腦科學“大國之爭”：揭秘人體最后謎團

　　腦科學是人類理解自然界現象和人類本身的“最終疆域”。各大國競相投入腦科學研究,不僅關乎人類的健康和福祉,也關乎未來的生產力

　　進入新世紀以來,各大國在科研領域多頭比拼:上天、入海、互聯、虛擬……而最近幾年,一個新的科技“高邊疆”又進入人們的視野:我們身上的最后謎團——大腦的奧秘。

　　專家們認為,各大國競相投入腦科學研究意義深遠。這不僅關乎人類的健康和福祉,也關乎未來的生產力,有望深刻改變社會。

　　認知“黑洞”

　　“三磅的宇宙”謎團重重

　　為什么是大腦?“我們無法忍受人類仍舊對大腦如何工作知之甚少”。20多年前,DNA(脫氧核糖核酸)雙螺旋結構發現者之一弗朗西斯·克里克就如此抱怨。

　　然而時至今日,大腦仍然是人類認知的“黑洞”。

　　美國總統奧巴馬對此說:“作為人類,我們能夠確認數光年外的星系,我們能研究比原子還小的粒子,但我們仍無法揭示兩耳間三磅重的物質(指大腦)的奧秘。”

　　“兩耳間三磅重的物質”也被戲稱為“三磅的宇宙”,難以琢磨又令人神往。中科院外籍院士蒲慕明接受記者采訪時說,人類大腦有1000億個神經細胞,彼此之間由大量的神經纖維連接成極為復雜的神經網絡。目前腦科學最有待突破的就是理解人腦高級認知功能的神經網路基礎。

　　“我們對大腦的了解還僅是滄海一粟”,英國帝國理工大學外科手術機器人研究員劉芳德認為,大國掀起的“腦科學熱”很可能成為另一個“人類基因組計劃”。

　　蒲慕明也表示,腦科學是人類理解自然界現象和人類本身的“最終疆域”,是本世紀最重要的前沿科學之一。科學界甚至認為,把研究人腦的神經科學稱為“人類科學最后的前沿”也毫不為過。

　　吹響號角

　　2013年歐盟率先宣布“人腦工程”

　　對于腦科學領域,2013年無疑是個重要年份。這一年年初,歐盟率先宣布,“人腦工程”為歐盟未來10年的“新興旗艦技術項目”,獲得10億歐元科研經費。當年4月,美國政府公布“腦計劃”,啟動資金逾1億美元,后經調整,在未來12年間預計總共將投入45億美元。

　　日本對腦科學研究也興趣濃厚。緊隨歐美,日本2014年正式發起“大腦研究計劃”,由理化學研究所主導,試圖從狨猴大腦入手,來加快人類大腦研究。

　　中國也在積極醞釀后迅速入場。“腦科學與類腦研究”被“十三五”規劃綱要確定為重大科技創新項目和工程之一,“中國腦計劃”即將上線。

　　“腦科學研究,在時間上太重要了!”復旦大學腦科學研究院院長馬蘭在接受媒體采訪時說,目前腦科學發展正處于一個重要的跨越式發展時期。奧巴馬在宣布“腦計劃”時曾直言,“現在是太空競賽以來,美國的研發水平達到新高度的時候了”。

　　腦科學領域,大國正紛紛起跑。這是一個燒錢的戰場,但不下“血本”,就無法占領新的科研高地。

　　一體兩翼

　　治療人腦疾病最“接地氣”

　　腦科學研究的本質,可以用“一體兩翼”來概括。一體,即以研究腦認知的神經原理為主體；兩翼,即研發人腦重大疾病診治的新手段和以人工智能為導向的類腦研究。

　　正如諾貝爾生理學或醫學獎得主杰拉德·埃德爾曼所言:“腦科學的知識將奠定即將到來的新時代之基礎。憑這些知識我們可醫治大量疾病,建造模仿腦功能的新機器,而且更深入地理解我們自己的本質以及我們如何認識世界。”

　　兩翼中,治療人腦疾病是“接地氣”的一翼,也是人類最急迫的需求。帕金森病、阿爾茨海默病、抑郁癥、精神分裂癥……未來,我們能否厘清這些腦疾病的機理?是否能治愈或者至少延緩腦疾病的發生發展?

　　日本正進入老齡化社會,帕金森病等老人常見病日漸高發,困擾社會。主導腦科學研究的理化學研究所腦科學綜合研究中心主任利根川進就表示,他們有責任去揭開帕金森病等大腦疾病的根本原因、找到有效的治療或預防方法。

　　歐洲也面臨同樣的困擾。據預測,未來歐洲約三分之一的人口會患上與腦有關的疾病,這幾乎影響所有的歐洲家庭。腦科學基礎研究無疑會造福社會,改善人類健康水平和老年生活質量。

　　而另一翼——人工智能,更令人遐想無限。“阿爾法圍棋”戰勝李世石引來世人矚目,可是要知道,它僅僅是一個單一任務的運算程序,與人腦的能力還有極大差距,如果真正模擬人腦又會怎樣?

　　當然,人工智能(AI)的目標并不是復制人類大腦,而是在各種細分領域里提供智能服務,比如智能駕駛、手術機器人等。未來學家凱文·凱利預言,未來20年,全球最重要的技術就是人工智能,人工智能產品將成為水和電一樣的日用品。

　　“把人工智能列入‘十三五’是很正確的決策,過了這個時間點可能就來不及了。”科大訊飛總裁劉慶峰曾表示,人工智能是全球下一輪產業革命的引爆點和“必爭之地”。

　　美國硅谷已經搶得先機。從谷歌、臉書、微軟等巨頭到初創公司,它們都愛人工智能。谷歌內部有上百個團隊在研究機器學習技術。臉書近兩年來在硅谷、紐約和巴黎連設3家人工智能實驗室……這些科技公司的掌門人相信,人工智能技術可能改變世界。

　　可以預期的是,腦科學的新發現,將使人工智能發展獲得新的“助推器”。

　　(執筆記者張忠霞,參與記者彭茜、華義、馬丹、張家偉、張淼)據新華社北京電

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　　美國“腦計劃”這三年

　　美國政府2013年提出“推進創新神經技術腦研究計劃”(簡稱“腦計劃”),目標包括探索人類大腦工作機制、開發大腦不治之癥的療法等。歷經3年,“腦計劃”實施現狀如何?

　　過去3年,“腦計劃”研究在多個領域取得進展。比如去年4月,科學家找到了一種通過控制實驗室動物大腦神經回路、較準確操控其行為的方式,被美國媒體稱為該計劃啟動以來第一個重要成就。

　　美國“腦計劃”的具體事務由多個機構負責,這些機構側重點各有不同。白宮對這項計劃給予了巨大支持。在美國聯邦政府2017財政年度預算中,“腦計劃”的預算增至4.34億美元,與2016財年相比增幅近45%,更是2014財年的4倍多。從涉及該項目的2017財年預算中,“腦計劃”幾大研發方向或許可窺一斑。

　　作為“腦計劃”研究的主要機構,美國國家衛生研究院將獲得該計劃預算的最大部分,總共1.95億美元資金,支持其“腦計劃2025”項目。國家衛生研究院還計劃通過“腦計劃公私合作伙伴項目”,將學術研究者與新技術工具制造商對接起來。

　　美國國家衛生研究院公布的研究方向,包括開發分析大腦細胞和神經回路的研究工具,開發新一代人類大腦成像技術,大規模記錄大腦活動和調節控制大腦功能,研究神經回路功能、開發新一代人腦侵入性裝置,開設多項神經科學短期課程等。

　　美國能源部將首次獲得900萬美元經費支持,重點發展新型生物傳感器和監測設備以監測關鍵分子在大腦中的工作過程。

　　另外,美國國防部高級研究項目局將獲得1.18億美元資金,重點內容包括研發能夠讀寫單個神經元功能的硬件原型等。美國國家科學基金會將獲得7400萬美元,用于設立“國家大腦觀測站”,協調大規模國際腦研究項目,平衡在神經技術領域的多方投資。美國情報高級研究計劃署則將繼續研究應用神經科學。

　　初步研究成果、研究團隊和資金的到位,都只是萬里長征第一步。從科研難度本身,到合作模式、倫理問題等等,擺在這項宏偉計劃面前的現實困難還有很多。

　　首先,科學界此前對大腦工作機制的認知幾乎是空白,技術難度不言而喻。科學家承認,一個多世紀以來對大腦的探索才剛剛觸及這個巨大科學挑戰的表層。比如,動物研究的當前最高水平是可同時從約1000個神經元中取樣,但人腦有850億到1000億個神經元。破解它們共同包含的巨大奧秘,看起來像“不可能完成的任務”。

　　倫理方面也有不少擔憂。“腦計劃”中的一些技術設想如果實現,便有可能用于操縱神經元,這不僅讓人擔心會產生“讀心術”,還對大腦是否會被控制感到憂慮。奧巴馬曾指示相關委員會加強生命倫理問題的研究,以探索解答因“腦計劃”科研發展而引發的相關倫理、法律和社會意識等方面的問題。