参与：吴攀、晏奇、李亚洲

近日，普林斯顿大学和英特尔的研究者在 Nature Neuroscience 上发表了一篇论文《Computational approaches to fMRI analysis》，介绍了普林斯顿和英特尔在破解大脑思维上的研究成果：实现了对 fMRI 脑扫描的实时计算分析，点击文末「阅读原文」可查看原论文。

今年早些时候，atv，大约 30 位神经科学家和计算机程序开发者聚集到了一起，试图提升他们读取人类心智的能力。

这场黑客马拉松（hackathon）是普林斯顿大学和世界最大的计算机处理器制造商英特尔联合举办的一系列活动中的一个，这些活动的目的是为了构建能够实时读取人们的想法的程序。

普林斯顿大学和英特尔的这个研究合作推动了解码数字大脑数据（来自功能性磁共振成像（fMRI）方面的快速发展，有望帮助揭示出带来学习、记忆和其它认知功能的神经活动。近日，一篇关于解码大脑扫描的计算方法上进展的概述论文被发表在了 Nature Neuroscience 上，作者包括普林斯顿神经科学研究所和普林斯顿计算机科学与电气工程系的研究人员，以及英特尔的 Intel Labs 的研究者。

「实时监测大脑功能的能力对于提升对大脑疾病的诊断和治疗以及对心智工作方式的基础研究都有很大的潜力。」普林斯顿神经科学研究所联合主任、Robert Bendheim and Lynn Bendheim Thoman 教授 Jonathan Cohen 说，他也是与英特尔的这个合作的创始成员之一。

自从这项合作两年前开始以来，这些研究者已经将从大脑扫描中提取想法的时间从数天减少到的不到一秒钟，Cohen 说，他同时还是一位心理学教授。

这种实验受益于在黑客马拉松期间诞生的对思想的实时解码。这项研究由普林斯顿神经科学研究所的前博士后 J. Benjamin Hutchinson（现在是东北大学的助理教授）设计，目的是探索当一个人关注其环境或注意力游移到其它想法或记忆时的大脑活动。

在这个实验中，Hutchinson 要求一位研究志愿者（一位躺在 fMRI 扫描仪中的研究生）查看一张关于一家拥挤的咖啡馆里人们的细节丰富的照片。Hutchinson 可以在控制室的计算机上实时地分辨出该研究生是否正在关注这张图片，还是说其思想已经游移到别处去了。

然后 Hutchinson 可以给该研究生反馈她关注这张图片的程度——当她正关注这张图片时，图片会变得更清晰更明亮；当她思想飘走时，图片就会变得暗淡。

这项正在进行的研究可以帮助想要更加了解大脑的神经科学家，也可以帮助想要设计更高效的算法和快速处理大规模数据集的处理方法的计算机科学家。位于俄勒冈 Hillsboro 的 Intel Labs 的资深首席科学家 Theodore Willke 如是说，他同时也是英特尔的 Mind's Eye Lab 的负责人和这项合作中英特尔团队的领导。

「英特尔感兴趣的是为高性能计算开发新兴的应用，与普林斯顿的合作为我们带来的新的挑战。」Willke 说，「我们也希望将我们从对人类智能和认知的研究中所收获的东西导入到机器学习和人工智能中，从而实现其它重要的目标，比如更安全的自动驾驶、更快的药物发现和更容易的癌症早期检测。」

自从 fMRI 在 20 年前发明以来，研究者就一直在不断提升从每一次扫描的巨量数据中进行筛选的能力。fMRI 扫描仪可以获取血流变化的信号——这些信号会在我们时时刻刻思考的大脑中产生。但要从这些测量中读到一个人的真正想法还很困难，要做实时那更是难上加难。

普林斯顿及其它机构已经开发出了一些处理这些数据的技术。比如，普林斯顿大学的 Peter Ramadge 教授的研究工作可以通过结合来自多人的脑扫描数据来识别对应于特定想法的脑活动模式。设计计算机化的指令（即算法）来执行这些分析仍然还是一个重大的研究领域。

强大的高性能计算机帮助减少了执行这些分析的时间，因为我们可以将一个任务分成不同的块然后并行执行。据普林斯顿计算机科学 Paul M. Wythes '55 P86 and Marcia R. Wythes P86 教授 Kai Li 说，这项合作中更好的算法与并行计算的结合最后帮助实现了实时的脑扫描处理。Kai Li 教授也是该合作的创始人之一。

普林斯顿大学和 Intel Labs 已经开发出了能够在大脑被 fMRI 扫描时实时解读想法的软件。其目标是揭示出对应于学习、记忆和其它脑功能的神经活动。在该视频中，心理学教授 Nicholas Turk-Browne 解释了一个典型的实验——在控制室的研究者可以监控躺在 fMRI 扫描仪中的志愿者关注一张繁忙的咖啡馆场景图片中特定人物的能力。该实验由 J. Benjamin Hutchinson 设计。普林斯顿计算机科学博士及现 Intel Labs 的研究者 Yida Wang 帮助设计了实现对 fMRI 数据的实时分析的软件。视频中出现的另一个人是研究生 Anne Mennen，其正使用这种实时分析技术来研究学习和记忆。

一次真正的合作