1、智能科学的研究概要智能科学的研究概要报告提要报告提要v概概 述述v脑科学脑科学v认知科学认知科学v人工智能人工智能v成成 果果v展展 望望科学发展大趋势科学发展大趋势美国关于NBIC会聚技术的战略研讨两次会议：2001-05-11 NSF预备会 2001-12-03 NSF/DOC(79人)政府与国家实验室 32人 大学 28人 企业及非政府组织 19人 2004-03 成立Converging Technologies Bar Association(CTBA)InfoCognoBioNanoEnhancing HumanPerformanceNew HumanbeingNew Indust
2、riesNew SocietyNew Education 科学发展大趋势科学发展大趋势第一次浪潮第二次浪潮第三次浪潮第四次浪潮第五次浪潮1785 1845 1900 1950 1990 1999 2020 创创新新步步伐伐水力水力纺织纺织铁铁蒸汽蒸汽铁路铁路钢钢电电化学品化学品内燃机内燃机石油化学石油化学电子电子航空航空数字网络数字网络软件软件新媒体新媒体60年年55年年50年年40年年30年年技术创新浪潮的经济长波规律技术创新浪潮的经济长波规律（康德拉捷夫）（康德拉捷夫）机械化机械化铁路化铁路化电气化电气化 电子化电子化 数字化数字化第一次浪潮第二次浪潮第三次浪潮第四次浪潮1990 2020
3、 2050 2080 2100创创新新步步伐伐数字网络数字网络软件软件新媒体新媒体生物基因生物基因（蛋白质）（蛋白质）纳米材料纳米材料脑科学脑科学智能技术智能技术？对对2121世纪技术创新浪潮长波的猜想世纪技术创新浪潮长波的猜想智能科学 20世纪末世纪末,生物信息学生物信息学 生物信息学是采用信息科学、计算机科学、生物数学、生物信息学是采用信息科学、计算机科学、生物数学、比较生物学等学科的观点和方法对生命的现象比较生物学等学科的观点和方法对生命的现象与与其组成分子其组成分子(核核酸、蛋白等酸、蛋白等)进行研究，主要是研究生命中物质的组成、进化、进行研究，主要是研究生命中物质的组成、进化、结构与
4、功能的规律、以及这些物质在生命体中能量和信息的交换结构与功能的规律、以及这些物质在生命体中能量和信息的交换或传递。该学科以计算机和生物电子设备为工具，对生物信息进或传递。该学科以计算机和生物电子设备为工具，对生物信息进行提取、储存、加工和分析，用信息理论技术及生物数学的方法行提取、储存、加工和分析，用信息理论技术及生物数学的方法去理解和阐述生物大分子的存在和生命价值，最终对它们进行各去理解和阐述生物大分子的存在和生命价值，最终对它们进行各种处理与应用。种处理与应用。智能科学智能科学 智能科学研究智能的基本理论和实现技术，智能科学研究智能的基本理论和实现技术，是由脑科学、认知科学、人工智能等学科
5、构是由脑科学、认知科学、人工智能等学科构成的交叉学科。成的交叉学科。2121世纪智能科学的研究将会世纪智能科学的研究将会取得突破性进展，将进一步揭示人类智能的取得突破性进展，将进一步揭示人类智能的本质，人类将在认识自身起源与演化、脑与本质，人类将在认识自身起源与演化、脑与神经系统的结构、发育、功能等方面取得重神经系统的结构、发育、功能等方面取得重大进展。我们要抓住智能科学的大好发展机大进展。我们要抓住智能科学的大好发展机遇，以创新的思路，积极开展研究。遇，以创新的思路，积极开展研究。脑科学脑科学 脑科学从分子水脑科学从分子水平、细胞水平、行为水平、细胞水平、行为水平研究脑平研究脑结构结构,建立
6、脑建立脑模型，揭示自然智能机模型，揭示自然智能机理理和和脑本质。脑本质。硬件系统硬件系统 神经活动神经活动 FF神经信号的发生、转导、传导、突触传递等。神经信号的发生、转导、传导、突触传递等。FF神经递质的合成、维持、释放神经递质的合成、维持、释放与与与受体的相互作与受体的相互作用的研究都取得了令人瞩目的进展。用的研究都取得了令人瞩目的进展。FF对神经元和神经系统发育的分子机制的研究对神经元和神经系统发育的分子机制的研究 1919世纪未叶，世纪未叶，CajalCajal染色法的发明在技术上为染色法的发明在技术上为CajalCajal的神经元学说不得准备了前提条件。的神经元学说不得准备了前提条件
7、。2020世纪世纪4040年代末年代末期微电极的发明，开创了神经生理研究的新时代，对神期微电极的发明，开创了神经生理研究的新时代，对神经活动的认识因此出现了重大的飞跃。经活动的认识因此出现了重大的飞跃。突触可塑性突触可塑性神经网络神经网络 神经网路的复杂多样，不仅在于神经元和突触的数量大、组合方式复杂和联系广泛，还在于突触传递的机制复杂。现在已经发现和阐明的突触传递机制有：突触后兴奋，突触后抑制，突触前抑制，突触前兴奋，以及“远程”抑制等等。在突触传递机制中，释放神经递质是实现突触传递机能的中心环节，而不同的神经递质有着不同的作用性质和特点 脑功能成像数据库脑功能成像数据库 (1)(1)有中国
8、人特色的大脑标准化方法。现有的脑功有中国人特色的大脑标准化方法。现有的脑功能成像数据库基本上都是基于能成像数据库基本上都是基于TalairachTalairach坐标进行标准坐标进行标准化。要对现有的数据进行分析研究，提出有中国人特色化。要对现有的数据进行分析研究，提出有中国人特色的，能够体现大脑精细结构差异的大脑标准化方法；的，能够体现大脑精细结构差异的大脑标准化方法；(2)(2)超大规模脑功能成像数据的快速存取技术；超大规模脑功能成像数据的快速存取技术；(3)(3)脑功能区划分（脑功能区划分（segmentationsegmentation）的方法和技术；）的方法和技术；(4)(4)基于内
9、容的层次型脑功能成像数据库体系结构；基于内容的层次型脑功能成像数据库体系结构；(5)(5)脑功能区的动态变化的跟踪、演示与存储。脑功能区的动态变化的跟踪、演示与存储。认知科学认知科学 认知科学是研究人类认知科学是研究人类 感知、学习、记忆、感知、学习、记忆、思维、意识等人脑心智活动过程的科学。思维、意识等人脑心智活动过程的科学。软件系统软件系统 感知过程和知觉表达感知过程和知觉表达 知觉信息的表达是知觉研究的基本问题，是研究其它知觉信息的表达是知觉研究的基本问题，是研究其它各个层次认知过程的基础。知觉过程是从那里开始的？各个层次认知过程的基础。知觉过程是从那里开始的？外在物理世界的那些变量具有
10、心理学的知觉意义？作为外在物理世界的那些变量具有心理学的知觉意义？作为知觉的计算模型计算的对象是什么？知觉的计算模型计算的对象是什么？现有脑成像技术的时间、空间分辨能力将大幅度现有脑成像技术的时间、空间分辨能力将大幅度提高，新的无创伤检测脑活动的技术将进一步发展起来。提高，新的无创伤检测脑活动的技术将进一步发展起来。学习学习 学习在脑内如何发生，是神经生物学习在脑内如何发生，是神经生物学的核心问题之一。学习导致神经系统学的核心问题之一。学习导致神经系统结构和功能上的精细修饰，形成记忆痕结构和功能上的精细修饰，形成记忆痕迹。揭示学习的神经机制，对理解人类迹。揭示学习的神经机制，对理解人类智力的本
11、质具有重大意义。智力的本质具有重大意义。记忆记忆 记忆记忆在脑内如何发生，是神经生物在脑内如何发生，是神经生物学的核心问题之一。学习导致神经系统学的核心问题之一。学习导致神经系统结构和功能上的精细修饰，形成记忆痕结构和功能上的精细修饰，形成记忆痕迹。揭示迹。揭示记忆记忆的神经机制，对理解人类的神经机制，对理解人类智力的本质具有重大意义。智力的本质具有重大意义。语言加工的认知机制语言加工的认知机制 FF语言的中枢表象是什么？语言的中枢表象是什么？语言加工的认知和脑机制语言加工的认知和脑机制 理解和使用语言是人类特有的功能，是人类意识和理解和使用语言是人类特有的功能，是人类意识和意志表达的基本途径
12、。意志表达的基本途径。FF汉语以其独特的词法和句法体系、文字系统和语音汉语以其独特的词法和句法体系、文字系统和语音声调系统而显著区别于印欧语言。声调系统而显著区别于印欧语言。FF从神经、认知、和计算三个层次上研究汉语加工和从神经、认知、和计算三个层次上研究汉语加工和信息处理是摆在我国科学家面前刻不容缓的任务。信息处理是摆在我国科学家面前刻不容缓的任务。思维的认知机理思维的认知机理 思维是具有意识的人脑对于客观现实的本质属性、思维是具有意识的人脑对于客观现实的本质属性、内部规律性的自觉的、间接的和概括的反映。内部规律性的自觉的、间接的和概括的反映。FF通过研究不同层次的思维模型，研究思维的规律和
13、通过研究不同层次的思维模型，研究思维的规律和方法方法,为新型智能信息处理系统提供原理和模型。为新型智能信息处理系统提供原理和模型。FF 近年来神经生理学和脑科学的研究成果表明，脑近年来神经生理学和脑科学的研究成果表明，脑的感知部分，包括视觉、听觉、运动等脑皮层区不仅的感知部分，包括视觉、听觉、运动等脑皮层区不仅具有输入具有输入/输出通道的功能，而且具有直接参与思维输出通道的功能，而且具有直接参与思维的功能的功能,。智能不仅是运用知识，通过推理解决问题，。智能不仅是运用知识，通过推理解决问题，智能也处于感知通道智能也处于感知通道 情感智能情感智能 情感（情感（emotionemotion）是人们
14、对客观事物的主观态度）是人们对客观事物的主观态度和相应的内心体验。和相应的内心体验。情感活动与大脑边缘系统和植物神经系统有着情感活动与大脑边缘系统和植物神经系统有着重要的联系。重要的联系。大脑皮层大脑皮层则调节着情绪和情感的进行，则调节着情绪和情感的进行，控制着皮层下中枢的活动。包括控制着皮层下中枢的活动。包括丘脑丘脑、下丘脑下丘脑、边、边缘系统和缘系统和网状结构网状结构的机能。动物实验表明边缘系统的机能。动物实验表明边缘系统的的5-5-羟色胺和去甲肾上腺素含量最高。并对情感活羟色胺和去甲肾上腺素含量最高。并对情感活动的调节起重要作用。动的调节起重要作用。意识意识 意识是人脑对外部世界和自身心
15、理、生理活动等客意识是人脑对外部世界和自身心理、生理活动等客观事物的觉知和控制。意识问题是对当代科学的巨观事物的觉知和控制。意识问题是对当代科学的巨大挑战。大挑战。FF 1879年现代心理学建立以来，意识就成为年现代心理学建立以来，意识就成为心理学的主要研究对象。心理学的主要研究对象。James认为，心理学是研究认为，心理学是研究意识的科学。意识的科学。FF 20世纪世纪20年代兴起的行为主义心理学，不年代兴起的行为主义心理学，不承认意识的存在。承认意识的存在。FF 50年代出现的认知心理学重新提出意识问年代出现的认知心理学重新提出意识问题题人工智能人工智能 用人工的方法和技术，模仿、用人工的
16、方法和技术，模仿、延伸和扩展人的延伸和扩展人的 智能智能,实现机器智实现机器智能。能。仿真系统仿真系统 人工智能的人工智能的五个基本问题五个基本问题 Kirsh 1991Kirsh 1991年指出年指出:(1)(1)知识与概念化是否是人工智能的核心？知识与概念化是否是人工智能的核心？(2)(2)认知能力能否与载体分开来研究？认知能力能否与载体分开来研究？(3)(3)认知的轨迹是否可用类自然语言来描述？认知的轨迹是否可用类自然语言来描述？(4)(4)学习能力能否与认知分开来研究？学习能力能否与认知分开来研究？(5)(5)所有的认知是否有一种统一的结构？所有的认知是否有一种统一的结构？知识科学知识
17、科学 (1)(1)知识的哲学涵义知识的哲学涵义 (2)(2)数学基础数学基础 (3)(3)逻辑基础逻辑基础 (4)(4)认知基础认知基础 (5)(5)系统论基础系统论基础知识工程知识工程 (1)(1)开放世界开放世界 (2)(2)动态动态(3)(3)交互交互 (4)(4)不确定不确定 (5)(5)海量海量符号逻辑符号逻辑知识表示知识表示:命题逻辑命题逻辑,谓词逻辑谓词逻辑,模态模态逻辑逻辑,时序逻辑时序逻辑,模糊逻辑模糊逻辑,动态逻辑动态逻辑知识发现知识发现:归纳逻辑归纳逻辑,模型论模型论 知识共享知识共享:描述逻辑描述逻辑,OWL,OWL心智社会心智社会:BDIBDI模型模型计算智能计算智能
18、神经计算神经计算模糊集模糊集遗传算法遗传算法进化计算进化计算人工生命人工生命多主体环境多主体环境MAGE 需求分析需求分析系统设计系统设计系统开发系统开发行为层行为层主体层主体层主体社会主体社会系统部署、运行系统部署、运行MAGE工作流程工作流程主体统一建主体统一建模平台模平台AUMPAUMP可视化主体开发可视化主体开发 环境环境VAStudioVAStudioMAGEMAGE运行环境运行环境MAGE运行平台运行平台 体系结构体系结构MAGE主体主体管理系统主体管理系统AMS目录服务其目录服务其DF主体主体主体消息传输系统消息传输系统MTS非主体软件主体库功能构件其他主体平台其他主体平台消息传
19、输系统MTS多策略数据挖掘多策略数据挖掘MSMiner外部数据数据仓库元 数 据数据抽取、清洗、聚集、转换主题2主题1主题nOLAP与可视化工具数据采掘集成工具.智能信息处理平台智能信息处理平台GHuntGHunt专家系统工具专家系统工具OKPS多媒体信息检索多媒体信息检索MIRES数据载入图像匹配特征库查询请求查询请求分析图像库特征抽取结果排序查询结果图像管理Yes成果应用成果应用(1)东海渔场预报东海渔场预报成果应用成果应用(2)亚洲宽带亚洲宽带异文化协作异文化协作合作单位：vNTT Communication(NTT Communication(日本日本)vKyotoKyoto京都大学（
20、日本）京都大学（日本）vWakayamaWakayama和歌山大学（日本）和歌山大学（日本）vOsakaOsaka大阪大学（日本）大阪大学（日本）vJSTJST日本科技公司（日本）日本科技公司（日本）v中国科学院计算技术研究所（中国）中国科学院计算技术研究所（中国）v北京大学（中国）北京大学（中国）成果应用成果应用(3)配电网故障恢复决策系统配电网故障恢复决策系统 恢复策略恢复策略 D AF AM AC AD I A电 网 数 据故 障，通 知通 知，查 找故 障，发 送 策 略冲 突，退 回查 到，通 知显 示显 示打 分添 加成果应用成果应用(4)战争仿真战争仿真 战略层战役层战术层技术层
21、成果应用成果应用(5)设备故障诊断系统硬件环境v主测试机v外围设备 v设备上部件 成果应用成果应用(5)电子商务系统结构电子商务系统结构ApplicationServicesSearchAgentBargainAgentInfoAgentDF AgentAMS AgentRMA AgentAgentPlatformManagementMAGEAgentPlatformJavaBeanJSPServletWebApplicationInterface AgentInterface AgentBrowserBrowserUsersResourcesDataBaseStrategiesModelsInformation成果应用成果应用(6)城市应急联动和综合信息服务城市应急联动和综合信息服务接警信息应急预案库搜索预案库根据Agent 的信息搜索预案库没有预案，则使用智能决策系统，根据规则推断出应急方案应急联动部门具体部署展展 望望 智能科学将从机理上探索智能行为的智能科学将从机理上探索智能行为的基本理论和实现技术基本理论和实现技术 F F 新概念新概念 FF 新理论新理论 FF 新方法新方法 FF 新技术新技术 必将在必将在21世纪世纪取得重大成就取得重大成就 欢迎访问欢迎访问 智能科学网站智能科学网站 谢谢 谢！谢！欢迎大家提问！欢迎大家提问！2020/11/545谢谢观赏！
