人类大脑是自然界中最为复杂的系统之一，它包含数十亿神经元。在神经科学领域，为大脑建模是一项重要的研究方法，其过程极具挑战：如果想要模型足够接近真实大脑，其搭建和运行将耗费海量的资源与时间；但如果仅一味强调效率，模型精准度则会大打折扣，大量重要的生物细节无法得以体现。
效率与真实是否可以兼顾，二者之间如何平衡？针对这一问题，上海纽约大学数学与神经科学助理教授肖卓成近期于《美国国家科学院院刊》（PNAS）发表了新研究，在视觉皮层建模中引入统计力学中的多尺度建模方法，实现了高效且兼顾生物学真实性的大脑建模。
“大脑有一个特性：它的结构在在整体的尺度上是非常复杂的，但如果我们将其‘拆分’成小块，放大去看单个的脑区或者脑层，在这样的一个尺度上，同一脑区中各个小块区域的局部结构则是相似的。”肖教授说，“在这项研究中，我们采取了‘逐个击破’的策略，没有将大脑视作一个整体去展开细致的建模，而是将其拆解成多个局部结构，分别模拟各组神经元的单独活动。随后，我们分析组与组之间的互动，对局部结构进行组装，拼凑出大范围脑区的运作机制。”
本次研究针对视觉皮层展开，但这套建模方法有望在其他脑区得到更广泛的拓展和应用。“计算成本和生物真实性间的取舍是大脑建模中绕不开的问题。”肖教授说，“我们此次提出的模型，优势就在于能够在加快计算速度的同时，尽可能地保留生物真实性。”
本项研究开始于肖教授在纽约大学库朗研究所任博士后研究员期间，工作得到了他的博士后导师、库朗所数学教授Lai-Sang Young（杨丽笙），以及博导、亚利桑那大学数学教授Kevin Lin的指导。“这项研究是由Young教授设计的，她与视觉研究专家长期合作，对模拟视觉皮层有深刻见解和丰富经验。”肖教授介绍道，“同时，Lin教授在应用数学方面的专业知识也帮助我从数学角度大大提高了建模的效率和准确性。”
结束纽大库朗所的博士后研究员工作后，肖教授于2024年春季加入上海纽约大学，担任数学和神经科学助理教授。他表示，“上纽大有很多吸引我的地方。作为纽大全球教育体系的一部分，我可以与纽大内外的科学家紧密合作，我非常看重这一点。另外，我的研究跨数学和神经科学两个领域，而上纽大在这两个领域都拥有扎实的研究基础和一流师资，这也有利于我开展研究工作。”
未来，肖教授将继续扩展在视觉皮层的建模研究。“人脑中仍有许多未解之谜。我们知道其中的一些细节和运作机制，但还远远不足以理解视觉系统的运作原理。我们希望这一模型首先能在视觉皮层的其他区域得到更多应用，从而帮助构建出整个视觉系统的计算模型。再进一步，希望能够利用这套方法实现全脑综合建模，助推未来的大脑研究。”