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中国“脑科学计划”即将上线 优势何在?

2015/11/05 来源:知识分子
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导读
时至今日,大脑依旧是人类认知的黑洞。人类大脑大约有1000亿个神经元,它们如何连接以及连接错误导致精神错乱或是出现严重的神经性疾病,目前人类并没有弄清楚其中的奥秘。紧接着,全球人口老龄化时代的到来,阿尔茨海默综合症、帕金森综合症以及亨廷顿综合症等神经衰退性疾病日益成为人类的健康负担,人类迫切地希望知道:大脑是如何工作的。


“我们无法忍受人类仍旧对大脑如何工作知之甚少”。20多年前,英国生物学家、DNA双螺旋结构的发现者之一弗朗西斯•克里克(Francis Crick)如此抱怨。

时至今日,大脑依旧是人类认知的黑洞。人类大脑大约有1000亿个神经元,它们如何连接以及连接错误导致精神错乱或是出现严重的神经性疾病,目前人类并没有弄清楚其中的奥秘。紧接着,全球人口老龄化时代的到来,阿尔茨海默综合症、帕金森综合症以及亨廷顿综合症等神经衰退性疾病日益成为人类的健康负担,人类迫切地希望知道:大脑是如何工作的。

两年前,欧美科研强国纷纷吹响了探索大脑奥秘的号角。2013年4月2日,美国总统奥巴马宣布启动脑科学计划(BRAIN Initiative),欧盟、日本随即予以响应,分别启动欧洲脑计划(The Human Brain Project)以及日本脑计划(Brain/Minds Project),国内科研圈亦对此反响强烈,就在大家原本以为中国脑计划也会提上议程时,激烈的讨论之后却是归于平静。

直到最近,“中国脑计划”终于有了上线的时间表。2015年10月24日,在深圳国际基因组学大会上,根据中国科学院神经科学研究所所长、中国科学院外籍院士蒲慕明的报告介绍,“中国脑计划(China Brain Project)”不久会公布。

“中国脑计划”:脑科学与类脑研究

据了解,“中国脑计划”的名称为“脑科学与类脑科学研究”(Brain Science and Brain-Like Intelligence Technology),主要有两个研究方向:以探索大脑秘密、攻克大脑疾病为导向的脑科学研究以及以建立和发展人工智能技术为导向的类脑研究。

这项由中国科技部、国家自然基金委牵头的脑科学计划,在经过国内专家2年时间内数次讨论及论证后,于2015年年初已向主管部门提交,预计中国脑计划很快会启动,最晚可能不会迟于2016年。根据蒲慕明介绍,该计划将作为我国六个长期科学项目工程中的一个重要项目,长期资助,资助时间长达15年(2016-2030年),至于资助力度有多大,目前尚不得知。

“中国脑计划”主要解决大脑三个层面的认知问题:1)大脑对外界环境的感官认知,即探究人类对外界环境的感知,如人的注意力、学习、记忆以及决策制定等;2)对人类以及非人灵长类自我意识的认知,通过动物模型研究人类以及非人灵长类的自我意识、同情心以及意识的形成;3)对语言的认知,探究语法以及广泛的句式结构,用以研究人工智能技术。


中国脑计划分为脑科学以及类脑科学两部分

蒲慕明称,该计划有望帮助我们从大脑图谱到大脑认知(From Mapping to Understanding)这一过程有一个广泛的理解。我们不仅能区分大脑不同区域的细胞类型,同时对大脑不同区域的功能结构,大脑细胞之间的联结也有一个全方位的认识。大脑认知则体现在,有关大脑细胞形成节点的分子以及遗传因素,脑活动的形成以及行为产生的机理等方面。

脑计划对我国基础脑科学技术研究平台有很大的提升,这些技术体现在神经标记和神经环路示踪技术、大脑成像技术、神经调节技术、神经信息处理平台等方面。此外,该项目有望建立一个脑图像国家平台,一个有关大脑功能失调的血液生物库和大脑生物库以及大脑健康训练和教育中心,对于基础脑科学研究来说,由此带来的长尾效应非常明显。蒲慕明也强调,中国执行脑计划拥有诸多方面的优势,例如中国灵长类动物种类和数量都非常丰富,在非人灵长类脑疾病模型上也处于世界领先地位。

除了能促进基础脑科学外,“中国脑计划”有益我们对大脑疾病的探索。该计划一旦落实,未来我们有望通过分子、影像以及相关标记物,即可在大脑疾病的早期诊断和干预上发挥重要作用,通过大脑疾病的遗传、表观遗传以及病理性功能失调等方面的研究,掌握大脑疾病的发生机制。我们日常常见的脑功能障碍疾病,如自闭症、心理障碍、抑郁症、上瘾以及神经衰退性疾病阿尔茨海默综合症,帕金森等疾病是这项计划首先要攻克的目标。

类脑科学研究,则主要应用于人工智能技术的研发上。通过类人脑神经网络模型和计算方法的建立以及通过类脑计算、处理以及存储设备技术的研究,有助于我们对新一代人工智能机器以及类脑机器人等项目的开发。尽管包括霍金、比尔•盖茨以及马克斯在内的业内知名人士,忧虑人工智能的发展,但是这没能阻止人工智能如火如荼地发展。“中国脑计划”对这一领域显然很重视,蒲慕明表示,这一领域多学科的结合能更好地理解脑科学以及人工智能技术。

事实上,上海脑计划已先于“中国脑计划”启动。2015年3月27日,由上海科委主导,由复旦大学等十多家单位共同参与的“上海脑科学与类脑智能发展愿景”项目顺利启动。根据复旦大学类脑人工智能科学与技术研究院院长冯建峰在“2015浦江创新论坛”上表示,上海脑计划未来主要目标在如下几个方面:解析复杂数据、模拟脑工作,探究记忆、学习、决策等原理,模拟智能交互,大数据挖掘,智能医疗诊断等方面。如此看来,上海脑计划与即将出炉的“中国脑计划”的发展目标如出一辙。

欧美及日本雄心勃勃的脑计划

两年前,美国政府受人类基因组计划影响,启动探索人类大脑奥秘的脑计划,其全称为“通过推动创新型神经技术开展大脑研究”计划,该项目旨在通过创新型技术的开发以及应用,从而能更好地理解大脑的功能特征,帮助人类攻克阿尔兹海默综合症、帕金森综合症以及其他大脑顽疾。该计划去年获得美国国立卫生研究院(NIH)4600万美元的资助后,今年10月1日,第二轮8500万美元的资助计划也已启动。

欧洲脑计划紧随美国之后启动,该计划联合欧洲26个国家、数百个实验室,预计耗时10年,耗资12亿欧元。事实上,早在2005年,由瑞士科学家Henry Markram牵头的蓝脑计划(Blue Brain Project)就已启动。不过欧洲大陆的脑科学研究由蓝脑计划过渡到脑计划并非顺风顺水,很多科学家批评欧洲脑计划顶层设计存在缺陷,因为目前我们仍缺乏神经元之间的联结数据以及很好的假设模型。此外,也有科学家担忧欧洲脑计划可能对其他基础科研经费获取方面产生不利影响。或许这些也是我国启动脑科学项目时值得借鉴的经验。

日本政府也对脑科学研究兴趣浓厚,紧随美国和欧盟之后,宣布启动日本脑计划。该计划为期10年,由日本理化学研究所(RIKEN)主导完成,旨在理解大脑如何工作以及通过建立动物模型,研究大脑神经回路技术,从而更好地诊断以及治疗大脑疾病。

脑科学研究是一个涉及多种学科融合、多个部门合作的大科学项目。它对我们更好地了解人类的大脑如何工作,认识人类心理,以及神经性疾病大有裨益。相信不久的未来,紧绷在很多神经生物学家心里的“克里克的拷问”会得到释然,我想那一刻也是人类攻克神经性疾病的时候。也许我们不知道这究竟需要多长时间,至少人类已经踏上探索大脑奥秘的漫漫征途。

资料:各国脑计划网站

美国的脑计划:http://braininitiative.nih.gov/

欧洲的大脑计划:https://www.humanbrainproject.eu/

日本脑计划:http://brainminds.jp/en/

大脑连接组:http://www.humanconnectome.org/

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