受疾病影响的神经环路,以实现对疾病表型的干预。路中华团队的研究,构建一套基于逆向腺相关病毒(retrograde AAV)的靶向治疗策略,成功实现了对帕金森氏病累积的基底节神经环路的精准干预。这一研究成果,2023年发表在《Cell》期刊上。该成果不仅是神经科学领域的一项突破,还入选了2023年中国生命科学十大进展。

李慧艳研究员:

“有形”生物钟为节律紊乱相关疾病治疗开辟全新途径

军事科学院军事医学研究院的李慧艳研究员介绍了她的团队在揭示“有形”生物钟的存在及其节律调控机制方面取得的研究进展。李慧艳研究员团队发现,大脑视交叉上核(SCN)的神经元初级纤毛是调控体内节律的重要细胞器。此次发现纤毛在节律调控中的重要作用,为开发节律调控新药开辟了全新的方向,使机体能够更迅速地适应复杂环境和做出快速反应成为可能。这一研究不仅揭示了“有形”生物钟的存在及其节律调控机制,还显著加深了对生物钟本质的理解,为治疗节律紊乱相关疾病提供了新的治疗途径。

胡海岚教授:

氯胺酮长效抗抑郁机制

浙江大学胡海岚教授教授团队发现外侧缰核作为“反奖赏中心”,其簇状放电模式在抑郁状态下显著增强,从而抑制“奖赏中心”,导致抑郁情绪,而氯胺酮可以通过阻止外侧缰核的簇状放电,解除对“奖赏中心”的抑制,迅速改善抑郁症状。胡海岚教授团队长达十年的研究揭示了氯胺酮独特的药物动力学特征,为临床低剂量用药和持久疗效提供理论指导,并为新型抗抑郁药物的开发奠定基础。未来可能通过调控氯胺酮在受体中的滞留时间,延长其药效,从而减少重复给药的需要。

会议期间,天桥脑科学研究院研究员耿海洋博士也代表天桥脑科学研究院,对获奖者表示了祝贺,并提到:

天桥脑科学研究院,现已构建起一套支持脑科学和人工智能领域研究的生态系统,围绕全球化、跨学科和青年科学家三大重点,长期支持脑科学研究以此造福人类。截止2024年,天桥脑科学研究院已与中国神经科学学会深度合作满六年,并连续两年资助年度“中国神经科学重大进展”项目评选。不仅如此,天桥脑科学研究院2022年至今共举办了350余场全球学术会议、线上线下观众超1000万人次,并启动了AI驱动科学大奖等重要项目,以持续资助AI与神经领域青年学者科研。2024年11月7~8日、12月6~7日,还将举办“人工智能与精神健康”论坛、国际会议“BCI Society & Chen Institute Joint BCI Meeting”,届时将邀请数十位海内外相关领域专家出席,期待各位的参与~

[1]. https://www.lglab.ac.cn/yjcg/kyjz/202307/t20230720_170985.html

[2]. https://www.lglab.ac.cn/yjcg/kyjz/202310/t20231030_197412.html

[3]. https://bcbdi.siat.ac.cn/index.php/news/showNews/nid/595.shtml

[4]. https://news.pku.edu.cn/jxky/8aabf153435c406babab01868bcd97d7.htm

[5]. https://www.thepaper.cn/newsDetail_forward_23344452

[6]. https://futre.zju.edu.cn/2024/0809/c82801a2952543/page.htm

关于中国神经科学学会

中国神经科学学会成立于1995年,现有个人会员3万余人,会员单位20个。其中,个人会员中,两院院士43位,临床领域会员占比36.3%。学会下设8个工作委员会,27个专业分会,涵盖神经科学的基础与临床以及类脑人工智能专业。每年组织学术会议、技术培训60余场,科普活动、公益义诊40余次。近几年承接科创中国项目3个,开展产学研融特色活动20余场。面向全社会普及神经科学知识;对国家有关科技政策和经济建设中的重大问题积极提出建议,发挥咨询作用;搭建产学研桥梁,做好科学家与企业、政府的衔接沟通,促进科研成果的转移转化。

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2024-09

(直播回看上线,欢迎扫码观看)

 

当人工智能(AI)与脑机接口(BCI)两大前沿技术相遇,会碰撞出什么火花——AI能否实现对BCI采集的大脑信息的直接理解?如何构建大脑的通用模型(foundation model)?

为了深入探讨AI如何赋能BCI以实现“理解与交互”(Interface)层面突破,推动通用大脑模型构建与研究发展,天桥脑科学研究院(Tianqiao and Chrissy Chen Institute, TCCI)于2024年中国神经科学学会全国学术会议期间,成功举办了“BCI+AI”主题论坛

 

复旦大学附属华山医院院长毛颖教授开场致辞

 

复旦大学附属华山医院院长、中国神经科学学会神经外科基础与临床分会主任、天桥脑科学研究院转化中心主任毛颖教授带来了精彩开场。“目前,华山医院在神经科学、计算数学及工程学等领域展开了多项跨学科深度合作。”他强调,“BCI技术未来将不局限于运动控制,还会在语言解码、意识解码及康复治疗等领域有所突破。作为未来发展的核心方向,BCI必将深刻影响医疗与科技的融合创新。”

本次论坛汇聚了多位顶尖研究员,他们的发言亮点纷呈。

中科院上海微系统与信息技术研究所李孟研究员认为,“脑电大模型”作为一种超大型深度学习模型,通过预训练学习大脑神经信号的本能表达和动态特征,具有解析生物大脑各种复杂功能的泛化能力。作为底层的算法模型,“脑电大模型”能够赋能脑科学、脑健康、脑机接口、人机交互。

 

中科院上海微系统与信息技术研究所李孟研究员《AI与脑科学的“灵魂”碰撞:脑电大模型》报告

 

电子科技大学郭大庆教授聚焦脑神经研究的介观层级,致力于构建一个基于多模态和多时空尺度数据建立的全参数动态的全脑模型,以便进行虚拟实验和理论验证,推动科学研究和临床应用。他认为,数字孪生脑领域的终极挑战是从微界观水平构建全脑系统,但这需要大量的理论技术突破以及深度的应用融合。

 

电子科技大学郭大庆教授《数字孪生脑及其在脑机接口中的应用》报告

 

清华大学眭亚楠副教授认为,人的感知、意识,最初均来自于外部传入的信息,在人机交互中,最重要的交互元素就是人自身。他希望通过提供一个动力学可控的神经肌肉骨骼的模型,借此从模型层面上逐步探索信息传入方式以及认知构建逻辑。

 

清华大学眭亚楠副教授《具身智能的自身模型》报告

 

中科院自动化所余山研究员认为,BCI技术的发展侧重于实现接口与神经组织的一体化及高效信息互通,其核心在于深入理解大脑功能以实现人机融合。因此,他特别强调神经科学理论帮助优化BCI工程技术的重要性。

 

中科院自动化所余山研究员《脑机接口的神经科学视角》报告

 

此次论坛不仅展示了各位研究员在各自领域的最新成果,还设置了圆桌讨论环节深度探讨了AI与BCI技术发展的方向与挑战。大家在AI与BCI发展方向上达成一致:

“目前国内外各大实验室间的研究内容分散,如何整合资源、形成合力成为挑战。借鉴OpenAI的成功经验,‘集中力量进行长期研究’或许是诞生出具有跨时代意义的突破的做法。未来的脑启发智能研究,需要探索一种合作模式和科研模式,使得资源能够汇聚起来,在开放平台上共享数据和算法,聚集特定人才,不断迭代、解决问题,共同致力于这一方向的研究工作。”

 

天桥脑科学研究院学术会议总监耿海洋博士(左一)、中科院自动化所余山研究员(左二)、中科院上海微系统与信息技术研究所李孟研究员(右二)、清华大学眭亚楠副教授(右一)

 

会上,耿海洋博士代表天桥脑科学研究院发言表示:

“今年是天桥脑科学研究院与中国神经科学学会(CNS)深度合作的第6年。未来,天桥脑科学研究院还将继续汇聚各方力量,积极推动AI大模型与脑科学的融合发展,全力支持、搭建一个开放的数据、技术交流共享平台。”

 

天桥脑科学研究院学术会议总监耿海洋博士

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“人工智能和脑机接口(BCI)技术的发展,正在引发一场科技革命。人与环境关系将被‘逆转’——在数字环境中,人不再需要适应环境,而是环境主动地适应我们每个人的兴趣爱好、情绪波动。人处于一种被解读、被投喂的状态,这种‘被动性’带来了许多无法在传统伦理框架内解决的伦理挑战。更深层次地,我们应该慎重思考在新环境下个人如何成长。”

上海社会科学院哲学研究所副所长成素梅教授的上述观点引人深思。

随着深度脑区刺激(DBS)、脑电图(EEG)等新一代BCI技术的蓬勃发展,BCI衍生的哲学伦理问题获得了空前的关注与讨论。

为此,9月21~22日,天桥脑科学研究院(中国)联合上海社会科学院、上海市精神卫生中心共同主办了一场题为“脑机接口与哲学:跨学科的对话”的专题研讨会。

 

本次研讨会围绕脑机接口与国家治理、科技伦理、人类认知、人机互动、法律挑战等核心命题展开研讨,来自医学临床、自然科学、哲学伦理、科技治理和产业规划等领域的60余位嘉宾学者们,从各自的专业领域出发分享了真知灼见。

关于脑机接口的战略发展,中国科学院院士蒲慕明教授建议道:

“BCI是目前全球瞩目的脑科学研究方向,但BCI对人类大脑的长期影响,我们尚未可知。脑科学伦理治理,是当下‘科技文明’国家重点关注的建设事项。尤其是,如今我国科研技术取得了很多开创性进展,这都促使我们必须主动地讨论前沿伦理问题,建立适合中国科技战略发展的治理方案。”

 

国家精神疾病医学中心脑健康研究院院长徐一峰教授

 

国家精神疾病医学中心脑健康研究院院长徐一峰教授建议:“在人工智能和BCI技术助力下,疾病诊疗变化趋势是不可阻挡的,越早了解、思考、规范它,越有益处。目前,基于BCI发展的伦理讨论,社会科学界,包括哲学界、法学界、伦理学界等的同道们,都在进行新的分类和量化工作。在跨学科交流中存在一个现象——即使使用同一语言,不同学科中对同一概念的理解也可能大相径庭。但是如果我们能在更宏大的背景上思考,也许可能更容易找到一致的语言。”

01精神疾病诊疗与心理认知变革

作为BCI领域的前沿科学家,复旦大学神经调控与脑机接口研究中心主任王守岩教授上海交通大学计算机科学与工程系吕宝粮教授,介绍了各自团队开发的精神疾病的诊断治疗相关BCI的最新进展,为跨界专家系统介绍了当下的主要技术路线和应用场景。

王守岩教授团队借助DBS探头深入分析脑内信号变化,由此发现可调控痛觉感知和情绪波动的复杂神经环路。基于这一发现,团队联合华山医院开发了疼痛的DBS干预方式与量化评估模型,并试图使用BCI技术进行精准神经调控,以期为疼痛治疗带来新的突破。

吕宝粮教授团队通过记录患者欣赏油画作品时的脑电活动和眼动轨迹等多模态数据,借助大模型技术,可以精准分析识别抑郁症患者,这一方法有望改善国内精神领域医疗资源不足的现状,辅助精神疾病的基层诊断和治疗。

北京大学哲学系隋婷婷博士也在会上介绍了以脑电隐藏信息检测的CIT范式,这一范式能够通过诱发、检测EEG事件相关电位中的内源性成分,将之作为观测主体认知记忆提取和识别再认的重要指标,借由激发主体特定真实记忆的定向反应,用于检测大脑真实的认知信息。

02BCI技术进步引发哲学争鸣

上海大学哲学系王天恩教授认为,由于关乎信息编码及其处理效率,脑机接口涉及信息模拟编码的数字化,意味着一个数字化过程。作为信息数字编码发展的产物,数字化涉及信息模拟编码的被取代,意味着信息物化和物信息化双向循环机制的升级。脑机接口的发展使各个环节不断数字化,将使人类信息关系相应发生一系列变革:社会关系的数字化、人类言行的一体化、认识和实践一体化、质性表达量化、语言和交流数字化、量化把握能力硅基化、感受能力大大强化、人和人之间理解的诠释解释化、他心自心化及人类自我认识类群化等。

东南大学哲学与科学系主任张学义副教授认为,以BCI为基础的脑机网络将为集体心智理论和集体心智技术提供新的话域。首先,脑机技术背景下的集体心智概念相比传统集体心智展现出新特点与优势;其次,基于大卫·莱瑞斯克(David M. Lyreskog)等人在集体心智技术条件下提出的两种概念化尺度及其可视化模型,有助于明晰集体心智的四种技术类型,从技术上评估脑机网络的智能程度,同时为后续深入研究各类型技术下的身份归属、责任分配等伦理问题提供依据;最后,考虑到未来智能体作为除人之外的第二主体参与集体心智网络的可能性,第二主体强度作为第三尺度的可能维度是有必要的。

03共议脑科学伦理治理重要议题

脑科学伦理治理,是当下最重要的科学发展议题。

 

国家精神疾病医学中心脑健康研究院院长徐一峰教授(左)、上海市精神卫生中心院长赵敏教授(中)、中国信通院科技伦理中心主任李文宇博士(右)

 

上海市精神卫生中心院长赵敏教授介绍了上海市精神卫生中心在精神疾病BCI领域的研究规划和伦理治理经验:“人工智能与BCI技术在精神医学领域的应用潜力巨大,目前上海市精神卫生中心也开展了多项BCI与脑科学相关研究。除此之外,2023年10月,上海市精神卫生中心与上海社会科学院哲学研究所联合发布了国内首部聚焦精神疾病BCI研究的伦理共识《精神疾病脑机接口研究伦理治理多学科专家共识》。我们希望通过对精神疾病的推广以及BCI伦理讨论,促进精神医学发展,提高公众对精神健康的认知,减少歧视。”

作为产业规划界的代表,中国信通院科技伦理中心主任李文宇博士,认可了BCI技术在实际应用中的不可替代的助残优势,但也提出了对科技伦理治理的观望:既往的一些现实案例,如神经解码器、科技公司Second Sight倒闭等,反映出BCI技术可能存在的用户隐私泄露、技术滥用与不公平、技术可持续性难以为继等伦理挑战。他倡议,BCI产业的健康发展,需要建立伦理标准,强调需要跨学科合作以促进技术创新、隐私权保护和可持续发展。

 

首都医科大学医学人文学院卫生法学主任李筱永教授

 

关于伦理治理的法律问题,首都医科大学医学人文学院卫生法学主任李筱永教授,发表了她的观点:在我国,研究自由度不受限制,但研究内容和方法需严格遵守规范。目前,伦理审查和知情同意均已被立法化,进入市场阶段的临床应用技术,也多受清单管理制度的管理。但对于BCI在神经精神疾病的研究和应用,虽然科技部科技伦理审查办法提出了伦理审查要求,但目前尚无规范程序;临床应用虽存在一些应用争议,但目前尚未列入管理清单中。面对这些挑战,法律应如何合理监管以平衡需求和技术不确定性,成为亟待解决的关键议题。

为了引导BCI技术朝着更加积极、向善的方向迈进,本次研讨会亟需汇聚来自多学科的智慧之光,上海社会科学院智库建设处处长于蕾研究员、上海市委党校哲学教研部主任张春美教授、同济大学附属精神卫生中心赵旭东教授以及上海市精神卫生研究所张青主任、上海社科院哲学所计海庆研究员等约60余位专家学者深入交流,共同探索BCI研究的新方向,为脑机接口技术的健康发展贡献集体智慧与力量,共同促进人类福祉的持续提升。

 

(文中观点根据速记归纳,未经本人复核)

  

 

近期,2024年11月7~8日,天桥脑科学研究院还将携手上海市精神卫生中心及《Science》杂志于举办“人工智能与精神健康”论坛,期待届时能有更多关于脑机接口技术及其伦理治理的精彩讨论与思想碰撞。

感谢以下参会交流的人工智能专家学者、精神科医生、临床心理专家(排名不分先后):

 

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2024-09

 

“合作多年,但数据甚少”。上海交通大学计算机科学与工程系吴梦玥副教授如此形容以往的合作经历。真实数据稀缺、获取难度大、隐私安全等问题,一直制约着心理健康领域的科研发展与模型落地应用。而随着大模型时代的到来,数据合成技术或能为这一“传统难题”提供全新的解决方案。

为了推动人工智能技术与心理健康领域的深度融合,2024年9月10日,天桥脑科学研究院(Tianqiao and Chrissy Chen Institute, TCCI)与上海市精神卫生中心联合主办的“心理健康领域的数据合成与新一代AI模型”专题研讨会,在上海市精神卫生中心徐汇院区顺利召开。

此次专题研讨会,由上海市精神卫生中心医务部陈剑华主任、上海交通大学计算机计算机科学与工程系吴梦玥副教授、TCCI人工智能与精神健康前沿实验室耿海洋博士共同主持,汇集了来自国内十余所知名科研院校人工智能实验室的数据合成一线学者以及上海市精神卫生中心等临床一线精神科医生、心理咨询师、临床心理学家,合计三十余位领域专家,围绕“心理健康数据合成与人工智能模型的发展与应用”展开深入交流与探讨。

正如陈剑华主任所言,“聚焦心理健康领域现实难题与科研数据收集需求,我们积极与TCCI展开合作,期望通过数据科学、人工智能与心理健康领域的跨学科协作,深入挖掘并高效利用现有数据资源,借助数据合成技术以及新一代AI模型,结合临床实践和伦理评估经验优化大模型评价标准,以期早日实现心理健康AI模型的广泛应用、最终解决临床问题。为此,我们诚挚邀请数据科学家与临床研究者携手合作,分享成果、交流经验,探寻数据驱动的创新解决方案。”

 

上海市精神卫生中心医务部陈剑华主任

01聚焦对话数据合成难点,

分享AI模型研究进展

会议学术报告环节,上海交通大学计算机科学与工程系吴梦玥副教授带来的“精神健康领域问诊和咨询对话数据的模拟与生成”的主题分享,将现场带入到浓郁的前沿学术交流氛围。随后,在吴梦玥教授的主持下,多位专家先后带来了心理健康领域的“数据合成及模型构建”、“多智能架构与隐私保护”、“精神健康计算”以及“知识图谱引导的对话数据生成”等方向的学术分享。

 

TCCI人工智能与精神健康前沿实验室耿海洋博士(左)、上海交通大学计算机科学与工程系吴梦玥副教授(右)

 

“精神健康领域问诊和咨询对话数据的模拟与生成”:吴梦玥副教授介绍了4种可行的模拟对话生成方法及其团队最新成果Agent Metal Clinic数据交互及生成平台,并指出了当前模拟对话研究面临的技术挑战——难以准确量化或统一评判合成数据的质量好坏,由此可能引发目标优化方向不一致等问题。

“面向心理和卫生健康领域的数据合成及模型构建”:华东师范大学计算机科学与技术学院陈琴研究员分享了一套在预训练与微调阶段进行领域知识增强的方法,以及结合大数据模型与结构化“目标-计划”的对话数据合成流程框架,并分享了团队从大量对话数据中提取关键信息、构建详尽的提问知识库过程中的特色工作。

“Psy-Insight数据集以及知识图谱引导的对话数据生成经验”:聚焦大学生心理健康问题,北京邮电大学人工智能学院李雅副教授团队建立了Psy-Insight数据集,通过音视频多模态情感识别,可实时生成抑郁风险指数;另外,团队还提出了“知识图谱引导”的G2DiaR共情对话生成方法,以提升对话数据质量。

“基于大模型的精神健康计算”:哈尔滨工业大学计算学部赵妍妍教授集中讨论了近年来精神健康计算领域内基于大模型的研究进展,特别是以“巧板”儿童情感陪伴大模型和“巧环”心理咨询系统为例,介绍了其在情感计算方面取得的进步。

“基于多智能架构与隐私保护的心理情感大模型”:华东理工大学信息科学与工程学院薛栋副教授介绍了其团队开发的大模型“漫谈”(MindChat)的构建框架以及相关实践应用,目前,该模型相关应用已用于多种实际场景,如高校社区中在线解答学业情感困惑的模型角色“漫漫学姐”等。

02跨学科合作潜力,

畅谈心理健康AI模型应用前景

在其后的圆桌讨论环节中,围绕大家关注的“AI在心理健康领域的创新应用”、“数据合成对话质量的评价标准”、“心理健康AI对话模型落地应用的评价体系建设与伦理讨论”等话题,在场的精神科医生、心理咨询师以及数据科学和人工智能专家们展开了一场热烈的跨界讨论。

关于“AI在心理健康领域的创新应用”上海市精神卫生中心门诊部王勇主任认为:“除了刚刚提到的心理咨询,中小学生的心理健康筛查也可以引入AI技术。比如,通过多模态收集和分析受试学生的面部表情数据,借助AI模型,以达到精简筛查过程、优化筛查效率和准确性等效果。”

 

上海市精神卫生中心门诊部王勇主任

 

关于“数据合成对话质量的评价标准”上海交通大学医学院临床研究中心张维拓研究员提出了他的观点:“合成数据的质量评估,需要基于生成数据的目的来选择合适的技术指标,比如,可以通过下游任务性能表现以评价合成数据质量。总的来说,现有的大模型,或在特定场景下为临床医生提供辅助,但还达不到在真实环境下临床应用的标准。”

 

上海交通大学医学院临床研究中心张维拓研究员

 

关于“心理健康AI对话模型落地应用的评价体系建设与伦理讨论”国家精神疾病医学中心脑健康研究院办公室张青主任认为:“伦理讨论贯穿于模型构建、数据处理、价值判断等各个环节。因此,我们有必要建立起一个跨学科团队,系统判断AI工具落地应用的潜在社会和伦理影响,促进更加负责任的技术实践。”

 

国家精神疾病医学中心脑健康研究院办公室张青主任(左)、上海市精神卫生中心机构办沈一峰主任(右)

 

会上,上海市精神卫生中心机构办沈一峰主任还表达了对心理健康领域的医学与数据科学跨学科合作前景的看法,他提出:“我们需要以‘解决实际临床需求’为导向,持续调整目标,开发可重复、可优化的AI产品。而这些都需要建立起一套长期、紧密、日常化的跨学科合作生态。”

 

上海市精神卫生中心机构办沈一峰主任

 

TCCI人工智能与精神健康前沿实验室耿海洋博士也表示,“天桥脑科学研究院一直致力于搭建起一个‘定期沟通需求痛点、寻找共同兴趣、推动落地应用’的跨学科专家动态交流平台。日后,我们也将持续推进探索AI技术在心理健康领域的应用场景,促进心理健康领域数据科学与人工智能技术的创新发展。”

接下来,天桥脑科学研究院(TCCI)还将携手上海市精神卫生中心及《Science》杂志,于2024年11月7~8日举办“人工智能与精神健康”论坛,共同探索AI在精神健康领域的科学研究与临床诊疗的转化应用。展望未来,随着合成数据理论与大模型技术的日益成熟,相信真实诊疗环境下精神健康AI模型应用也会早日实现。

 

“心理健康领域的数据合成与新一代AI模型”专题研讨会与会人员合影留念

 

感谢以下参会交流的人工智能专家学者、精神科医生、临床心理专家(排名不分先后):

上海交通大学计算机科学与工程系副教授吴梦玥,华东师范大学计算机科学与技术学院青年研究员陈琴,华东理工大学信息科学与工程学院副教授薛栋、哈尔滨工业大学计算学部教授赵妍妍,北京邮电大学人工智能学院副教授李雅,华东师范大学计算机科学与技术学院紫江青年学者周杰,中央财经大学心理咨询中心副研究员丰怡,同济大学人文学院助理教授左培颖,华东师范大学心理与认知科学学院紫江青年学者胡捷,暂停实验室主创成员/各色科技研究总监窦泽南;

以及上海市精神卫生中心医务部主任陈剑华,上海市精神卫生中心门诊部主任王勇,上海市精神卫生中心机构办主任、伦理委员沈一峰,国家精神疾病医学中心脑健康研究院办公室主任张青,上海市精神卫生中心精神科医师丁燕莉,上海市精神卫生中心助理研究员苏映等。

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2024-09

髓母细胞瘤(medulloblastomas, MB)是儿童中最常见的恶性脑肿瘤,占所有儿童脑肿瘤的15%至25%。脑部特殊的环境决定了MB的生长受到血脑屏障、复杂的神经元细胞和免疫细胞相互作用等多种肿瘤微环境因素的调控,是其疗效不佳、预后较差的重要因素之一。基于经典的甲基化测序,MB可被划分为四个分子亚群:SHH、WNT、Group 3(三型)和Group 4(四型),其中SHH和WNT亚型患者生存期相对较长,而三型和四型预后不良。

早期的癌症基因组学未能在MB中鉴定到高频突变,尤其对于三型和四型MB的驱动机制仍然不清楚。目前,MB的治疗尚未有有效的药物,仍依赖于手术和放化疗。既往单细胞转录组测序(scRNA-seq)的工作揭示了MB瘤内异质性,并通过将MB细胞图谱与发育中的小鼠或人类小脑进行比较来推断亚组可能的起源细胞。然而由于传统的转录组测序并不能有效测量支配不同基因表达的调控机制,且目前髓母细胞瘤的分型仍局限于甲基化分类,临床上缺乏高特异性的转录组和蛋白组生物标记。因此,阐明MB的分子亚型标志物及其调控将为MB的治疗策略提供新的参考。

2024年6月17日(当地时间),复旦大学附属华山医院院长、天桥脑科学研究院转化中心(Tianqiao and Chrissy Chen Institute for Translational Research)主任毛颖/复旦大学附属华山医院/脑科学转化研究院研究员杨辉团队与中国科学院北京基因组研究所(国家生物信息中心)蒋岚研究组合作,于期刊Advanced Science上发表题为“Single-Cell Chromatin Accessibility Analysis Reveals Subgroup-Specific TF-NTR Regulatory Circuits in Medulloblastoma”的论文。

该研究绘制了人类MB各亚型的单细胞染色质可及性图谱(Chromatin accessibility),并且揭示了神经递质受体在不同肿瘤分子亚型中的特异性和治疗意义。

 

Gao, Xiaoyue, et al. “Single‐Cell Chromatin Accessibility Analysis Reveals Subgroup‐Specific TF‐NTR Regulatory Circuits in Medulloblastoma.” Advanced Science (2024): 2309554.

 

研究团队克服了病理组织冻存样品难以进行单细胞测序的难题,成功获取了11例人类髓母细胞瘤样本来源的共59015个单细胞的高质量染色质可及性信息。通过甲基化微阵列的金标准检测表明甲基化分型结果与单细胞数据分子分型结果完全一致。团队随后鉴定了MB中影响细胞命运的顺式调控元件(Cis-regulatory elements)和转录因子(Transcription factors, TFs),并筛选了亚型特异性的TFs。这些调控元件通过招募不同的转录因子来影响细胞命运,揭示了MB肿瘤细胞的分化和发展。

研究表明,神经肿瘤细胞与神经元发生相互作用,促进恶性演进。由于髓母细胞瘤是一种起源于神经细胞的肿瘤,肿瘤细胞与周边神经细胞的不同细胞交流与信号传输的方式可能是导致肿瘤内异质性产生的原因。联合snATAC-seq与scRNA-seq MB数据集,团队发现MB细胞中存在广泛的突触合成基因表达,基于神经递质受体(NTR genes)基因特征集表达的队列分型与甲基化金标准几乎一致(准确性>98%),这为肿瘤分类提供了新的生物标记。

 

 

图1.转录因子-神经递质受体调控网络具有髓母细胞瘤分子亚型特异性

 

团队进一步证实MB亚型中的特异性的癌症驱动通路(WNT, SHH等)对于NTR表达的调控具有特异性并绘制了调控图谱,它解释了为何MB存在亚型特异性的NTR基因。由于神经元和肿瘤细胞间的相互作用主要依赖于电化学突触,MB细胞中存在大量亚型特异性的NTR基因表达,表明MB的生长和起源可能与肿瘤细胞与神经元形成突触的作用存在重要关联。体外和体内的基因敲除实验证明NTR基因的敲除能够抑制相应分子亚型的肿瘤细胞增殖。以上结果证实了TF-NTR网络可作为MB分子分型的依据,神经信号参与了髓母细胞瘤的增殖。

 

 

图2. 髓母细胞瘤中的亚型特异性神经递质受体基因影响肿瘤细胞生长

 

综上所述,该研究通过构建髓母细胞瘤的染色质可及性图谱,从神经突触合成维度,发现神经递质受体基因的不同髓母亚型特异性,为髓母细胞瘤的分子分型和对应治疗提供了新依据。

该研究由复旦大学附属华山医院院长、天桥脑科学研究院转化中心主任毛颖教授,华山医院/脑科学转化研究院杨辉研究员,中国科学院北京基因组研究所(国家生物信息中心)蒋岚研究员合作完成,蒋岚组硕士研究生高晓玥,复旦大学附属华山医院博士研究生庄骐源,蒋岚组特别研究助理李芸以及助理研究员李国超为文章的并列第一作者。蒋岚组博士研究生黄正,硕士研究生孙少省、陈甚之参与了单细胞ATAC-seq数据以及CNV数据的分析。

 

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2024-09

扫描上方二维码,查看论坛完整回放视频。

 

为什么我们会痴迷于“妈妈的味道”?为什么有些食物能让我们感动到流泪?味觉如何与记忆相互关联?神经科学又该如何解释食物引发的情感反应?

近日,由天桥脑科学研究院(Tianqiao and Chrissy Chen Institute, TCCI)和中国神经科学学会联合主办的“大脑与美食论坛”第一讲,对这些问题进行了探索。主持人、复旦大学附属华山医院院长、天桥脑科学研究院临床转化研究中心主任毛颖教授介绍说,这一论坛旨在通过跨学科交流,用贴近公众的形式,揭示食物如何影响我们的认知、情感与行为,增进公众对大脑的深入理解。他透露,天桥脑科研究院还将会与中国神经科学学会一起,推出“大脑与体育”、“大脑与视觉艺术”等其他丰富多样的跨界交流。

 

复旦大学附属华山医院院长毛颖教授

 

尽管神经科学家和认知心理学家一直在努力解锁大脑功能的秘密,特别是与我们日常生活中的进食动机相关的神经基础,但许多关键信息仍未明确。

临港实验室徐华泰研究员在论坛中分享了他的最新发现。他发现在哺乳动物的大脑外侧下丘脑存在着一类名为促肾上腺皮质激素释放激素神经元(CRH),它们在进食过程中发挥重要作用。不仅如此,他的研究还表明,这类神经元还与安全感知密切相关,这一发现提示着动物的进食与焦虑行为享有共同的神经环路基础,这也为治疗焦虑、抑郁等疾病提供了新的思路。

 

临港实验室徐华泰研究员

 

中国科学院心理研究所周雯研究员,从认知心理学角度带来了“气味里的时空”的演讲。周雯指出,“我们对大多数食物风味的感知,其实来自于嗅觉而非味觉”,除了用鼻子闻气味(即“鼻前嗅觉”)外,我们吃东西时,食物的气味也会通过口腔传入鼻子(即“鼻后嗅觉”)。因此,我们品尝食物时,灵敏的嗅觉同样也举足轻重。这也是为什么嗅觉受损时,人们可能会觉得进食也味同嚼蜡。

此外,周雯研究员还通过一个个生动的案例和深入的研究结果,展示了气味如何被大脑感知并记录,以及嗅觉如何诱发生动的情景记忆。她认为,嗅觉不仅仅是一种感官,更承载了记忆,“是连接过去与现在的桥梁”。

 

中国科学院心理研究所周雯研究员

 

希尔顿大中华区及蒙古餐饮运营总监邱琼女士则以“寻找妈妈的味道:嗅觉与味觉如何与记忆联动?”为题,通过3个生动小故事,讲述了食物和味道如何成为个人和家庭记忆的一部分,让我们感受到食物背后承载的深厚情感和文化意义。

 

希尔顿大中华区及蒙古餐饮运营总监邱琼女士

 

浙江大学脑科学与脑医学学院副院长周煜东以“吃到停不下来——美食的奖赏效应”为题,从科学的角度解析了美食为何会让人欲罢不能。他指出,美食作为天然奖赏物,其强化作用可显著增加摄食行为,而中枢奖赏系统在这一过程中起到了关键作用。具体来说,高脂食物会诱导前部丘脑室旁核(aPVT)小胶质细胞激活,进而促进强迫进食行为。周煜东教授的研究,为我们理解肥胖的发病机理以及开发有针对性的预防和干预措施提供了重要依据。

 

浙江大学脑科学与脑医学学院副院长周煜东教授

 

言盐西餐厅创始人林震谷(Chef Ling)分享了他对烹饪艺术的独特见解。从美食主理人的角度,传达了他对本次活动“美食与大脑”主题的理解——烹饪不仅仅是一种“技术活”,更是一种情感的表达。

 

 

言盐西餐厅创始人林震谷

 

除了内容丰富的精彩讲座,名厨还现场烹制了数道美食,伴随着食物的浓郁香气,研究人员们现场演示嗅觉、视觉和味觉下人们脑电波的变化,展现了大脑与美食的奇妙世界。

据介绍,支持科普一直是天桥脑科学研究院的重要使命,自成立以来,研究院先后投巨资出品了获得多项国际大奖的科普纪录片《打开思想的大门》和动画片《什么是人类认知》,推出了科普自媒体“追问nextquestion”,举办、资助了大量线上线下科普讲座。同时,还联合上海图书馆东馆打造有主题科普展厅“追问大脑”。

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2024-09