2020年10月25日，“科普中國-我是科學(xué)家”28期“AI：人工智能，或者愛”演講現(xiàn)場，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授、合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家研究中心教授溫泉帶來演講：《蟲蟲總動員，讓ta教我們做運(yùn)動！》。
溫泉演講視頻：
 <mpchecktext contenteditable="false" id="1614691842871_0.9114080730383713"></mpchecktext><mpchecktext contenteditable="false" id="1614700796991_0.9640884439697903"></mpchecktext> 以下為溫泉演講實(shí)錄：
2020.10.25 合肥
大家好，我叫溫泉，來自中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院。
我研究一些小動物，主要是它——
(別看秀麗線蟲這么小，到目前已經(jīng)有六位研究秀麗線蟲的科學(xué)家獲得了諾貝爾獎。)
它叫秀麗線蟲。它很小，只有大概一毫米長。在這張圖中，這條線蟲的每一個(gè)神經(jīng)元都被一個(gè)綠色的熒光蛋白所表達(dá)，所以它看上去是綠色的。
麻雀雖小，五臟俱全。你有你的快樂和悲傷，線蟲也有它自己的小情緒；你喜歡喝奶茶，線蟲也有它喜歡的食物，比如養(yǎng)在培養(yǎng)皿里的大腸桿菌。
看到好吃的東西，秀麗線蟲就會停下來放松一下，分泌一些多巴胺，悠悠然的樣子。
沒食物時(shí)就不一樣了，它會四處暴走，前進(jìn)，后退或者轉(zhuǎn)彎，看起來焦慮不安，有種“山雨欲來風(fēng)滿樓”的感覺。
我怎么會知道它們到底在想什么呢？
秀麗線蟲一共有300個(gè)神經(jīng)元。經(jīng)過幾代科學(xué)家們的努力，我們已經(jīng)可以了解它每一個(gè)神經(jīng)元的功能以及所有神經(jīng)元之間的連接方式。不同神經(jīng)元之間形成了一個(gè)非常復(fù)雜的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，就像一家300人的公司，每個(gè)人都有自己的特點(diǎn)和分工，他們相互合作、協(xié)作，就形成了這家公司特有的一種行為和生態(tài)。
這張圖片中，三角符號表示的是它的 感覺神經(jīng)元 ，有的感覺神經(jīng)元可以感受香水味道，有的可以感知周邊的溫度變化。這些感覺神經(jīng)元的下游是中間神經(jīng)元，它負(fù)責(zé)整合這些感覺信息，然后做出一個(gè)決策。中間神經(jīng)元的下游是運(yùn)動神經(jīng)元，它負(fù)責(zé)運(yùn)動的啟動、行為的啟動和終止。
我們來看一個(gè)簡單的視頻——
我們用眼睫毛去戳這條培養(yǎng)皿里的線蟲頭部，有時(shí)它會產(chǎn)生逃避的反應(yīng)，這個(gè)逃避的決策就是由 中間神經(jīng)元 完成的，它觸發(fā)了一系列的運(yùn)動序列。但并非所有的“眼睫毛去戳一戳”這個(gè)動作，都會使線蟲產(chǎn)生逃避反應(yīng)。有時(shí)它也會忽視，好像在說，別煩我，滾遠(yuǎn)一點(diǎn)。
它怎么做出這樣一種忽視你的行為？深層想想，難道線蟲有自我意識或自由意志嗎？
雖然它只有300個(gè)神經(jīng)元，但我們好像又并不能完全了解它，就像《老友記》里面的一句臺詞，“We do not know what he knows.”
如果把大腦比作一片汪洋大海，神經(jīng)元就好比大海中數(shù)不清的魚，我們做神經(jīng)科學(xué)研究的人就像在釣魚，每次釣上幾條，分析這些魚的形態(tài)性狀，然后去猜測這片海洋里的魚也許都是這樣。
這是一種典型的盲人摸象哲學(xué)。對于只有300個(gè)神經(jīng)元的秀麗線蟲，也許我們真的可以摸一摸，摸出個(gè)門道，用窮舉法最終找到一些答案。但對那些更復(fù)雜的生物系統(tǒng)，比如超過100億神經(jīng)元的人類的大腦，我們怎么去摸，能摸得出來嗎？
其實(shí)，除了秀麗線蟲，我還研究一種稍微復(fù)雜點(diǎn)的小動物，叫斑馬魚。斑馬魚有10萬個(gè)神經(jīng)元，比秀麗線蟲神經(jīng)元的數(shù)目多幾個(gè)數(shù)量級。
你看，這里就有條正在追逐食物的斑馬魚。它慢慢地靠近，不驚擾獵物，最后奮力一擊把這只草履蟲給吃掉，這也是個(gè)非常復(fù)雜的行為。
怎么研究有10萬神經(jīng)元的斑馬魚呢？
我們在實(shí)驗(yàn)室里發(fā)展了一些新技術(shù)，研究思路也從局部轉(zhuǎn)變到整體。我們可以在斑馬魚的捕食過程中，記錄它全腦所有神經(jīng)元活動的變化，視頻的右邊就代表了從三個(gè)不同視角記錄的斑馬魚全腦神經(jīng)元活動的變化。我們希望通過分析群體神經(jīng)元的變化和編碼，來找到特定的規(guī)律和原理，也許這可以為我們研究更復(fù)雜的系統(tǒng)奠定很好的基礎(chǔ)。
我其實(shí)是物理學(xué)研究出身，又對人的思維感興趣，現(xiàn)在在生命科學(xué)學(xué)院做研究和教學(xué)工作。在無限的宇宙當(dāng)中，物理學(xué)開啟了關(guān)于空間和時(shí)間的全新視野；而在我們內(nèi)心幽微的世界當(dāng)中，從生物學(xué)開始，可以隱約地觸碰到人類經(jīng)驗(yàn)和行為的基石。
當(dāng)這兩個(gè)學(xué)科結(jié)合在一起，就可能會迸裂出意想不到的結(jié)果。
比如，在我們的實(shí)驗(yàn)室里，我們可以在線蟲的單個(gè)神經(jīng)元上表達(dá)對光敏感的蛋白或離子通道。然后，在分析線蟲行為的同時(shí)，我們可以在特定的時(shí)間用不同顏色的激光去激活這些神經(jīng)元，從而改變線蟲的行為。
看，這條線蟲在前進(jìn)的時(shí)候，我們用綠色激光去激活這個(gè)神經(jīng)元，然后就可以讓它停下來。中間的視頻中，線蟲一開始不動，我們用藍(lán)色激光去刺激它，可以啟動這條線蟲的行為。右邊的視頻中，我們用紅色激光去刺激某個(gè)神經(jīng)元，可以改變線蟲運(yùn)動的方向。
在我們走路的過程中，機(jī)械感知的反饋對我們的運(yùn)動協(xié)調(diào)至關(guān)重要。相應(yīng)地，我們可以對線蟲施加這樣一種機(jī)械感知的反饋，從而讓它跟著音樂節(jié)奏進(jìn)行搖擺。
準(zhǔn)備好了嗎？來跟線蟲一起搖擺！
也許有人會問，你可以改變蟲子的運(yùn)動，對我有什么用？
有很多可能性。
比如，我們可以把這項(xiàng)行為分析的技術(shù)運(yùn)用到人體的運(yùn)動健康。
很多人在健身或者做運(yùn)動的時(shí)候，其實(shí)沒有辦法知道自己的動作是否準(zhǔn)確。舉一個(gè)極端些的例子——
這位小朋友在練習(xí)花滑運(yùn)動當(dāng)中一個(gè)非常難的動作“二周跳”，但她完全是憑感覺，沒有辦法知道自己的動作到底對不對。如果這時(shí)有一個(gè)AI健身教練可以幫她糾正動作，那將是件非常有意思的事情。
這項(xiàng)技術(shù)還可以用在手機(jī)上、電視上，當(dāng)然最酷的是用在鏡子前面，因?yàn)楫?dāng)我們做運(yùn)動或舞蹈動作時(shí)，經(jīng)常是對著鏡子做的。如果這面鏡子可以具有交互和顯示的功能，那會非常非常棒。
我們現(xiàn)在就有一個(gè)這樣的技術(shù)產(chǎn)品。把這面鏡子打開，就可以看直播，可以刷不同課程，最重要的是可以讓AI來糾正你的動作。你還可以對鏡子說話：魔鏡，魔鏡，誰是最美麗的人？也許魔鏡會告訴你，運(yùn)動的人最美麗。
我想用哲學(xué)家圣·奧古斯丁的一句話話來結(jié)束我的演講：
“我們的心靈是如何依附和控制我們的身體的？這秘密遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了我們的理解能力。但正是這秘密，決定了我們之所以成為萬物之靈?！?/p>
我希望有生之年可以看到這個(gè)秘密被解開。
謝謝大家。
(演講嘉賓溫泉：《蟲蟲總動員，讓ta教我們做運(yùn)動！》 | 拍攝：Vphoto)
作者：溫泉
監(jiān)制：吳歐
策劃：麥芽楊
編輯：麥芽楊 凝音
排版：凝音
校對：凝音
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