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人工神经网络在阿尔兹海默症的诊断与治疗中展现出巨大的应用潜力

已有 254 次阅读 2025-11-8 11:44 |系统分类:论文交流

近日,我注意到自己10年前发表的一篇预印本论文《A dynamic mechanism of Alzheimer based on artificial neural network》(https://doi.org/10.48550/arXiv.1411.4221)在一些学术交流平台上被频繁提及,这引起了我的极大兴趣。该论文的核心在于利用人工神经网络构建了一个全互联的大脑模型,并在此基础上进一步构建了一个人的认知发展模型。这一模型在我2019年出版的《COGNITIVE DEVELOPMENT THEORY》(American Academic Press)一书中有详尽阐述。实际上,早在2014年,我便已运用此模型来阐释人的认知发展过程。在构建这一模型时,我意识到它在应对认知障碍问题上具有积极的应用价值。当然,我并非医学专业人士,所建立的模型仅限于理论分析。完成该模型后,因研究方向众多,我未继续深入探讨这一问题。

近年来,深度学习网络与大语言模型的蓬勃发展,使得人工智能能够像人脑一样主动生成各类内容。这意味着人工神经网络的诸多功能正日益接近人类的思维过程。鉴于此,那些长期困扰我们的认知障碍等疾病,或许可以借助这些深度学习网络和大语言模型进行模拟,进而揭示其内在规律。

在我撰写那篇论文时,如今这般智能的大语言模型尚未问世。当时,我主要依赖自己构建的一个简易微型汉语系统生成模型(详见《微型汉语系统的构建及汉语文章的自动生成》)。尽管该系统极为简单,甚至能在早期计算机的Excel上运行,但它已能生成一些简单的逻辑推理三段论议论文。在认知发展层次上,它确实达到了人类较高的认知水平,这为人工神经网络并非仅是一套机器或编程系统,而是能够达到人类思维认知能力的观点提供了有力证据。基于这一发现,我将模型拓展至更复杂的认知系统,坚信更复杂的神经网络认知系统将展现出比我最初设计的微型汉语系统更为成熟、更接近人类思维的功能。近年来生成式人工智能系统和大语言模型的出现,也验证了我当初的推论。

尽管我无法直接创造出如今这般复杂的人工神经网络系统,但借助物理学知识和统计规律,我仍能对更复杂的神经网络系统进行分析。我的论文正是基于对这种复杂全互联神经网络系统的物理与统计分析得出的结论,这些结论既合理又具前瞻性。

在我的论文及相关研究中,基本原理颇为简单:假设一个全互联的神经网络,其中人工神经元数量庞大,神经元间的连接呈指数级增长,对应着整个神经网络的计算复杂性。我将这种计算复杂性类比于人类认知能力的认知深度,即神经网络越复杂,其提供的认知深度可能性越大。当然,认知深度的提升仅是一种可能性,人的认知能力发展仍需不断积累知识。而人的知识积累也呈指数级快速增长,在大脑神经网络所能提供的认知深度范围内,人类认知深度呈指数上升。至一定年龄后,人类积累的知识复杂性触及大脑神经网络认知深度的极限,认知能力便开始下降,这对应着人的认知衰退。在正常成长衰老过程中,这一衰退过程可能非常缓慢,尤其是当个体认知能力超过社会对中老年人的平均要求时,甚至可达到令人满意的认知水平,使思考、认知与生活状态臻于完美。

然而,我们必须认识到,这仅是平均水平。实际上,许多人的认知能力会因各种原因出现障碍,包括阿尔兹海默症等。若从纯粹生理因素解释阿尔兹海默症,将涉及诸多复杂细节,如神经元发育、损伤及粥样蛋白质等问题,使问题变得极为复杂且难以解决。但若利用神经网络构建的全互联简单模型进行解释,阿尔兹海默症便可从更简单的层次上理解:即人工神经网络神经元间连接出现问题,导致神经网络认知深度受影响,计算复杂性显著降低,人类在认知过程中积累的知识更早触及大脑神经网络认知深度上限,从而引发认知障碍。神经元间连接损伤的原因可能多样,具体因素需从生理及其他学科中具体分析。利用人工神经网络构建的认知模型,如同在解决物理学问题时利用数学语言建立抽象数学模型,使我们在更高层次上进行思考。这或许是我那篇预印本论文近期引起关注的原因。

从实际应用来看,国内外已有公司开始探索数字诊疗技术在认知障碍领域的应用。如国内公司脑动极光(https://www.66nao.com/)便开发了一套基于大语言模型的数字诊疗系统,该系统已在约200家医院推广应用,辅助医生对认知障碍患者进行诊断与判断。实际应用效果获得广泛认可,公司营收每年翻倍增长,去年营收已达一亿多元,今年中期业绩更是突破一亿。更令人欣喜的是,该系统不仅在医院得到应用,许多患者还愿意自费在家继续使用,这充分说明了基于人工神经网络和大语言模型的认知障碍诊疗系统的应用价值及患者对其的认可。

期待未来这种基于人工神经网络的认知障碍诊疗系统能得到更广泛应用与深入研究,对解决人类社会大量认知障碍问题大有裨益。例如,我国阿尔兹海默症老年患者数量居世界之首,占比达26%,达1400多万。即便能解决其中一小部分人的认知障碍问题,延缓病情,也将有助于提高患者生活质量、提升国人身体健康水平、延长实际寿命。



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