作者:宣金学 刘晓萌 来源:中国青年报 发布时间:2014-2-12 13:53:51
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“脑计划”:我知道你下一秒想什么
 

你下一秒钟会想什么:是抱怨患上了节后综合征还是头疼情人节晚餐地点;准备献出一分爱心还是冒出一个邪恶的念头?目前最先进的仪器也很难做出预测。从今年开始,科学家们将试图来解开这个谜题。
 
一项全称为“推进创新神经技术脑研究计划”的科学项目,正在加速进行。这份由美国总统奥巴马在去年4月份提出的研究计划,有着一个宏伟的蓝图:绘制出人脑活动图谱,了解人脑的运行机理,从而读出人们的思维活动,检测脑部疾病。
 
并不只有美国盯上了大脑。2013年年初,欧盟委员会就宣布“人脑工程”为欧盟未来10年的“新兴旗舰技术项目”。
 
《纽约时报》称,奥巴马政府酝酿的这项宏大计划堪与人类基因计划相媲美。但美国国立卫生研究院“脑计划”研究委员会联合主席威廉·纽瑟姆告诉中国青年报记者,“‘脑计划’比基因计划要复杂得多,相比后者,‘脑计划’有着更深层次的科学意义。”
 
我们可以探索数光年之外的星系,却对两耳间的大脑知之甚少
 
描绘人类的大脑?听上去很简单,但正如奥巴马在一次新闻发布会上所说,“我们可以探索数光年之外的星系,却对两只耳朵之间三磅重的大脑知之甚少”。
 
这颗看上去并不起眼的头颅,大脑中有大约1000亿个神经元,彼此通讯,形成100万亿个突触,数量之繁密,胜过整个银河系的星辰。在大脑面前,绞尽脑汁的人类就像仰望星空的孩子,一位神经科学家无奈地说:“我们不了解任何一个单个机体的大脑工作机制,就连只有302个神经元的小虫,我们目前也没法了解它的神经体系。”
 
即便是目前最先进的科学技术,也只能记录来自单一神经元或小群神经元的信息。用哥伦比亚大学神经科学家拉斐尔·尤思特的话说,“就像你在看电影,可是电视的显示屏只有一像素”。
 
或许因此,当2011年尤思特和哈佛大学分子遗传学家乔治·丘奇提议开发一项新技术,用于追踪人类大脑的功能连接活动,最终达到可以测量单个神经元活动的水平时,引发了轩然大波。
 
美国神经生物学家马库斯·梅斯特指出,“脑计划”是一个考虑不周的计划,甚至是错误的想法,是“一项基于科幻小说的工作”。
 
的确,以目前的科学水平来说,“脑计划”听上去就像天方夜谭。但尤思特的提议还是引发了科学家们巨大的热情。科维理基金会科学项目组于当年年底与美国国立卫生研究院、国防部高级研究项目局、白宫科技政策办公室等举行一系列会议推广这一计划。尤思特承认,正是他提出的“脑活动地图”,最终演变成“脑计划”。
 
“‘脑计划’项目的提出者是奥巴马总统本人。”纽瑟姆告诉中国青年报记者,“白宫的科技政策办公室每年会向总统建议一些研究领域,脑科学是被选中研究的领域之一。”
 
美国国会批准2014财年为“脑计划”拨款1.1亿美元。美国国立卫生研究院特地为此发布了一个指南,计划用3年时间集中研究6类领域,研发观察大脑神经元的新技术和新方法。
 
不过,就像“人人都知道这是块大肥肉,却不知道何从下口”一样,纽瑟姆坦言:“基因计划有个明确的计划就是描绘出人的基因图,脑计划没有明确的计划,目的要了解大脑怎么工作,但是难以描绘具体的任务。”
 
我们已经准备好迎接这个飞跃,虽然不清楚这个飞跃是什么
 
就是这么一个听上去不靠谱、却又耗费巨资的科研计划,几乎把全世界神经科学研究者的脑瓜砸晕了。“脑计划”提出一个月之后,一大批神经科学家、物理学家和工程师,聚集到美国弗吉尼亚州的小镇阿灵顿。
 
奥巴马在4月的声明中并没有指出一些关键细节,例如该计划的具体目标和实施方案。因此针对该计划的首次大讨论——由美国国家科学基金会和加州奥克斯那德市卡夫利基金会于5月6日举办的一个研讨会——吸引了大批来自神经科学领域的研究人员。
 
整个酒店宴会厅“弥漫着兴奋、希望、焦虑和紧张气氛”。哈佛大学医学院神经生物学家、研讨会组织者之一万·温迪恩在接受《自然》杂志采访时坦承,研讨会现场非常混乱无序。
 
即便没有人清楚这个大事件具体是什么,人们依然害怕错过神经科学领域的“下一个大事件”。温迪恩说:“大家的信念是,我们已经准备好迎接这个飞跃。至于这个飞跃是什么,将朝什么方向发展,仍在争论中。”
 
还有人形容“脑计划”是一次罗尔沙赫氏试验:针对一项不确定的事物,每个研究人员被邀请陈述自己的希望和没有把握的心情。
 
一直到去年的9月份,“脑计划”最终划定9个研究领域。每个领域都有一个复杂难懂的名称:统计大脑细胞类型,建立大脑结构图,开发大规模神经网络记录技术,开发操作神经回路的工具,了解神经细胞与个体行为之间的联系,把神经科学实验与理论、模型、统计学等整合,描述人类大脑成像技术的机制,为科学研究建立收集人类数据的机制和知识传播与培训。
 
如果把这些晦涩难懂的科学术语换种说法,你可能会了解这项计划的意义深远。纽瑟姆向中国青年报记者透露,将在今年6月份提交的一份研究报告中,“脑计划”被制订为短、中、长三期计划。其中,在未来7-12年的长期计划中,科学家们主要来了解每个脑细胞的类型和其内在联系。
 
“目前没有人知道到底有多少种脑细胞存在。”纽瑟姆说,“这项研究很关键,就像你制造机器或组合机器,必须先了解每一部分的结构一样。在此基础上争取能够研究出控制大脑活动的机制及大脑连接的整个图谱。”
 
这可不是解剖大脑,或者制作一台大脑扫描仪那么简单。科学家需要一步一步慢慢来:5年以后监测秀丽隐杆线虫几乎整个的大脑活动,该生物的大脑拥有302个神经细胞和大约7000个神经节点;10年之后完成拥有大约13万个神经细胞的果蝇的整个大脑图谱的绘制;15年后观测斑马鱼的大脑活动,或老鼠大脑皮层中一些区域的活动。
 
《纽约时报》甚至乐观地预测,科学家有可能在未来10年内构建人类大脑活动的综合图谱。
 
2014年科学家们并不能完全绘制和模拟出整个人脑,但这一年这些事情开始走上正轨
 
虽然耗时10年、耗资逾30亿美元,但奥巴马认为高投入是值得的,“在人类基因图谱的研究中,我们每投入一美元,都获得了140美元的回报。”他以此为例,认为“脑计划”将为美国带来丰厚的回报。
 
科学家分析称,一旦研究取得进展,这项计划将更进一步了解像老年痴呆症和帕金森综合征等疾病,同时也有望为各种目前束手无策的精神疾病带来新的疗法。
 
据报道,医学研究已经发现了超过500种脑部疾病,包括从偏头痛到精神分裂症和老年痴呆症。在欧洲,约1/3的人口会患上与脑有关的疾病,这几乎影响所有的欧洲家庭,近年来用于这方面的医疗费用每年高达8000亿欧元,随着社会老龄化程度加深,这一数字还将上升。
 
此外,绘制人脑地图,将有可能带来人工智能的大突破。这些都将极大地带动经济的发展,和人类认知水平的提升。
 
但是,质疑声来自全世界。欧洲分子生物学组织科学家德特勒夫·魏格尔就在第一时间表示:“现在推出这样耗资数亿美元的‘脑计划’是否过于草率,美国国立卫生研究院只是想证明自己钱多吗?”
 
而事实上,欧洲的不少国家也准备研究大脑。在离白宫6000公里的地方,在英国齐切利的一次会议上,一些神经科学家和纳米科学家展望神经科学研究的未来——有朝一日能同时记录数千甚至数百万神经元的电脉冲。
 
去年年初,欧盟委员会已宣布“人脑工程”成为欧盟未来10年的“新兴旗舰技术项目”。为此设立专项研发计划,未来10年内将投入10亿欧元经费。
 
不过,欧盟“人脑工程”与“脑计划”有很大不同。纽瑟姆告诉中国青年报记者:“二者最大的不同在于其目标的不同。”前者的做法是利用已知信息把人脑数据用电脑描绘出来,他们的目的是用电脑模拟出人脑来;美国人则认为自己还需要更多的数据,如脑细胞的种类及其彼此之间的连接方式。
 
“现在将大脑活动付诸电脑设置还太早,仍然需要更多的数据支持。”纽瑟姆的语气里似乎流露出一点不屑,“欧洲的做法不过是走一步看一步。”
 
在他看来,两个脑计划也有互补性:美国如果发现什么新数据可以支持欧洲脑计划的电脑模拟,而英国在模拟的过程中发现的新数据也可以给美国研究一些启示。
 
美国《大众科学》网站指出,“2014年科学家们并不能完全绘制和模拟出整个人脑,但2014年是所有这些事情开始走上正轨的一年”。
 
与美国相隔太平洋的中国,似乎也有意推出“脑计划”。中国科学院2013年发布的《科技发展新态势与面向2020年的战略选择》研究报告称,脑科学是“最后的科学堡垒和终极前沿”。
 
香港大学脑与认知科学国家重点实验室主任谭力海就率领各地学者组成的研究团队参与“973计划”,一直从事中国人的脑功能的研究。他在接受媒体采访时表示:“若中国能推出‘脑计划’,亦是一件美事。”
 
 
 
 
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