爱说“好玩儿”的复旦教授，获德国洪堡研究奖！

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爱说“好玩儿”的复旦教授，获德国洪堡研究奖！

组稿 复旦大学校融媒体中心

文字 殷梦昊 张菲垭 严静雯

图片 类脑智能科学与技术研究院

责编 殷梦昊



喜欢网球、攀岩、帆板、帆船，常年保持每天一小时体育锻炼；课余不时和学生切磋一把乒乓或羽毛球；会议间隙，溜到校园里跑上几圈再回来……

这就是复旦大学类脑智能科学与技术研究院（简称“类脑研究院”）院长、上海数学中心首席教授兼任复旦大学大数据学院院长冯建峰的日常。

这位爱说“好玩儿”的复旦教授，不仅是运动达人，更是脑科学家。2008 年，他来到复旦大学全职工作，十多年里，在这片创新热土上，为破解大脑奥秘乐此不疲。

日前，鉴于其在计算精神病学领域和数字孪生脑上的卓越成就，冯建峰被授予 2023 年度的洪堡研究奖（Humboldt Research Award），并受邀与德国科学家开展长期学术合作。

该奖项由德国亚历山大·洪堡基金会于 1972 年设立，面向德国以外的全球杰出科学家，专门授予在基础研究、理论创新、学科引领等方面取得卓越成就并在未来有望继续取得尖端成就的杰出学者，每年不超过 100 人。

从研究精神疾病造福大众，到追问大脑运作根本机制，冯建峰始终坚定做“顶天立地”的研究——“顶天”就是做最好的基础研究，“立地”就是要解决实际问题。在他看来，理论和应用本就应该打通。

交叉融合，攻克精神疾病难题

抑郁、焦虑、精神分裂……近年来，精神疾病日益成为人类面临的重大挑战。学数学出身、又对生物兴趣浓厚的冯建峰，敏锐关注到了这一点。

“我现在的工作，就是把数学和生物结合到一起。”冯建峰是典型的跨界者，他论文成果既发在生物学杂志，也发在数学类期刊。



多年来，他致力于开发新的数学、统计和计算理论和方法，带领团队与全世界几十所高校、医疗机构合作，基于庞大的生物医学数据，把精神病学研究做得既广泛又深入。

比如，他们发现睡眠时长和抑郁症患病风险之间的密切关系；又如，对“奖励”没兴趣、对“惩罚”太敏感是抑郁症重要的发病原因。他们还对精神分裂症和抑郁症等开展精准分型，为精神疾病的精准诊疗奠定了理论基础。

治疗是一方面，预防更为重要。冯建峰试图寻找日常生活方式、生活环境与精神疾病之间的关联。就在2个月前，他们的研究结果表明，若遵循“不吸烟、健康饮食、运动、健康睡眠、适度或不饮酒、避免久坐、频繁社交” 7 种健康的生活方式，最高可降低 57% 抑郁症患病风险。

“这些事每个人都能做到，经过科学检验，能切实起到作用。”冯建峰本人就是自己成果的严格执行者，清晰的肌肉线条和矫健的步伐，是他每天健身的最佳证明。



不仅如此，冯建峰团队还能借助智能算法预测疾病的发生。只要通过 10 项易获取指标（比如腿部脂肪含量），他们就可提前 10 年预测罹患阿尔茨海默病的风险，准确率高达 85% ，近期更是提升到了 91% 。

截至目前，他们采集并跟踪了五六千名正常人的全基因、脑影像、肠道菌群和行为数据，并利用创新性的人工智能算法，发现了很多与大家日常生活息息相关的脑健康的秘密，为抑郁症、精神分裂症、自闭症等脑疾病预测与治疗打开了全新思路。

当下，国内体检主要还集中于身体健康的检测。冯建峰一直有个心愿，那就是把多年积累的脑科研成果应用到老百姓的体检中。

为此，他们今年与国内重点体检单位合作，将心理量表与磁共振影像结合，形成脑健康体检方案，覆盖 10 万人，预计明年达到 80 万人。不久的将来，更多人都能选择“脑体检”项目，精准了解脑部健康状态，做到精神层面的“治未病”。

说到这里，冯建峰难掩激动，因为这一系列工作真正实现了“研究是为了广大老百姓乃至全人类的健康福祉”。

解秘大脑，破解根本运作机制

“勇攀脑峰”，这四个巨大的毛笔字，几乎铺满冯建峰办公室的一整面墙，某种程度上也占据了他的脑海。

如果说在脑疾病领域的各种成果是“沿途下蛋”，冯建峰的终极目标，实则弄清大脑运作机制，推动基础理论发展。



他从上世纪 80 年代就开始研究人脑，博士论文就是写的人工智能，至今已近 40 年。1994 年，他成为第一个在全球顶级人工智能大会 NIPS 上发表论文的中国学者。

见证过人工智能的潮起潮落，面对当下新一轮 AI 浪潮，冯建峰态度谨慎。“我唯一承认的智能体就是人脑。”因此，他希望从生物学角度出发，去攻克这座“科学最后的堡垒”。

人脑虽然只有三斤重，却由 860 亿个神经元组成，每个神经元还跟其他 1000 多个神经元连在一块，可以说是最最复杂的一个系统。说起人脑的无限精妙，冯建峰总是滔滔不绝，发出“好玩儿”“有意思”的感叹。



遥远的过去，古埃及人认为大脑只是个身体散热器，制作木乃伊时甚至会丢弃大脑，因其易腐烂。直到半个多世纪前，科学家们才发现大脑原来是以脉冲信号的方式在运作，后来又观察到脉冲信号的离子通道，这才打开脑科学研究的大门。

但历经多年，这扇大门也只是浅浅地打开了一条缝。直到现在，冯建峰这代研究者还是只能看见大脑呈现出的“邦、邦、邦”的脉冲信号，“而且信号是随机的，不能确定它受到刺激后会产生怎么样的反馈”。

“ 实际上到今天为止，我都不清楚大脑每时每刻在如何工作。但至少，我们正在一天比一天更了解它，这也是科学的好玩儿之处。”

冯建峰抛出这句令人震惊的结论时，坦率且认真。

为了更安全高效地研究大脑，他开创了对整个人脑进行计算机模拟的先河——以自己的大脑为原型在计算机上构建了一个数字孪生脑，实现人脑全脑尺度千亿级神经元功能的精细计算模拟，与原脑相似度高达 90% 。

这个虚拟“人脑”足足用了大约 14000 张 GPU ，用的是目前世界上最大、算力最强的计算机之一。

如今，他和团队可以在这个虚拟“大脑”上进一步解析大脑感知觉、学习记忆、情感决策及信息处理等工作机制，为人工智能的原创突破提供实验及理论基础。比如突破人体临床实验的限制，大胆开展脑机接口实验，探查电极插在哪个部位、使用什么药物对疾病的治疗效果最好，并迅速得到相应反馈。



因为要利用自己的大脑进行实验，日程安排“一天顶别人三天”的冯建峰，常常需要精确算好时间，从复旦邯郸校区驾车到浦东的张江国际脑影像中心，在磁共振成像设备上接受扫描，为数字大脑提供原型数据。冯建峰畅想道：

“ 我想把它做成一个大平台，让全世界都可以在这个平台上自由地做科研，产出对全人类有益的成果。”

此外，他的团队还对猴子和斑马鱼的大脑进行模拟，开发用于自动驾驶、精密仪器制造的各类算法，致力于解决工业界困扰多年的离散优化问题。

数学家、计算机之父冯·诺伊曼最后的作品是一篇未完成的手稿：计算机与人脑。冯建峰笑着说，他和团队想续写这篇伟大的手稿，主题便是随机计算。

计算是精确的，但大脑却是随机的。在他的想象中，未来人类不仅有基于 0、1 编码的智能计算机，还有可以开展随机计算的类脑计算机。“未来，我们可不可以收集 1000 个人的大脑模型，实现千脑为我所用？”展望“千脑时代”，59 岁的冯建峰兴奋得像个孩子。

扎根复旦，从一个人到一支队伍

自打回国，冯建峰已在复旦度过 15 个年头了，时间长到连他本人都觉得有些不可思议。慕尼黑大学、剑桥大学、萨塞克斯大学、华威大学……年轻时的他在国外工作，几乎把欧洲研究人工智能的知名高校跑了个遍。

为什么来复旦？冯建峰起初是被上海国际化的环境和人文气息所吸引，“复旦也是一样，给人很温馨亲切的感觉”。他 2008 年初来复旦，加入上海数学中心，担任计算系统生物学中心的主任，原因很简单，“这里有一批人，大家都有共同的科研目标”。



在国家和学校支持下，在原先只有几个人的计算系统生物学中心的基础上，冯建峰带领建设了复旦最早的实体科研机构之一——类脑智能科学与技术研究院。这也是全国最早成立的类脑智能研究院之一。

如今，研究院中有认知神经科学、计算系统生物学、人工智能算法、全脑计算等多个研究团队。2014 年大脑（Brain）奖获得者特雷弗·罗宾斯（Trevor Robbins），计算神经科学家、IMAGEN 之父冈特·舒曼（Gunter Schumann）等国际顶尖科学家都被冯建峰“拉”来。



更有一批学术后起之秀，平均年龄仅 36 岁。“我们团队氛围非常好，可以说是一群志同道合的‘工作狂’，尤其是年轻人，让我看到了未来的希望。”说到这，冯建峰眼中有光。

在张江复旦国际创新中心，研究院建立起世界上最好的脑影像中心—— 3000 平米的地下实验室，拥有世界上最先进的超高端科研型磁共振系统，还有动物实验室、办公楼以及正在装修的 8000 平米类脑大楼……

2015 年组建研究院以来，团队在 Nature 、Cell 、JAMA 、PNAS 等发表了一系列脑与类脑领域高水平研究成果，牵头承担了国家重点研发计划、上海市市级科技重大专项等重大科研任务和产业化落地项目。





以问题驱动开展学科交叉，是他一直贯彻的理念。在研究院 120 人的科研人员和博士后团队中，有数学、物理、计算机、生物、材料、工程、医学、药学、心理学、语言学等 10 多个学科背景。一个课题组有多个交叉方向是常态。

“比如研究抑郁症，既要有研究数学的，研究生物的，还要有研究心理学的，研究临床医学的。”冯建峰把科学研究比作“搭积木”。

“ 要把解决问题需要的所有学科力量集中在一起，才会真正实现重大突破。”

育人过程中，冯建峰同样贯彻这点。为了充分促进各学科人才的交流，他专门设置了多个讨论班，让大家各自汇报最新进展，交流学术前沿。十几年来，无论再繁忙，他一周参加三场，雷打不动。

“冯老师在各领域的深厚积累以及课题组不同专业的老师同学，都从理论到应用给我很多启发。”本科数学专业的类脑研究院直博生马珩元说。



冯建峰培养学生以高标准著称，要求“要做就得做像样的东西”。正如类脑研究院研究员程炜所言，他是一个典型的学者，一切以学术为中心。“我们跟冯老师聊得最多的就是学术，哪怕是吃饭的时候。”

没有真材实料，很难在他的课题组中留下。而为了真正培养好这些年轻人，冯建峰也不遗余力，给大家提供更高的起点、更好的平台。

待张江的类脑大楼全建好，冯建峰就打算搬去附近。科研分秒必争，他不喜欢把时间浪费在路上。每天骑车上班，扎根实验室旁，一心一意“勇攀脑峰”，冯建峰永远在路上。

原创 殷梦昊 张菲垭等 复旦大学 2023-11-25 21:17 发表于上海