一万个信息科学难题的启迪与探讨

              ---议脑信息核心问题与难题

                               都世民

              一“10000个科学难题”是本精品

“10000个科学难题”是十一五”国家重点图书出版规划项目，由“10000个科学难题”信息科学编委会编著，北京：科学出版社，2011年出版。

这本书好在哪里？

1.是多学科交叉融合的好的尝试。

2.是阐述学科技术瓶颈的好读物。文章不长，概念清楚，有一定文化水平大都能读懂。

3.是信息技术的一本综合性图书。

4.是科研选题、科研创新的好的参考书。

5.这本书有科普，但大部分文章是学术性。

6.这本书有理论，又有实践。实用性强。

7.这本书涉及面宽，从专业角度看，相似的文章未能放在一起。全书1117 页，查找类同要困难些。

8. 如果有心的编辑能对科技网大量的博文，作深入细致研究，能编出博客精品，体现多学科交叉，体现科技前沿，体现学术水平和科普水平。这是一件美事，也是一件难事。

            二.脑科学研究的核心问题是什么？

有以下几种看法：

1）脑科学研究的核心问题是研究脑内信息过程？

2）创建脑信息运行机制的理论，包括大脑信息的处理和利用信息的机制。

3）脑功能的核心不是学习，人工智能的核心是学习.

4）脑信息的产生是人体感官，不是神经元。

5）脑信息的是一个实施信息处理及传输的器官，还是人体的指挥控制中心？指挥这个脑器官运行的是不是“心”？

6）人脑用电脑的思路模拟仿真，最终虚拟与现实能吻合吗？决定性因素是什么？

            三.脑科学是多学科交叉融合的产物

笔者从网页来访者中回访发现来访者感兴趣的问题在哪里？他的博客写些什么？

陈南晖的博客“脑研究概况：15年前的展望和15年后的现实”， 2015-8-18，本文引用地址：http://blog.sciencenet.cn/blog-2469974-913948.html  此文来自科学网陈南晖博客。 他的博客有三位业内专家蒋百川  、金耀初  、童勤业 回复。这三位观点及视角不一样。笔者访问了童勤业博客.

1.童勤业，“脑研究的核心问题是脑内信息过程”，2015-6-27，本文引用地址：http://blog.sciencenet.cn/blog-261566-900914.html  此文来自科学网童勤业博客，

2.童勤业，“神经信息学研究中碰到的几个问题”，2015-7-28，本文引用地址：http://blog.sciencenet.cn/blog-261566-908774.html  此文来自科学网童勤业博客。

3.童勤业，“关于神经信息学的理论研究-----如何开展神经信息学研究的讨论(2)”， 2015-8-15，本文引用地址：

http://blog.sciencenet.cn/blog-261566-913156.html  此文来自科学网童勤业博客。

脑科学涉及的范围包含：

陈南晖认为：涉及学科：生物学、数学、物理学、电生理学、神经系统成像学。

别的专家认为涉及学科：心理物理学、仿真学、传感学、学习记忆、神经科学、认知科学、发育学、进化论、生理学和病理学、系统生物学、计算机科学、机器人学、人工生命、信息科学等多学科。由于学科分类较复杂，目前学术上分一、二、三级学会，上述说法不一定确切，可以看出涉及面宽，涵盖学科多，问题复杂。

笔者初步整理的脑科学研究新动向，涉及的十多种模式，

“研究人脑的多种模式 ---探索小宇宙的新趋势”，科学网博客，

http://blog.sciencenet.cn/blog-1339385-909184.html  

涵盖的学科还要多：

电磁学、大脑电功能测试方法及仪器仪表学、生物电磁学、生物电磁剂量学、大数据处理和运算、互联网信息传输、人造网络与人工脑、人体头部移植手术、卫星导航GPS系统、细胞移植、纳米材料及技术、光学、中医学等多学科。

                四.脑科学研究目的与思路

脑科学研究的目的是来自人类实际需求，为了治疗人的精神疾病及其它疾病。要诊断和治疗这些疾病，需要寻找病因、病体结构，随着人的平均寿命增加，精神疾病的种类、诊断方法、治愈难度突显。疾患人数增长相当快。这势必引起政府、医疗机构及科研机构的极大关注。然而产生疾病的原因包括内因和外因。内因的分析在人体内部，这内部的探索必须建立在显微技术和成像技术基础上。笔者不认同基础是生物学，早先生化分析是有损伤、非实时检测。随着科技发展，出现了新的检测手段，才能分析细胞膜、分子、离子层面。

脑科学研究的另一目的是人工智能机器人。这也与治疗疾病有关，利用脑电波信号驱动机器，让残疾人见到希望。从这个角度看，不能认为人工智能与脑科学研究无关。尽管机理尚不清楚，但结果可信。

上述研究目的导致研究思路：由小到大；由内向外；由外向内等多种方式。

由小到大，是指从单个细胞膜分析，进而按回路、网络和系统综合分析。

由内向外，是指由上述分析得到的信号是如何产生、如何处理、如何传输的？

由外向内，是指由人体外部的各种因素对大脑的影响分析。

至于研究方法的多模式与多学科的科技发展紧密相关。如果是五十年前，是不可能提出人工智能和分子结构内传感或成像。

                   五.脑科学研究的难题

应当指出的是：至今电磁技术的无线信息传输未能进入人体。这是笔者所关心的。如果进入，会有技术性突破。这是脑科学研究的难题。这涉及光学难题。

笔者从一万个科学难题的书中，摘引相关文章题目，从这些文章可以看出突破的难点，会引起多学科人士共同关注脑科学研究。

摘引相关文章题目：

电脑（计算机）能否接近人脑？  ……………… ……………张  钹(68)

知识的自动发现………………………………………………杨  强  薛贵荣(75)

自然语言处理………………………………………………刘知远  马少平(82)

计算机感知…………………………………………万华根(87)

如何让计算机实现人工世界？  …………………………赵沁平(95)

机器学习之模型选择  ……………………………徐  雷(106)

‘脑机接口：人类与机器的对话………·………………………李醒飞(146)

光的七个极限问题  …………………………………朱晓农(164)

测量及仪器科学的发展和面临的科学难题  …………………………徐可欣(155)

分子电子学的难题  ……………………………(薛增泉(253)

从人医学超声成像发展看隐含信息的揭示  …………李  季(260)

电磁波与复杂多尺度媒质体的作用机理  ………………盛新庆(345)

微波的非热效应  ……………………………黄卡玛(347)

神经递质检测方法研究  ……………………………………蔡新霞．霞(352)

睡眠快速眼动的信息处理  …………………………………孙复川(361)

脑信号的解码  ……………………………………………王海贤(364)

生物系统建模及其生物鲁棒性  ……………………………………包家立( 367)

单光子源  ……………………………张  巍(373)

量子计算机和量子通信的出现所引发的安全协议设计问题  ………颜  俊(400)

视觉密码方案的最优化问题  …………—刘  峰(409)

网络中的未知行为识别问题  …-………………………隆克平  彭云峰(414)

网络中的信息流最大化  ……………………………………—廖建新  王敬宇(423)

通信网络的免疫自愈问题  …………………………………隆克平  彭云峰(436)

复杂网络中关键节点集合的确定  ………………苏  森  李勇辉  阎  冬(439)

能否建立多种物理场联合反演的一般理论与方法  …………………………高静怀(461)

计算机的存储墙  …………………………………………吴  松(494)

大规模分布式计算系统的建模  …………………廖小飞(497)

海量信息存储  …………………………周  可 (500)

计算系统的能耗瓶颈  …-…………………………喻之斌(503)

软件模型：可表达性与可理解性…………………梅  宏  焦文品(566)

数据库管理系统体系结构面临的挑战  …………………………李建中  金澈清(577)

数据密集型计算系统的平衡性  …………………………周傲英  钱卫宁  周敏奇(580)

虚拟环境与真实环境的“无缝”融合  …—…………………陈小武(622)

自然高效的人机交互  …………………………王宏安 田  卓(625)

基于脑电信号的人机融合控制……………王行愚(650)

神经网络控制系统的优化设计  ………………………………．任雪梅(671)

服务机器人的认知与情感  ．．………………………………王田苗  孟  偲(694)  

超细光束探针的形成与传感机理  ……………………………………谭久彬  林  杰(807)

显微仪器信息容量极限及表征  …………………………潭久彬  刘  俭(810)

三维超高分辨率共焦；显微探测机理  ………………………谭久彬  刘  涛  刘  俭(822)

光束直径与光束发散角的同步压缩难题  …………………………谢洪波(835)

光在人体组织中的传播规律及观测方法  ……………顾  瑛  赵会娟(840)

衍射极限问题的突破  …………………………范光照(864)

超高分辨率光学显微镜  …………………………李奇峰(867)

在体活体细胞三维实时探测与表征  ………………………谭久彬  刘  涛  刘  俭(866)

能否实现人体血糖浓度的无创伤检测？……………………………刘  蓉  徐可欣(896)

经络穴位精密测量  ………………………欧阳健飞(902)

光在随机介质中的传播与成像  …………………………李晓彤(938)

远场超分辨成傢  ……袁小聪  张斗国  明  海  匡翠方  刘  旭(949)

纳米光学天线  …………………………宋  勇  王涌天(999)

活体蛋白质功能的跨层次动态光学分子成像…………骆清铭(1097)

神经网络回路的高分辨光学成像………………………………曾绍群(1099)

光声显微与层析成像………………………………汪立宏((1102)

无衍射光束…………………………………………………刘  娟  王涌天( 1112)

由上可见，脑科学研究的难题涉及诸多方面，综合各学科的发展、引入，并推进脑科学突破，才是有前途的。