近幾年，全世界掀起腦科學(xué)的浪潮，這個(gè)浪潮在歐美、日本都引發(fā)了國(guó)家性的腦科學(xué)計(jì)劃。我們中國(guó)科學(xué)家在過去幾年中也做了很大的努力——積極推動(dòng)中國(guó)腦計(jì)劃的啟動(dòng)，中國(guó)科學(xué)院神經(jīng)科學(xué)研究所所長(zhǎng)蒲慕明院士就是其中一位。
近日，筆者有幸采訪到了蒲慕明院士。他說道，“從2013年起，世界各國(guó)包括從歐盟開始到美國(guó)、日本，都啟動(dòng)了大型的腦科學(xué)計(jì)劃。我們中國(guó)也很早就開始討論要有一個(gè)全國(guó)性的大型腦計(jì)劃，現(xiàn)在看來中國(guó)腦計(jì)劃有望在今年內(nèi)啟動(dòng)。”
蒲慕明院士
中國(guó)腦計(jì)劃
中國(guó)腦計(jì)劃相比其他幾家國(guó)家的腦計(jì)劃會(huì)有所差別。蒲慕明院士指出，“我們是比較廣譜的、聚焦多方面，包括腦科學(xué)現(xiàn)在一些基本的問題、腦疾病的診斷治療、腦啟發(fā)的人工智能。這三個(gè)領(lǐng)域都在腦計(jì)劃范圍之內(nèi)，而且這個(gè)腦計(jì)劃是配合中國(guó)中長(zhǎng)期科學(xué)的戰(zhàn)略規(guī)劃，計(jì)劃是到2035年。”
蒲慕明院士具體介紹道，前5年計(jì)劃，中國(guó)腦計(jì)劃主要是聚焦在基礎(chǔ)研究方面，包括在認(rèn)知的神經(jīng)環(huán)路，與認(rèn)知相關(guān)的很多疾病，如老年癡呆癥、抑郁癥、孤獨(dú)癥等都是將來腦計(jì)劃重點(diǎn)要研究的對(duì)象。另外就是和認(rèn)知直接相關(guān)的人工智能。人工智能現(xiàn)在非常強(qiáng)大，在一些單一功能方面比人類要強(qiáng)的多。但是目前人工智能的現(xiàn)狀還是依賴于大數(shù)據(jù)跟強(qiáng)大的計(jì)算能力。相比之下，我們的大腦非常有效率，它利用相當(dāng)于20瓦特電力的能量，能夠做各種復(fù)雜的任務(wù)，是通用的智能。未來，人工智能要學(xué)習(xí)人腦，在計(jì)算方法、機(jī)器學(xué)習(xí)的框架和模型上做大幅的改進(jìn)，從而設(shè)計(jì)地更加節(jié)能有效，進(jìn)而在小數(shù)據(jù)面前也能夠做出決策。將來，全世界的腦計(jì)劃都會(huì)朝著這一長(zhǎng)遠(yuǎn)的目標(biāo)來發(fā)展。蒲慕明院士希望，通過中國(guó)腦計(jì)劃的設(shè)計(jì)，我國(guó)能夠在重要的前沿領(lǐng)域有一席之地。
挑戰(zhàn)機(jī)遇并存
中國(guó)腦計(jì)劃從討論到最終真正地落地，耗時(shí)之久周期之長(zhǎng)，蒲慕明院士深有體會(huì)。他坦言，“我們研究的隊(duì)伍體量并不是很大，而且研究力量是分散的。比如說，我們有很大的優(yōu)勢(shì)是病人資源，全國(guó)各個(gè)大醫(yī)院中心、臨床中心都有很多病例和數(shù)據(jù)樣本，但是這些沒有做成全國(guó)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，只有做到標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一化，才能真正發(fā)揮我們的優(yōu)勢(shì)。所以腦計(jì)劃最大的挑戰(zhàn)是它不是一般的科研計(jì)劃，需要針對(duì)重大的問題形成團(tuán)隊(duì)來攻關(guān)，而且重大的問題要目標(biāo)明確。”
另外，中國(guó)在非人靈長(zhǎng)類（猴類）的研究也是世界是領(lǐng)先的。非人靈長(zhǎng)類的研究重要性不言而喻。因?yàn)楦鞣N腦疾病的藥物研發(fā)，現(xiàn)在面臨的最大問題就是動(dòng)物模型用的是鼠。鼠跟人還差得很遠(yuǎn)，猴類（尤其是獼猴），它的解剖結(jié)構(gòu)和生理現(xiàn)象都跟人更相近。現(xiàn)在國(guó)際上藥物神經(jīng)系統(tǒng)藥物研發(fā)投入幾百億美金，都沒有得到很好的藥物，很大的原因就是動(dòng)物模型的問題。
所以，在蒲慕明院士看來，我們中國(guó)腦計(jì)劃很可能在這些優(yōu)勢(shì)領(lǐng)域會(huì)有重要的貢獻(xiàn)。
獼猴模式動(dòng)物的成果
2017年11月27日，蒲慕明院士所帶領(lǐng)的中國(guó)科學(xué)院神經(jīng)科學(xué)研究所非人靈長(zhǎng)類平臺(tái)迎來一個(gè)“大驚喜”：世界首例體細(xì)胞克隆猴“中中”順利誕生，一周后，（12月5日）第二只克隆猴“華華”也成功出世。克隆猴的誕生意味著中國(guó)將率先建立起可有效模擬人類疾病的動(dòng)物模型。利用克隆技術(shù)，可在一年時(shí)間內(nèi)，培育大批遺傳背景相同的模型猴。這既能滿足腦疾病和腦高級(jí)認(rèn)知功能研究的迫切需要，又可廣泛應(yīng)用于新藥測(cè)試。
蒲慕明指出，以靈長(zhǎng)類（獼猴）作為模式動(dòng)物有兩個(gè)重點(diǎn)，一個(gè)就是它的高等認(rèn)知功能。“在鼠上沒有的高等認(rèn)知功能，我們可以在獼猴上研究，這有助于理解靈長(zhǎng)類，包括人類它的高等認(rèn)知功能。比如說我們有非常復(fù)雜的執(zhí)行決策過程、有共情心和很復(fù)雜的社會(huì)行為，甚至我們語(yǔ)音交流比其他動(dòng)物多得多。這些在鼠上實(shí)現(xiàn)比較困難，在猴上就容易地多。我們最近做了一個(gè)研究，就是把建立獼猴自我意識(shí)的模式。比如說訓(xùn)練獼猴能夠在鏡子里面認(rèn)得是自己（自我意識(shí)的反應(yīng)），這樣我們就可以研究自我意識(shí)，進(jìn)而理解比較高等認(rèn)知功能的神經(jīng)基礎(chǔ)。”蒲慕明院士如是說道。
另外一個(gè)重點(diǎn)就是作為疾病的模型。比如說，人體有晝夜的節(jié)律，跟睡眠等都有關(guān)。節(jié)律的異常與很多腦疾病、代謝性疾病、腫瘤等有關(guān)。所以我們現(xiàn)在就敲除了獼猴節(jié)律的基因，發(fā)現(xiàn)它有很多癥狀可以反映到人的節(jié)律異常的癥狀，比如睡眠不正常、有焦慮、有抑郁，甚至有精神分裂的一些癥狀，這樣獼猴就變成一個(gè)可以研究的對(duì)象。所以說，高等認(rèn)知功能的神經(jīng)基礎(chǔ)和腦疾病模型的研發(fā)，這就是我們這些目前努力的方向。
當(dāng)然，蒲慕明院士也提到，目前國(guó)內(nèi)很多實(shí)驗(yàn)室都在有神經(jīng)元分辨度的介觀層面關(guān)心神經(jīng)連接。因?yàn)獒t(yī)院里做的腦成像圖譜，其圖譜的分辨度看不到單一的神經(jīng)元的神經(jīng)細(xì)胞連接。若要做到觀察到神經(jīng)細(xì)胞的連接，必須要在介觀層面達(dá)微米階層的分辨度。
目前，介觀層面腦圖譜在鼠上、斑馬魚上都做得很好。蒲慕明院士團(tuán)隊(duì)希望能夠把介觀連接圖譜做到獼猴的大腦，這樣就跟人的大腦更靠近了。他表示，“所以我們把獼猴的介觀神經(jīng)連接圖譜作為一個(gè)大的目標(biāo)，這需要全世界相關(guān)實(shí)驗(yàn)室的共同合作。最終，我們希望通過這樣的獼猴神經(jīng)圖譜的繪制，中國(guó)科學(xué)家能夠推動(dòng)全球國(guó)際的大科學(xué)計(jì)劃，就像人類基因組計(jì)劃一樣。這個(gè)目標(biāo)很遙遠(yuǎn)，但是這是一個(gè)可見的目標(biāo)。”
未來5年腦科學(xué)藍(lán)圖
那么未來5年，腦科學(xué)會(huì)呈現(xiàn)怎樣的藍(lán)圖？蒲慕明院士覺得，基礎(chǔ)神經(jīng)科學(xué)、腦疾病的診斷治療、類腦人工智能等領(lǐng)域會(huì)有重大突破。具體來說，第一，基礎(chǔ)神經(jīng)科學(xué)包括研究認(rèn)知功能的研究會(huì)有一些進(jìn)展。比如大腦怎樣整合神經(jīng)的信息、記憶學(xué)習(xí)的環(huán)路、更高等的共情心和自我意識(shí)的環(huán)路等。第二，腦疾病的診斷治療會(huì)有一些突破。未來五年之內(nèi)，會(huì)研發(fā)出因?yàn)榛蛲蛔冊(cè)斐傻哪X疾病的動(dòng)物模型，并以此研發(fā)出診斷、干預(yù)或治療這些疾病的方法。第三，類腦人工智能會(huì)有一些成果。新型腦機(jī)接口，不應(yīng)該是簡(jiǎn)單地大腦控制機(jī)器，而是機(jī)器會(huì)反饋到大腦，進(jìn)而改變大腦控制的模式，還有腦網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和功能所啟發(fā)的新一代人工智能軟件和器件與系統(tǒng)。
給青年學(xué)者的建議
他建議道，剛開始做科研的年輕科學(xué)家們一定要沉下來心來把事情做成功，這樣才可以在一個(gè)領(lǐng)域內(nèi)有所建樹。不管研究問題大小，一定要堅(jiān)持做下去、做成功。要是一次失敗，就泄氣，在做還可能會(huì)失敗，如此一來，年輕人就對(duì)研究科研沒有任何興趣了。所有對(duì)科學(xué)的興趣都不是與生俱來的，而是在探索科學(xué)的過程中，通過專注努力得到了成果，學(xué)會(huì)了溝通和解決問題的能力，這樣才會(huì)越做會(huì)好。
110102000668（1）號(hào)