郭爽　任海軍　江世亮

作為人類，我們能夠確定光年遠的星系，研究小于一個原子的顆粒，但我們?nèi)匀粵]有解開介于我們耳朵之間這三磅重的物質(zhì)的秘密。因此，我們?nèi)匀粺o法治愈像老年癡呆癥、自閉癥之類的疾病，或者能從中風(fēng)中完全康復(fù)。

大腦研究計劃將會有助于科學(xué)家們獲得腦部活動的動態(tài)圖，并更好地理解我們?nèi)绾嗡伎?、學(xué)習(xí)和記憶。這項計劃能夠創(chuàng)造就業(yè)機會，并可能改善全球數(shù)十億人的生活?！屠恕W巴馬（2013.4.2）

什么是大腦活動圖譜（BAM）？

開展BAM的目的是讓我們可以從復(fù)雜的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中讀寫單個神經(jīng)元。大家知道，數(shù)量巨大且非常廣泛的神經(jīng)回路使大腦的各個不同部位聯(lián)成一體，人們試圖得到總體和局部兩個水平的解析。

科學(xué)家們希望通過研究“大腦活動圖譜”得到對自然狀態(tài)的最基本的了解，而這只有當(dāng)認(rèn)識達到一定的深度和廣度才能實現(xiàn)。他們希望深刻地理解醫(yī)學(xué)病理、人的日常情緒以及創(chuàng)造力的產(chǎn)生，等等，同時也希望看到在成本、準(zhǔn)確性、全面性和低侵入性等方面的巨大改善。后者是工程上的障礙，而不是某些特定的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。

通過BAM，最想解決什么問題？

人類希望得到對自然狀態(tài)的最基本的了解，而這只有當(dāng)認(rèn)識達到一定的深度和廣度才能實現(xiàn)。我們希望深刻地理解醫(yī)學(xué)病理、人的日常情緒以及創(chuàng)造力的產(chǎn)生，等等，同時也希望看到在成本、準(zhǔn)確性、全面性和低侵入性等方面的巨大改善。后者是工程上的障礙，而不是某些特定的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。

對臨床的幫助大嗎？

目前可以在人類大腦中同時記錄和刺激幾十個神經(jīng)元。但這些技術(shù)并不能總是持續(xù)很長一段時間，作為植入物，它一時很難得到日常所需的精細測量或控制等數(shù)據(jù)。目前可以同時處理的神經(jīng)元數(shù)量提升速度非常緩慢。因此，我們希望在加大數(shù)量的同時降低侵害性，或改用其他方法，比如用光纖或合成生物學(xué)方法替代電極。

“腦計劃”是怎么產(chǎn)生的？奧巴馬政府為什么在經(jīng)濟不景氣的時候斥資做這件事？

繪制人腦活動圖的想法源于美國一個資助神經(jīng)科學(xué)、天體物理、納米科學(xué)的智囊機構(gòu)卡弗里基金會在2011年9月組織的一次關(guān)于神經(jīng)科學(xué)的頭腦風(fēng)暴，與會的6位專家在合成生物學(xué)、納米科技和神經(jīng)科學(xué)方面均有很深造詣，領(lǐng)頭人是哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院的遺傳學(xué)家喬治·丘奇，此人是人類基因組計劃的創(chuàng)始人之一。

與會者認(rèn)為，隨著一系列新技術(shù)的出現(xiàn)，開展一項大規(guī)模的用以跟蹤人類大腦功能連接活動，直至對每個神經(jīng)元功能作詳盡了解的條件已經(jīng)成熟，于是就有了一份名為大腦活動圖譜繪制（BrainActivity Mapping，BAM）的項目建議書，并于同年12月向美國國立健康研究院、美國國防部高級研究計劃局和白宮科學(xué)與技術(shù)政策辦公室提出了這一項目。喬治·丘奇等幾位科學(xué)家的想法正好與奧巴馬總統(tǒng)想從科學(xué)上尋求突破以迎接未來挑戰(zhàn)的想法契合，所以項目一經(jīng)提出便立刻受到白宮的高度重視。

需要指出的是，6位科學(xué)家一開始提出的腦活動計劃是很謹(jǐn)慎的，他們建議在進行斑馬魚、小鼠和大鼠實驗之前，先從一些簡單的生物實驗開始，包括蠕蟲、果蠅和水蛭等。但白宮科學(xué)與技術(shù)政策辦公室官員鼓勵這些學(xué)者“提出更遠大的目標(biāo)”，于是，這一項目后來擴展到對人類大腦活動圖譜的繪制，以及對腦部疾病干預(yù)可能性的研究。

對于奧巴馬政府而言，選擇科學(xué)上的突破相對容易得到兩黨和全國人民的支持，也是阻力較小的。

誰將參與？

“腦計劃”項目將通過公私機構(gòu)共同參與的方式完成，啟動資金高達1億多美元。

美國國立衛(wèi)生研究院（NIH）將極有可能主導(dǎo)該項目的研發(fā)，其在2014財年為“腦計劃”投入約4000萬美元，該機構(gòu)下屬的15個研究所和中心將參與其中。美國國家自然科學(xué)基金會將提供2000萬美元，用于開發(fā)分子尺度的探測裝置，力爭能感知并記錄神經(jīng)網(wǎng)活動，并通過“大數(shù)據(jù)”技術(shù)增進對大腦思維、情感、記憶等活動的理解。美國軍方也參與其中，國防部高級研究項目局計劃投入5000萬美元，著重開發(fā)一系列能捕捉、處理神經(jīng)元和染色體活動狀態(tài)的工具，建立相應(yīng)的信息處理系統(tǒng)和修復(fù)機制，以期在士兵遭遇應(yīng)激壓力、腦損傷、記憶損失等問題時協(xié)助診斷和治療。

在私營機構(gòu)中，一些相關(guān)研究項目在“腦計劃”正式啟動前就已起步。例如艾倫腦科學(xué)研究所在去年3月啟動為期10年、旨在理解大腦活動的項目，每年將為此提供6000多萬美元?；羧A德·休斯醫(yī)學(xué)研究所于2006年啟動主要研究神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的新園區(qū)，每年將提供至少3000萬美元的資助。

上述項目都將融入“腦計劃”之中。此外，科維理基金會將在今后10年內(nèi)每年提供約400萬美元資金，索爾克生物研究所將總共提供2800多萬美元，支持部分“腦計劃”項目。供至少3000萬美元的資助。

“腦計劃”的核心是什么？

搶占腦科學(xué)研究的戰(zhàn)略制高點，是美國此次出臺“腦計劃”的深層次動機。

對人類健康而言，人腦的復(fù)雜程度、發(fā)揮的作用是其他任何器官無法比擬的。理解人腦的運行機制不但有助于帕金森氏癥、阿爾茨海默氏癥（即老年癡呆癥）等腦部疾病的診斷和治療，同時還可揭示人腦的高能效、高可靠性之謎，對人工智能研發(fā)具有重大作用，有助于破譯人機界面智能化的世紀(jì)難題，開發(fā)全新的信息處理系統(tǒng)。

有鑒于此，腦科研被發(fā)達國家視為科學(xué)研究“皇冠上的明珠”，成為近20年來發(fā)展最快的學(xué)科之一。誰能率先登頂，不但可以收獲可觀的經(jīng)濟和社會效益，更有望在科學(xué)創(chuàng)新上獨領(lǐng)風(fēng)騷。因此，歐美國家紛紛一擲千金，相繼出臺新的腦科研計劃。

目前人類大腦研究領(lǐng)域處于何種階段？

科學(xué)界對大腦工作機制的認(rèn)知幾乎是空白。美國加州理工學(xué)院腦成像中心負責(zé)人、神經(jīng)科學(xué)教授拉爾夫·阿道夫說：“我們不了解任何一個單個機體的大腦工作機制，就連只有302個神經(jīng)元的小蟲，我們目前也沒法了解它的神經(jīng)體系?！?/p>

科維理納米系統(tǒng)科學(xué)家、加州大學(xué)洛杉磯分校加州納米系統(tǒng)研究院負責(zé)人保羅·韋斯說，目前通過功能磁共振成像（fMRI）等方法，已經(jīng)可以在在低分辨度情況下記錄大腦。

“腦計劃”將面臨什么挑戰(zhàn)？

“腦計劃”雄心勃勃，執(zhí)行起來卻可能困難重重。

首先是技術(shù)上的難題。人腦由錯綜交織的神經(jīng)元構(gòu)成，科學(xué)家承認(rèn)，一個多世紀(jì)以來對大腦的探索才剛剛觸及這個巨大科學(xué)挑戰(zhàn)的表層。這類研究的慣例是從動物模型出發(fā)，動物研究當(dāng)前的最高水平是可以同時從約1000個神經(jīng)元中取樣，但人腦有850億到1000億個神經(jīng)元。倫理方面的擔(dān)憂也不言而喻?！澳X計劃”中的一些技術(shù)設(shè)想如果實現(xiàn)，便可用于操縱神經(jīng)元，這不僅讓人擔(dān)心會產(chǎn)生“讀心術(shù)”，還對大腦是否被控制感到疑慮。

中國神經(jīng)科學(xué)界有何反應(yīng)？

國內(nèi)一些神經(jīng)科學(xué)家正在探討在中國做類似的神經(jīng)科學(xué)計劃的可能性，一個很初步的看法是：這件事如果要在國內(nèi)推動的話，就要考慮中國在這方面有哪些優(yōu)勢。

事實上，中國在神經(jīng)科學(xué)方面有很強的積累。即使在文革期間，張香桐、韓濟生等前輩科學(xué)家借針刺麻醉繼續(xù)推動神經(jīng)科學(xué)。另外，中國在納米科學(xué)、數(shù)學(xué)等學(xué)科比較有基礎(chǔ)，在靈長類、人腦疾病，特別是罕見病遺傳病方面的研究資源十分豐富，在整合國家資源、有組織的大規(guī)模學(xué)科交叉研究方面也有一定經(jīng)驗。無論中國今后在腦科學(xué)計劃方面做什么、怎么做，都需要整合神經(jīng)科學(xué)、納米、計算、合成生物學(xué)等多方面的資源。

此次“腦計劃”，美國科學(xué)家表示中國科學(xué)界不應(yīng)缺席，“全球合作對于這一項目非常重要，中國在納米科學(xué)研究領(lǐng)域的成就非常突出。我們希望向全世界開放數(shù)據(jù)，建立一個向全球開放的數(shù)據(jù)庫?！?/p>