2021年6月16日，陜西科技大學創(chuàng)造性地利用亞馬遜云科技的算力、機器學習平臺，以及云上開源數(shù)據(jù)集進行人類腦部活動的研究，將項目研發(fā)實踐時間從使用本地算力、自建機器學習環(huán)境所需的一年減少至105天，縮短三分之二，加快科研進度，通過皮膚聽聲致力于為全球數(shù)億聽障人士帶來福音。

人類腦部活動研究是陜西科技大學著名的皮膚聽聲研究項目的一個延伸課題。皮膚聽聲是通過聲電轉化，將聲音信號轉化為電流，刺激人體皮膚，信息反饋到相關的大腦功能區(qū)，實現(xiàn)聽聲效果。通過反復訓練，能夠讓聽障人士獲得語言能力。此技術不依賴于人體的任何殘余聽力，讓全聾人士也可以感受到聲音信號，比助聽器及電子耳蝸有更大的優(yōu)越性。

當今，全球有4.6億人受到聽障問題的困擾，其中，在中國有2600萬聽障殘疾人士，零聽力人士超過500萬。對尚具微弱聽力的聽障人士，目前可以利用人工耳蝸進行補救，但是數(shù)十萬的設備費用、手術費用、專業(yè)教師訓練費，阻礙了大多數(shù)患者的求醫(yī)之路。與此同時，人工耳蝸仍不能治愈零聽力。該研究團隊的項目如果能讓皮膚聽聲技術得到推廣，將是全球數(shù)億聽障人士的福音。

要更好地實現(xiàn)皮膚聽聲，就要更準確地知道聲音和皮膚刺激是如何作用于腦部拓撲功能區(qū)的具體區(qū)域，以保證刺激信號的一致性?！豆δ艽殴舱駡D像 (fMRI) 解碼的無參數(shù)注意力》研究，是利用開源的功能磁共振圖像數(shù)據(jù)集，對大量的腦部磁共振圖像進行可視化分析。分析過程中，需要分批獲取原始數(shù)據(jù)集，對原始數(shù)據(jù)集進行數(shù)據(jù)預處理，匯入標準數(shù)據(jù)集，將標準數(shù)據(jù)集輸入卷積神經網絡，輸出可視化的結果。

研究團隊使用的高質量開源數(shù)據(jù)集全部存儲于Amazon Simple Storage Service (Amazon S3) 上，數(shù)據(jù)量高達12TB。如果將數(shù)據(jù)下載到學校實驗室的本地計算機進行處理，需要數(shù)周時間才能完成下載。同時，如果利用學校實驗室的算力來處理這些數(shù)據(jù)，在開始處理數(shù)據(jù)之前，需要花費很多時間搭建和配置機器學習環(huán)境;在開始處理數(shù)據(jù)之后，面對高達12TB的數(shù)據(jù)，實驗室的本地工作站猶如小馬拉大車，速度往往以周計算。

最終，研究團隊決定采用上云方式，使用亞馬遜云科技的云上算力進行數(shù)據(jù)處理，不僅節(jié)省了長達數(shù)周的數(shù)據(jù)下載時間，而且通過使用Amazon SageMaker機器學習平臺，不需要自己搭建機器學習環(huán)境，既省時也省力。研究團隊使用Amazon SageMaker處理Amazon S3上的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)存取速度比使用本地實驗室算力提高了10倍，并僅用3個多月時間，就處理完成了包括1200份受試者數(shù)據(jù)的開源數(shù)據(jù)集，獲得了解碼精度達88.7%腦功能區(qū)可視化數(shù)據(jù)，讓整個研究項目的實驗時間縮短了三分之二，研究總周期減少了一半。

研究團隊負責人齊勇博士表示，“使用亞馬遜云科技最大的好處就是方便快捷。不僅能快速準備好海量數(shù)據(jù)，而且由于使用Amazon SageMaker開展機器學習，不用自己搭建機器學習環(huán)境，數(shù)據(jù)的處理均可以在云上進行，從而解放了團隊大量的精力。在2020年疫情期間，研究團隊不用集中到實驗室，通過遠程即可實現(xiàn)協(xié)作，真正做到讓團隊專注于研究項目上，節(jié)省了大量的寶貴時間。”

研究團隊在此項目中形成的腦功能解碼可視化分析平臺，有望為腦科學研究提供腦部功能拓撲狀態(tài)探測儀器，借助功能核磁共振圖像(fMRI)探究皮膚觸覺與大腦認知區(qū)域中血紅蛋白變化速率的定量分析方法。同時，運用基于注意力模型的深度學習計算機視覺分析技術，與現(xiàn)有的醫(yī)療影像分析框架相結合，將大腦圖像信息快速解耦，分離得到腦部的拓撲功能分配機制，分析大腦皮層功能區(qū)域的變化特點，有助于識別各類腦疾病，判斷病灶部位，并對進一步了解腦部功能機制提供非主觀可重復實驗的數(shù)據(jù)樣本。

亞馬遜云科技大中華區(qū)商業(yè)事業(yè)部總經理李曉芒表示，“亞馬遜云科技在云計算以及人工智能領域的愿景，簡單總結就是普惠。我們非常高興看到亞馬遜云科技的產品和服務能夠幫助陜西科技大學科研團隊在人類腦部活動這樣領先的科研項目中，做出有望讓眾多患者受益的研究成果，造福大眾，讓普惠的內涵得到進一步延伸?！?