Carlo V. Cannistraci Prof. PhD. Eng.
周亚辉讲席教授
清华大学脑与智能实验室 首席研究员
清华大学脑与智能实验室复杂网络智能中心 主任
清华大学计算机科学与技术系 兼职教授
清华大学生物医学工程系 兼职教授
If Physics studies the principles and mechanisms of the outside universe.
Brain science studies the principles and mechanisms of the inside universe.
My research is at the interface between these two disciplines.
I deal with "Physics and Engineering of Complexity and Intelligence"
Carlo Vittorio Cannistraci Carlo Vittorio CaCarlo Vittorio Cannistraci
个人介绍
Cannstraci博士是一位理论工程师和计算创新者。他是清华大学大脑与智能实验室 (THBI)的教授，同时也是清华大学计算机科学与技术系和生物医学工程系的客座教授。他领导的复杂网络智能中心 (CCNI)，致力于在信息科学、复杂系统物理、复杂网络和机器智能之间创建开拓性的算法，特别关注用于大数据分析的脑/生命启发计算。这些计算方法通常应用于精密生物医学、神经科学、社会和经济科学。
CCNI 当前的研究挑战：脑启发网络计算促进下一代高效、可持续的人工智能
人脑的学习效率非常高，只需要几瓦的功率。相比之下，当今的大型语言模型则是贪婪的耗电者，其耗电量是人脑的 100 多倍。脑启发网络科学研究可以在设计低耗高效的深度学习方面发挥重要作用。我们需要为人工智能的生态和可持续发展方法开发新的概念和理论，其中一些新的计算模式可以从大脑及其复杂的系统生物学中借鉴。
在复杂网络智能中心（CCNI），我们有兴趣研究高效计算所采用的三个关键脑网络特征：连接稀疏性、连接形态学和神经胶质细胞耦合。
关于稀疏性，请参阅我们的研究：“Epitopological learning and Cannistraci-Hebb network shape intelligence brain-inspired theory for ultra-sparse advantage in deep learning”，该研究已发表在《第十二届国际学习表征会议（ICLR）2024》上。关于稀疏形态学，请参阅发表在《自然电子》（Nature Electronics）上我们的研究： ”Neuromorphic dendritic network computation with silent synapses for visual motion perception”。
CCNI的研究策略
上图是复杂网络智能中心（CCNI）的组织结构图。该图表阐明了复杂网络智能中心研究工作的主要战略，以及该战略如何影响我们感兴趣的理论和应用科学课题。理论课题（对提供应用课题的新解决方案至关重要）和应用课题（对提出新问题和引发理论研究创新起着不可或缺的作用）之间存在着明显的相互关系。
CCNI的研究方向
CCNI采用了一种跨学科的方法，将信息论、机器智能和网络科学结合起来，研究从分子到生态和社会经济系统筹不同规模的复杂交互系统的自适应过程。利用这些知识来创建新型、更高效的人工智能算法，并对隐藏在数据、信号和图像中的模式进行高级分析。我们的理论研究是为了将理论物理学中典型采用的高级数学范式(如拓扑和流形理论)转化为特征化定量生命科学中的多体相互作用。我们应用我们发明的理论框架，为系统和网络生物学、个性化生物医学和组合药物治疗、社会和经济数据科学开发计算工具。
可塑性现象——比如重塑、生长和进化——改变了复杂生命系统的拓扑结构、它们的内部状态以及它们以网络或高维数据集形式的多维表示。我们的理论使命是阐明构成这种结构可塑性的一般规则和机制，这种结构可塑性是生物学习和记忆过程的基础。特别是我们开发了自 适应和自组织学习系统的拓扑分析方法，如蛋白质相互作用和分子水平的细菌-代谢物网络，以及细胞水平的大脑网络。
在神经科学中，我们感兴趣的是大脑网络如何在突触和功能水平上连接，以调节学习过程。并且，在分子途径的尺度上，我们试图识别网络模式，这可能表明哪些损坏的功能模块负责神经退行性疾病的记忆畸变。由于发育生物学模型可以显著启发再生和退化的一般范式，我们研究了正常和癌症条件下组织分化的调节模式。
在翻译和网络医学方面，我们的使命是采用先进的机器学习和网络科学方法，整合分子网络和组学图谱，以定义个性化治疗计划和个性化药物治疗。此外，由于心血管系统是一个自适应复杂系统的范例，我们应用我们的模式识别算法来探索心血管患者的正常/病理状态。
最后，由于CCNI的目标是研究生命系统的复杂性及其跨尺度适应机制，我们与生态、社会和经济科学领域的专家合作，将我们的算法应用于他们的数据，并揭示从分子和细胞到微生物和动物(包括人类)的生命物质是否具有自组织的广义规则特征。
教育经历
(1) 2010年取得意大利都灵、米兰和巴里三所理工大学博士学位
(2) 2005年取得意大利米兰理工大学硕士学位
过往职位
(1) 2019-2020年，生物技术中心，分子与细胞生物工程中心(CMCB)，德国德累斯顿工业大学 (TUD)，德国。首席研究员(终身研究员)；
(2) 2014-2018，生物技术中心，分子与细胞生物工程中心(CMCB)，德国德累斯顿工业大学 (TUD)，德国。首席研究员(终身研究员)；
(3) 2013-08 至 2014-01, 沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学, 生物医学, 研究员；
(4) 2010-2012, 沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学，博士后；
(5) 2009-01 至 2009-12, 美国加州大学圣地亚哥分校, 生物工程, 访问学者；
(6) 2006-2010，圣拉斐尔科学研究所，米兰，意大利，研究员；
(7) 2005-2006，意大利国家研究委员会生物医学工程研究所 (ISIB-CNR，米兰系)，意大利米兰，研究员。
研究成果
人工智能、网络科学和物理学
Neuromorphic Dendritic Computation with Silent Synapses for Visual Motion Perception
Eunye Baek, Sen Song, Zong Rong, Luping Shi, Carlo Vittorio Cannistraci
Nature Electronics, 2024
Epitopological learning and Cannistraci-Hebb network shape intelligence brain-inspired theory for ultra-sparse advantage in deep learning
Yingtao Zhang, Jialin Zhao, Wenjing Wu, Alessandro Muscoloni, Carlo Vittorio Cannistraci
The Twelfth International Conference on Learning Representations (ICLR) 2024
Plug-and-Play: An Efficient Post-training Pruning Method for Large Language Models
Yingtao Zhang, Haoli Bai, Haokun Lin, Jialin Zhao, Lu Hou, Carlo Vittorio Cannistraci
The Twelfth International Conference on Learning Representations (ICLR) 2024
Stealing fire or stacking knowledge’ by machine intelligence to model link prediction in complex networks
Alessandro Muscoloni and Carlo Vittorio Cannistraci
iScience, 2023
Geometrical congruence, greedy navigability and myopic transfer in complex networks and brain connectomes
Carlo Vittorio Cannistraci and Alessandro Muscoloni
Nature Communications, 2022
Nonlinear machine learning pattern recognition and bacteria-metabolite multilayer network analysis of perturbed gastric microbiome
Claudio Duran, …, Giovanni Gasbarrini, Antonio Gasbarrini & Carlo Vittorio Cannistraci
Nature Communications, 2021
Modular gateway-ness connectivity and structural core organization in maritime network science
Mengqiao Xu, Qian Pan, Alessandro Muscoloni, Haoxiang Xia & Carlo Vittorio Cannistraci
Nature Communications, 2020
Intrinsic plasticity of silicon nanowire neurotransistors for dynamic memory and learning functions
Eunhye Baek, Nikhil Ranjan Das, Carlo Vittorio Cannistraci, … & Gianaurelio Cuniberti
Nature Electronics, 2020
Navigability evaluation of complex networks by greedy routing efficiency
Alessandro Muscoloni & Carlo Vittorio Cannistraci
Proceedings of the National Academy of Sciences, 2019
A nonuniform popularity-similarity optimization (nPSO) model to efficiently generate realistic complex networks with communities
Alessandro Muscoloni & Carlo Vittorio Cannistraci
New Journal of Physics, 2018
Machine learning meets complex networks via coalescent embedding in the hyperbolic space
Alessandro Muscoloni, … , Ginestra Bianconi & Carlo Vittorio Cannistraci
Nature Communications, 2017
Common neighbours and the local-community-paradigm for topological link prediction in bipartite networks
Simone Daminelli, Josephine Maria Thomas, Claudio Durán & Carlo Vittorio Cannistraci
New Journal of Physics, 2015
From link-prediction in brain connectomes and protein interactomes to the local-community-paradigm in complex networks
Carlo Vittorio Cannistraci, Gregorio Alanis-Lobato, Timothy Ravasi
Scientific reports, 2013
计算生物医学与神经科学
Spatial Reconstruction of Oligo and Single Cells by De Novo Coalescent Embedding of Transcriptomic Networks
Y Zhao, S Zhang, J Xu, Y Yu, G Peng, CV Cannistraci, JDJ Han
Advanced Science, 2023
Prevalence, Characteristics, and Outcomes of COVID-19–Associated Acute Myocarditis
E Ammirati, L Lupi, M Palazzini, NS Hendren, JL Grodin, CV Cannistraci, …, Marco Metra
Circulation, 2022
Proprotein convertase subtilisin/kexin 9 (PCSK9) promotes macrophage activation via LDL receptor-independent mechanisms
Shunsuke Katsuki, ... , Carlo V. Cannistraci, ... , Masanori Aikawa
Circulation Research, 2022
Three-dimensional facial-image analysis to predict heterogeneity of the human ageing rate and the impact of lifestyle
Xian Xia, … , Carlo Vittorio Cannistraci, Yong Zhou & Jing-Dong J Han.
Nature Metabolism, 2020
Machine learning of human plasma lipidomes for obesity estimation in a large population cohort
Mathias J Gerl, ... ,Carlo Vittorio Cannistraci and Kai Simons
Plos Biology, 2019
Pioneering topological methods for network-based drug–target prediction by exploiting a brain-network self-organization theory
Claudio Durán, Simone Daminelli, ..., & Carlo Vittorio Cannistraci
Briefings in Bioinformatics, 2018
A promoter-level mammalian expression atlas
Fantom Consortium (including Carlo Vittorio Cannistraci)
Nature, 2014
Differential roles of epigenetic changes and Foxp3 expression in regulatory T cell-specific transcriptional regulation
Fantom Consortium (including Carlo Vittorio Cannistraci)
Proceedings of the National Academy of Sciences, 2014
Minimum curvilinearity to enhance topological prediction of protein interactions by network embedding
Carlo Vittorio Cannistraci, Gregorio Alanis-Lobato, Timothy Ravasi
Bioinformatics, 2013
Identification and Predictive Value of Interleukin-6+ Interleukin-10+ and Interleukin-6− Interleukin-10+ Cytokine Patterns in ST-Elevation Acute Myocardial Infarction
Enrico Ammirati^, Carlo Vittorio Cannistraci^, … & Attilio Maseri
Circulation Research, 2012 (^first co-authorship)
Nonlinear dimension reduction and clustering by Minimum Curvilinearity unfold neuropathic pain and tissue embryological classes
CV Cannistraci, T Ravasi, FM Montevecchi, T Ideker, M Alessio
Bioinformatics, 2010
An atlas of combinatorial transcriptional regulation in mouse and man
Timoty Ravasi^, Harukazu Suzuki^, Carlo Vittorio Cannistraci^, et al.
Cell, 2010 (^first co-authorship)
荣誉和获奖及参加学术团体的情况
国际网络科学学会会员 https://netscisociety.net/home
国际计算生物学学会会员 https://www.iscb.org/
2024年冷泉港亚洲基因组计算生物学会议算法和技术前沿部分主席。
2024年，《应用网络科学》副主编 https://appliednetsci.springeropen.com/
2023年国际网络科学学院和会议网络几何部分主席
2023年担任第十二届复杂网络及其应用国际会议时间网络分会主席
2023年担任 Plos 复杂系统中的复杂性概念分会编辑，任期至 2024 年 9 月
2023年担任国际计算生物学学会 (ISCB) 特殊兴趣共同体 (COSI) 的网络生物学 (NetBio，http://cosi.iscb.org/wiki/NetBio:Home) 委员会代表，任期从 2023 年 2 月到 2024 年 1 月
2021年，《科学报告》十周年编委会访谈特选编辑（共 6 名入选）https://www.nature.com/srep/highlights/anniversary-interviews
2021年，中国科技部国家高层次人才奖
2020年，清华大学讲座教授奖
2019年，上海市千人计划奖
2019年，《科学报告》选编采访稿作为社交媒体上的期刊代表
2018年，第七届 2018 年复杂网络及其应用国际会议主题演讲者部分主席，英国剑桥
2017年，第六届 2017 年复杂网络及其应用国际会议网络模型部分主席，法国里昂
2016年，第五届 2016 年复杂网络及其应用国际会议生物网络部分主席，意大利米兰
2016年，德累斯顿工业大学 (TUD) 物理学青年研究员奖
联系方式
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