腦科學(xué)，探索“小宇宙”的奧秘（國際視野）

數(shù)字大腦。 　　資料圖片

圖為模擬人腦神經(jīng)系統(tǒng)而制造出來的神經(jīng)形態(tài)計算芯片。 　　奧地利因斯布魯克醫(yī)科大學(xué)網(wǎng)站

　　大腦是人體最復(fù)雜的器官，破譯大腦運轉(zhuǎn)密碼、揭開生命之謎，是令無數(shù)科學(xué)家殫精竭慮的艱難課題。2013年，美歐先后公布了具有戰(zhàn)略意義的人腦研究計劃。加速腦科學(xué)研究不僅有助于提升人類健康水平，也可帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展、刺激經(jīng)濟增長。

　　5月31日，歐洲“腦科學(xué)月”落下帷幕。一個月內(nèi)，歐洲19個國家的相關(guān)機構(gòu)舉辦了50多場活動，宣介腦科學(xué)對于人類健康、經(jīng)濟發(fā)展和社會進步的意義，呼吁歐盟各界加強該領(lǐng)域的研發(fā)工作。

　　參加活動的很多科學(xué)家說，如同100年前很難想到今天的太空時代和信息時代，今天的人們也很難想象腦科學(xué)的進展將給世界帶來什么變化。

　　美歐搶占戰(zhàn)略制高點，科學(xué)家欲為大腦繪制一幅導(dǎo)航示意圖

　　最近一年，特別是進入2013年以來，全世界圍繞人腦布局的科學(xué)研究明顯增多。

　　2012年夏天，美國6位科學(xué)家提出一項名為“人類大腦活動圖譜”的計劃，受到奧巴馬政府的高度重視，經(jīng)修訂后上升為美國國家層面的大科學(xué)計劃。今年4月，奧巴馬宣布將從2014 財年的政府預(yù)算中拿出1億美元，啟動這項旨在揭開人類大腦奧秘的研究計劃。

　　無獨有偶，今年1月歐盟委員會宣布，人腦工程成為歐盟“未來新興旗艦技術(shù)項目”之一，并將在未來10年內(nèi)獲得10億歐元的科研經(jīng)費。

　　腦科學(xué)研究熱潮，正在全球興起。

　　人類的大腦是個復(fù)雜的“小宇宙”，至今我們依舊對其知之甚少。

　　今年4月，奧巴馬會見科學(xué)家時表示，“作為人類，我們能夠確認(rèn)數(shù)光年外的星系，我們能研究比原子還小的粒子，但我們?nèi)詿o法揭示兩耳間三磅重物質(zhì)（指大腦） 的奧秘�！�

　　如果將大腦比作一個城市，那么目前的技術(shù)只能使人們看到城市的大概輪廓，卻無法了解里面發(fā)生了什么。

　　美國布朗大學(xué)神經(jīng)科學(xué)教授約翰·當(dāng)納格是“人腦活動圖”計劃的一名核心成員。他說：“最令我感興趣和困惑不解的問題就是大腦如何將思想轉(zhuǎn)化為行動？對于大腦深層工作原理， 我們?nèi)匀涣私獾貌簧��！?/p>

　　哥倫比亞大學(xué)神經(jīng)科學(xué)教授拉斐爾·尤思蒂表示，“人腦活動圖”計劃的目標(biāo)就是為大腦繪制一幅導(dǎo)航示意圖，并非靜態(tài)示意圖，而是一個高分辨率的動態(tài)圖�！按竽X單個的神經(jīng)元受到刺激時做出什么反應(yīng)，和其他神經(jīng)元怎樣互動，如何轉(zhuǎn)變?yōu)橄敕�、感情乃至最后的行動，都可以觀察得一清二楚。”

　　有科學(xué)家將人腦計劃視為第二個人類基因組計劃。繪制人類基因組圖譜改變了遺傳學(xué)，現(xiàn)在人們希望繪制人腦活動圖也能有類似的科學(xué)作用。

　　近些年，歐洲的德國、英國、瑞士等國家也先后推出了本國的神經(jīng)科學(xué)研究計劃。不過，美國和歐盟依然是當(dāng)今腦科學(xué)研究領(lǐng)域的主角，雙方都希望率先搶占戰(zhàn)略制高點，從而在未來高科技競爭中占得先機。

　　“現(xiàn)在是太空競賽以來，美國的研發(fā)水平達到新高度的時候了。”奧巴馬信心滿滿地表示。而歐盟“人腦工程”的專網(wǎng)上則這樣寫道:“如果歐洲想建立一個強有力的競爭地位，必須現(xiàn)在開始行動了�！�

　　加速腦科學(xué)研究有助于提升人類健康水平，并帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展、刺激經(jīng)濟增長

　　在全球經(jīng)濟普遍低迷之時，歐美發(fā)達國家為何斥巨資加速腦科學(xué)研究？

　　首先是保障人類健康的需要。醫(yī)學(xué)研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了超過500種腦部疾病，包括從偏頭痛到精神分裂癥和老年癡呆癥。在歐洲，約1/3的人口會患上與腦有關(guān)的疾病，這幾乎影響所有的歐洲家庭，近年來用于這方面的醫(yī)療費用每年高達8000億歐元，隨著社會老齡化程度加深，這一數(shù)字還將上升。加強腦科學(xué)研究將有助于帕金森氏癥、阿爾茨海默氏癥等腦部疾病的診斷和治療，提高人們的健康水平和生活質(zhì)量。

　　其次是科學(xué)探索的需要。腦科學(xué)研究不但可以揭開大腦高智能、高效率、低能耗之謎，對人工智能、基因?qū)W、細(xì)胞生物學(xué)、生理學(xué)、生物信息學(xué)、解剖學(xué)、行為科學(xué)、信息技術(shù)、納米技術(shù)和營養(yǎng)學(xué)都有重要拉動作用。

　　最后也是提振經(jīng)濟的需要，人腦工程的產(chǎn)業(yè)前景十分廣闊，“錢途”不可限量。

　　上世紀(jì) 90 年代初實施的信息高速公路計劃刺激了美國整整十多年的經(jīng)濟繁榮，經(jīng)濟學(xué)界一直希冀通過一場以科技帶動的產(chǎn)業(yè)革命促使全球經(jīng)濟擺脫衰退，重新走入一個相對繁榮期，人腦計劃正被視為這樣的發(fā)動引擎。      

　　奧巴馬曾表示，“在人類基因圖譜的研究中，我們每投入1美元，就獲得了 140 美元的回報�！泵绹�聯(lián)邦政府一項分析研究指出，美國人類基因計劃耗資38億美元，截至2010 年美國已獲得 8000 億美元回報。因投資大致相同，奧巴馬將美國的“人腦計劃”與人類基因組計劃相比，并期待更高的回報。

　　隨著腦科學(xué)研究的深入，基于基礎(chǔ)性研究而誕生的新學(xué)科和新產(chǎn)業(yè)將大量涌現(xiàn)，并將產(chǎn)生眾多的就業(yè)機會。腦科學(xué)研究屬于具有高科技附加值的項目，以此為基礎(chǔ)的產(chǎn)業(yè)必將產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟效益。有研究報告顯示，自2009 年以來，人腦工程領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)規(guī)模持續(xù)增長，2012年相關(guān)產(chǎn)業(yè)規(guī)模約為10億美元，2020年有望增長至60億美元。

　　腦科學(xué)是科學(xué)界最難攻克的堡壘之一，繪制人腦活動圖是一項長期工程

　　與人類基因組計劃相比，“腦計劃”更加復(fù)雜而艱難，因為人類大腦是人體中最復(fù)雜的器官，研究者必須要費很大力氣來取得數(shù)據(jù)并分析、理解數(shù)據(jù)。

　　盡管近年來相關(guān)科學(xué)研究日益深入，但人腦科學(xué)仍然是現(xiàn)代人體科學(xué)中未知因素最多的領(lǐng)域，是科學(xué)界最難攻克的“堡壘”之一。

　　人類大腦由100多億個神經(jīng)細(xì)胞組成（相當(dāng)于整個銀河系星體總數(shù)），是宇宙中已知的最為復(fù)雜的組織結(jié)構(gòu)。大腦的復(fù)雜性，還在于神經(jīng)細(xì)胞在形狀和功能上的多樣性，以及神經(jīng)細(xì)胞結(jié)構(gòu)和分子組成上的千差萬別。現(xiàn)在，科學(xué)家們還不了解任何單個機體的大腦工作機制，就連只有302個神經(jīng)元的小蟲也沒法了解它的神經(jīng)體系。目前人類對小神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)工作機制知之甚少，而在細(xì)胞解析層面，對于大腦結(jié)構(gòu)的工作機制基本一無所知。

　　中國復(fù)旦大學(xué)腦研究院學(xué)術(shù)委員會主任、中科院院士楊雄里指出，“人們不可能像基因組計劃標(biāo)識出每個基因一樣給每個神經(jīng)元打上標(biāo)簽”，未來研究的困難之處不僅在于人腦的細(xì)胞數(shù)量太多，更在于大腦的活動是動態(tài)的、因環(huán)境而變化，而且在不同層次上又有不同性質(zhì)的問題。

　　北京師范大學(xué)腦與認(rèn)知科學(xué)研究院院長羅躍嘉認(rèn)為，大腦研究不但需要理論的進步，還需要技術(shù)設(shè)備的同步更新。目前來看，技術(shù)手段還不足以支撐起研究動態(tài)腦的基礎(chǔ)，技術(shù)設(shè)備研發(fā)也不容忽視�！熬拖裎覀円�去研究火星，首先要建造一艘能夠到達火星的飛船。” 羅躍嘉說。

　　楊雄里認(rèn)為，要繪制出完整的人腦活動圖，10年時間顯然是太短了。以楊雄里的研究經(jīng)歷來看經(jīng)常會出現(xiàn)這樣的情況：當(dāng)對一個問題有了比較深入的了解以后，大量新問題會接踵而來。

　　“人類對大腦的認(rèn)識是絕對真理，在某一個歷史時期我們所認(rèn)識的是相對真理，我們可以無限逼近大腦的奧秘，但不能窮盡。”楊雄里說。 

　　《 人民日報 》（ 2013年06月14日 23 版）