人類的大腦是個(gè)復(fù)雜的“小宇宙”，至今，我們依舊對(duì)其知之甚少。奧巴馬政府推出將耗時(shí)10年、投資數(shù)十億美元的“人腦活動(dòng)圖”計(jì)劃，它能助我們找到打開大腦秘密的鑰匙嗎？

人類的大腦是個(gè)復(fù)雜的“小宇宙”，至今，我們依舊對(duì)其知之甚少。

根據(jù)已有的研究和認(rèn)識(shí)，構(gòu)成人腦的腦細(xì)胞由神經(jīng)元（也稱之為神經(jīng)細(xì)胞）和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞構(gòu)成，其中神經(jīng)元負(fù)責(zé)處理和儲(chǔ)存與腦功能相關(guān)的信息。腦科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)元之間通過連接，構(gòu)成了一個(gè)高度復(fù)雜的大腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。越來越多的證據(jù)表明，這個(gè)復(fù)雜而龐大的網(wǎng)絡(luò)是大腦進(jìn)行信息處理和認(rèn)知表達(dá)的生理基礎(chǔ)。

并且，人們越來越相信，我們自身的許多腦疾病，從精神分裂癥到抑郁癥，到創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙等，以及老年癡呆癥和帕金森綜合征等疾病，都與大腦連接性的失調(diào)有關(guān)。因此，科學(xué)家一直在努力探索大腦的奧秘。

奧巴馬的雄心

奧巴馬政府現(xiàn)在雄心勃勃，4月上旬推出探索人類大腦工作機(jī)制、繪制腦活動(dòng)全圖的研究計(jì)劃。這一計(jì)劃將耗時(shí)10年、投資數(shù)十億美元，可與人類基因組計(jì)劃相媲美。而此前，歐盟已經(jīng)宣布了在未來10年投資10億多歐元的“人類大腦工程”。

在奧巴馬看來，人類腦科學(xué)研究的落后是一件比較尷尬的事情?！白鳛槿祟?，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。”4月2日，奧巴馬會(huì)見科學(xué)家時(shí)表示。

但是未來，有了比較精確的人類大腦活動(dòng)圖以后，醫(yī)療專家就可以把患者的腦部活動(dòng)狀況與數(shù)據(jù)庫中的大腦活動(dòng)圖進(jìn)行比較，這就使醫(yī)生可能檢測出病人大腦里的關(guān)鍵差異，從而診斷出疾病并進(jìn)行治療。另外，它還將為人工智能領(lǐng)域的更大進(jìn)展鋪平道路。

奧巴馬說，繪制人類基因組圖譜改變了遺傳學(xué)，現(xiàn)在他希望繪制人腦活動(dòng)圖也能有類似的科學(xué)作用。

有人作了一個(gè)形象的比喻，如果將大腦比作一個(gè)城市，那么目前的技術(shù)，只能使我們看到這個(gè)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)納格是該計(jì)劃的一名核心成員?！白盍钗腋信d趣和困惑不解的問題就是大腦如何將思想轉(zhuǎn)化為行動(dòng)？盡管大腦成像技術(shù)以及基于細(xì)胞的研究為大腦工作機(jī)制提供了一些洞見，但對(duì)于大腦深層工作原理，我們?nèi)匀涣私獾貌簧?。”?dāng)納格說。而現(xiàn)在，他們希望得到一些答案。

想法、感情乃至行動(dòng)都可以觀察清楚

奧巴馬批準(zhǔn)的這個(gè)浩大的工程，全稱叫做“利用先進(jìn)創(chuàng)新神經(jīng)技術(shù)研究腦部計(jì)劃”，“人腦活動(dòng)圖”計(jì)劃是它的簡稱。該工程2014年開始，計(jì)劃用10年時(shí)間完成，奧巴馬政府將從2014財(cái)年的政府預(yù)算中，撥出大約1億美元啟動(dòng)這項(xiàng)工程。

美國官方公布的信息顯示，該工程的參與者包括國家衛(wèi)生研究院、國防部高級(jí)研究項(xiàng)目局、國家科學(xué)基金會(huì)等聯(lián)邦機(jī)構(gòu)，霍華德·休斯醫(yī)學(xué)研究所、艾倫腦科學(xué)研究所等私營機(jī)構(gòu)，以及神經(jīng)學(xué)家和納米科學(xué)家組成的團(tuán)隊(duì)，他們將共同推進(jìn)對(duì)人類大腦近千億神經(jīng)細(xì)胞的理解，加深對(duì)感知、行為以及意識(shí)的研究。

根據(jù)“人腦活動(dòng)圖”計(jì)劃的概述，該項(xiàng)目就是想為我們的大腦繪制一幅導(dǎo)航的示意圖，每一種想法從何而來，如何轉(zhuǎn)化為行動(dòng)，都將在圖上標(biāo)明。

哥倫比亞大學(xué)神經(jīng)科學(xué)教授拉斐爾·尤思蒂表示，該計(jì)劃最終繪制的并非是靜態(tài)示意圖，而更像是一個(gè)高分辨率的視頻。通過這幅動(dòng)態(tài)圖，單個(gè)的神經(jīng)元受到刺激時(shí)做出什么反應(yīng)，和其他神經(jīng)元怎樣互動(dòng)，最終這些是如何轉(zhuǎn)變?yōu)橄敕?、感情乃至最后的行?dòng)的，都可以觀察得一清二楚。

但是研究動(dòng)態(tài)的大腦并不容易?！艾F(xiàn)在有手段可以做這些研究，但是遠(yuǎn)不夠精確?！?北京師范大學(xué)腦與認(rèn)知科學(xué)研究院院長羅躍嘉說，比如核磁是目前研究大腦最安全、最先進(jìn)的方法，能觀察到大腦在不同時(shí)間段的活動(dòng)情況。但是它的局限性也很大，比如時(shí)間和空間分辨率不高。

一般來說，現(xiàn)在的核磁技術(shù)是以秒為單位的，它能觀察到每一秒大腦的變化，但是人類的思維可能是快于秒的，比如突然迸發(fā)的想法，以及遇到突發(fā)的事故，人們可以一剎那間做出的反應(yīng)。在測量毫秒級(jí)甚至微秒級(jí)時(shí)的大腦活動(dòng)情況，核磁技術(shù)就顯得力不從心了。

而且對(duì)于空間分辨率來說，雖然隨著磁場強(qiáng)度的增加，核磁的分辨率能提高，但是也遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)到不了看清楚細(xì)胞這個(gè)級(jí)別的組織的分辨率。

如果到不了細(xì)胞水平，就面臨著這樣的問題。核磁能知道大概的腦區(qū)干了什么，但是不能了解腦區(qū)中是哪些細(xì)胞干了這些事情，不同的細(xì)胞之間又干了什么事。同時(shí)核磁也有不確定性，它是根據(jù)血流量和耗氧量來計(jì)算腦的活動(dòng)水平的，所以如果血流不好，結(jié)果就會(huì)出現(xiàn)很大的偏差，影響最終結(jié)論。

目前核磁還是相對(duì)比較好的方法，因?yàn)樗粫?huì)損傷人體組織，是非損傷性的。其他的如雙光子技術(shù)、多電極陣列都是有損傷的。這就帶來一個(gè)問題，結(jié)論里得出的癥狀，到底是損傷帶來的還是病理帶來的。

這些技術(shù)上的局限，都制約了人們對(duì)大腦的進(jìn)一步認(rèn)知。

在羅躍嘉看來，對(duì)于大腦的研究，可能不但需要理論的進(jìn)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(dòng)態(tài)腦的基礎(chǔ)，所以技術(shù)設(shè)備研發(fā)也不容忽視。

“研究的進(jìn)步，是和技術(shù)聯(lián)系在一起的，就像我們要去研究火星，首先要建造一艘能夠到達(dá)火星的飛船?！?羅躍嘉說。

“人腦活動(dòng)圖”計(jì)劃的底氣

北京大學(xué)心理學(xué)系教授沈政告訴記者，其實(shí)，奧巴馬政府提出“人腦活動(dòng)圖”計(jì)劃并不是一時(shí)地心血來潮，而是有了一定的技術(shù)、人才儲(chǔ)備和研究積累。

“早在2008年、2009年，關(guān)于神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的一些相應(yīng)的研究已經(jīng)開始?！鄙蛘f。

2010年，美國政府啟動(dòng)了一個(gè)叫做“人腦連接組計(jì)劃”的項(xiàng)目，計(jì)劃通過掃描1200名健康成年人，其中包括300對(duì)雙胞胎的大腦，比較他們大腦各區(qū)域神經(jīng)連接的共同點(diǎn)以及不同點(diǎn)，繪制出不同大腦區(qū)域之間的主線路圖，然后揭示這些連接在個(gè)體間的不同所導(dǎo)致認(rèn)知和行為方面的差異。當(dāng)時(shí)，美國國家衛(wèi)生研究院出資3850萬美元，華盛頓大學(xué)等4所大學(xué)接下了這個(gè)艱巨任務(wù)。這幾年該項(xiàng)目已經(jīng)有了一些研究成果。

“現(xiàn)在的‘人腦活動(dòng)圖’計(jì)劃就是在這個(gè)基礎(chǔ)上發(fā)展的?！鄙蛘硎尽?/p>

另外，美國其他一些研究項(xiàng)目的研究也將大力推動(dòng)該項(xiàng)目的進(jìn)程。前幾年，對(duì)大腦研究頗有興趣的微軟聯(lián)合創(chuàng)始人保羅·艾倫投資1億美元，資助了小鼠腦圖譜的繪制。2006年，科學(xué)家已經(jīng)繪制出了小鼠大腦2.1萬個(gè)基因的三維圖。在人腦研究方面，雖然使用鼠腦有很多缺陷，但由于老鼠和人類的基因組90%相似，所以仍然對(duì)人類大腦研究提供了重要資源。

不過沈政告訴記者，與先前的一些研究項(xiàng)目相比，奧巴馬政府的這項(xiàng)計(jì)劃更加強(qiáng)調(diào)腦科學(xué)研究在臨床治病救人中的實(shí)際作用。

歐美角逐戰(zhàn)略制高點(diǎn)

目前，在人類腦科學(xué)領(lǐng)域做出戰(zhàn)略性部署的并不是只有美國。實(shí)際上，歐盟已經(jīng)先于美國開始了行動(dòng)。

2005年，在瑞士洛桑聯(lián)邦高等理工學(xué)院神經(jīng)學(xué)家亨利·馬克拉姆的倡導(dǎo)下，以“從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)逆向模擬哺乳動(dòng)物的大腦”為目的的“藍(lán)腦計(jì)劃”成形。2009年，他進(jìn)一步提出了“用超級(jí)計(jì)算機(jī)構(gòu)造大腦”，目的是利用有關(guān)大腦內(nèi)部運(yùn)作的最佳研究成果，通過先進(jìn)的計(jì)算機(jī)復(fù)制出人類大腦，這讓他在人腦研究領(lǐng)域逐步成為炙手可熱的人物，2013年1月23日，歐盟委員會(huì)贊助了他充滿野心的夢想，啟動(dòng)“人類大腦工程”。

根據(jù)歐盟2010-2012年的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，將1/3的歐洲人患有腦部疾病或與人腦相關(guān)的病患，例如每年有1.5億的人遭受頭疼的侵?jǐn)_，6900萬人焦慮，4500萬人失眠，3300萬人情緒異常。研究估計(jì)，上述這種狀況每年將會(huì)給歐洲帶來8000億歐元的經(jīng)濟(jì)損失。 而“人腦工程”將收集現(xiàn)有臨床數(shù)據(jù)，挖掘生物模式，從而找出導(dǎo)致腦部疾病的原因，做出更好的診斷和分類。

該計(jì)劃將在未來10年內(nèi)獲得10億多歐元的經(jīng)費(fèi)。而亨利·馬克拉姆所在的洛桑聯(lián)邦高等理工學(xué)院，就是人類大腦工程技術(shù)核心機(jī)構(gòu)。同時(shí)，該項(xiàng)目也將由亨利·馬克拉姆牽頭，由來自世界各地的87個(gè)研發(fā)團(tuán)隊(duì)共同實(shí)施。

根據(jù)計(jì)劃，該項(xiàng)目的研究人員需將人類大腦切成8000片，而后利用高性能掃描儀進(jìn)行數(shù)字化處理，繪制人腦詳圖；同時(shí)利用超級(jí)計(jì)算機(jī)描繪和模擬大腦所需的海量數(shù)據(jù)，最后將成千上萬的神經(jīng)元模型形成局部模型，組裝為一個(gè)可正常運(yùn)轉(zhuǎn)的、完整的人類大腦模型。

盡管同樣是研究大腦，同樣是投入巨大資金，同樣是計(jì)劃耗時(shí)10年。但歐洲的“人類大腦工程”和美國的“大腦活動(dòng)圖”計(jì)劃，有著本質(zhì)的區(qū)別。

“歐洲人是要利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)，精確地模擬人類大腦數(shù)千億神經(jīng)細(xì)胞實(shí)現(xiàn)人工智能。但美國人是要開發(fā)一種可以將大腦神經(jīng)細(xì)胞活動(dòng)視覺化的顯微技術(shù)，弄懂大腦工作的原理，找到治療各種大腦疾病的方法?！鄙蛘硎尽?/p>

近些年，歐洲的德國、英國、瑞士等國家也都不甘落后，先后推出了本國的神經(jīng)科學(xué)研究計(jì)劃。不過就目前而言，美國和歐盟是現(xiàn)在腦科學(xué)研究爭戰(zhàn)的主角，他們雙方都希望率先搶占腦科學(xué)研究戰(zhàn)略制高點(diǎn)，從而在未來高科技競爭中搶占先機(jī)。

“現(xiàn)在是太空競賽以來，美國的研發(fā)水平達(dá)到新高度的時(shí)候了?！眾W巴馬表示。而在歐盟“人腦工程”的專網(wǎng)上，則這樣寫道：“2020年到2030年，治療腦血管疾病和腦啟發(fā)計(jì)算的經(jīng)濟(jì)將是世界經(jīng)濟(jì)增長的主要驅(qū)動(dòng)力。如果歐洲想建立一個(gè)強(qiáng)有力的競爭地位，必須現(xiàn)在開始行動(dòng)了?！?/p>

批評(píng)、非議及挑戰(zhàn)

根據(jù)目前的設(shè)計(jì)， 美國的“人腦活動(dòng)圖”計(jì)劃預(yù)計(jì)耗時(shí)10年、耗資逾30億美元。也正是因?yàn)檫@樣，奧巴馬的這一雄心遭受了美國國內(nèi)不少批評(píng)人士的非議和責(zé)難。同時(shí)，一些科學(xué)家表示，與繪制基因圖譜相比，繪制人腦活動(dòng)圖挑戰(zhàn)要大得多。

“實(shí)際上，他們目前的這個(gè)計(jì)劃也還只是一個(gè)概念性的洞悉，未來具體該怎么去做，還不是很清楚，這個(gè)接下來還需要眾多科學(xué)家的群策群力。”中國科學(xué)院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所研究員雷皓在接受記者采訪時(shí)說。

歐洲的“人類大腦工程”同樣也受到一些人的非議和懷疑，不少研究人員認(rèn)為該研究項(xiàng)目提出了完全模擬人腦的“驚人目標(biāo)”似乎并不現(xiàn)實(shí)。

“不管怎么做，都沒有辦法做到完全模擬人腦，人腦實(shí)在是太復(fù)雜了，其復(fù)雜程度是其他任何器官都無法比擬的?！?中國科學(xué)院心理研究所研究員尹文剛表示，人腦的細(xì)胞數(shù)量多達(dá)上千億個(gè)，幾乎相當(dāng)于整個(gè)銀河系星體總數(shù)，另外大腦的活動(dòng)一直是動(dòng)態(tài)的，人類要想解析出其全部的秘密幾乎就是一項(xiàng)無法完成的任務(wù)。況且是由人類自身來研究自己的大腦，從哲學(xué)上說不管怎么樣都會(huì)受到思維定勢的干擾。而在另外一個(gè)方面，當(dāng)前人類還沒有研制出具有這樣的處理能力的計(jì)算機(jī)。

醉翁之意不在酒

奧巴馬也坦承，該項(xiàng)目是美國在21世紀(jì)的大挑戰(zhàn)。不過，對(duì)于這一項(xiàng)目，奧巴馬似乎有些醉翁之意不在酒。 尹文剛認(rèn)為，剛剛開始第二任期的奧巴馬，是在把解開大腦之謎作為美國科技發(fā)展的重點(diǎn)，并欲借此振興美國低迷的經(jīng)濟(jì)。

“在人類基因圖譜的研究中，我們每投入1美元，都獲得了140美元的回報(bào)?！眾W巴馬表示。他這么說并不是信口開河，美國聯(lián)邦政府一項(xiàng)分析該計(jì)劃影響的研究指出，美國人類基因計(jì)劃耗資38億美元，截至2010年，美國已獲得8000億美元回報(bào)。同樣，奧巴馬認(rèn)為“人腦活動(dòng)圖”計(jì)劃也將為美國帶來豐厚的回報(bào)。

腦科學(xué)領(lǐng)域的專家認(rèn)為，美歐龐大的腦科學(xué)戰(zhàn)略計(jì)劃不管未來進(jìn)展到什么程度，它對(duì)人類腦科學(xué)尤其是神經(jīng)方面的認(rèn)知將會(huì)前進(jìn)一大步，對(duì)一些神經(jīng)性疾病的臨床治療也將會(huì)起到積極的推動(dòng)作用。