近幾年，全世界掀起腦科學(xué)的浪潮，這個浪潮在歐美、日本都引發(fā)了國家性的腦科學(xué)計劃。我們中國科學(xué)家在過去幾年中也做了很大的努力——積極推動中國腦計劃的啟動，中國科學(xué)院神經(jīng)科學(xué)研究所所長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，世界各國包括從歐盟開始到美國、日本，都啟動了大型的腦科學(xué)計劃。我們中國也很早就開始討論要有一個全國性的大型腦計劃，現(xiàn)在看來中國腦計劃有望在今年內(nèi)啟動。”
蒲慕明院士
中國腦計劃
中國腦計劃相比其他幾家國家的腦計劃會有所差別。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。這三個領(lǐng)域都在腦計劃范圍之內(nèi)，而且這個腦計劃是配合中國中長期科學(xué)的戰(zhàn)略規(guī)劃，計劃是到2035年。”
蒲慕明院士具體介紹道，前5年計劃，中國腦計劃主要是聚焦在基礎(chǔ)研究方面，包括在認知的神經(jīng)環(huán)路，與認知相關(guān)的很多疾病，如老年癡呆癥、抑郁癥、孤獨癥等都是將來腦計劃重點要研究的對象。另外就是和認知直接相關(guān)的人工智能。人工智能現(xiàn)在非常強大，在一些單一功能方面比人類要強的多。但是目前人工智能的現(xiàn)狀還是依賴于大數(shù)據(jù)跟強大的計算能力。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，在計算方法、機器學(xué)習(xí)的框架和模型上做大幅的改進，從而設(shè)計地更加節(jié)能有效，進而在小數(shù)據(jù)面前也能夠做出決策。將來，全世界的腦計劃都會朝著這一長遠的目標來發(fā)展。蒲慕明院士希望，通過中國腦計劃的設(shè)計，我國能夠在重要的前沿領(lǐng)域有一席之地。
挑戰(zhàn)機遇并存
中國腦計劃從討論到最終真正地落地，耗時之久周期之長，蒲慕明院士深有體會。他坦言，“我們研究的隊伍體量并不是很大，而且研究力量是分散的。比如說，我們有很大的優(yōu)勢是病人資源，全國各個大醫(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統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標準，只有做到標準的統(tǒng)一化，才能真正發(fā)揮我們的優(yōu)勢。所以腦計劃最大的挑戰(zhàn)是它不是一般的科研計劃，需要針對重大的問題形成團隊來攻關(guān)，而且重大的問題要目標明確。”
另外，中國在非人靈長類（猴類）的研究也是世界是領(lǐng)先的。非人靈長類的研究重要性不言而喻。因為各種腦疾病的藥物研發(fā)，現(xiàn)在面臨的最大問題就是動物模型用的是鼠。鼠跟人還差得很遠，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，很大的原因就是動物模型的問題。
所以，在蒲慕明院士看來，我們中國腦計劃很可能在這些優(yōu)勢領(lǐng)域會有重要的貢獻。
獼猴模式動物的成果
2017年11月27日，蒲慕明院士所帶領(lǐng)的中國科學(xué)院神經(jīng)科學(xué)研究所非人靈長類平臺迎來一個“大驚喜”：世界首例體細胞克隆猴“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?？寺『锏恼Q生意味著中國將率先建立起可有效模擬人類疾病的動物模型。利用克隆技術(shù)，可在一年時間內(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認知功能研究的迫切需要，又可廣泛應(yīng)用于新藥測試。
蒲慕明指出，以靈長類（獼猴）作為模式動物有兩個重點，一個就是它的高等認知功能。“在鼠上沒有的高等認知功能，我們可以在獼猴上研究，這有助于理解靈長類，包括人類它的高等認知功能。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)雜的社會行為，甚至我們語音交流比其他動物多得多。這些在鼠上實現(xiàn)比較困難，在猴上就容易地多。我們最近做了一個研究，就是把建立獼猴自我意識的模式。比如說訓(xùn)練獼猴能夠在鏡子里面認得是自己（自我意識的反應(yīng)），這樣我們就可以研究自我意識，進而理解比較高等認知功能的神經(jīng)基礎(chǔ)。”蒲慕明院士如是說道。
另外一個重點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可以研究的對象。所以說，高等認知功能的神經(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，目前國內(nèi)很多實驗室都在有神經(jīng)元分辨度的介觀層面關(guān)心神經(jīng)連接。因為醫(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)細胞連接。若要做到觀察到神經(jīng)細胞的連接，必須要在介觀層面達微米階層的分辨度。
目前，介觀層面腦圖譜在鼠上、斑馬魚上都做得很好。蒲慕明院士團隊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)連接圖譜作為一個大的目標，這需要全世界相關(guān)實驗室的共同合作。最終，我們希望通過這樣的獼猴神經(jīng)圖譜的繪制，中國科學(xué)家能夠推動全球國際的大科學(xué)計劃，就像人類基因組計劃一樣。這個目標很遙遠，但是這是一個可見的目標。”
未來5年腦科學(xué)藍圖
那么未來5年，腦科學(xué)會呈現(xiàn)怎樣的藍圖？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)包括研究認知功能的研究會有一些進展。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的環(huán)路等。第二，腦疾病的診斷治療會有一些突破。未來五年之內(nèi)，會研發(fā)出因為基因突變造成的腦疾病的動物模型，并以此研發(fā)出診斷、干預(yù)或治療這些疾病的方法。第三，類腦人工智能會有一些成果。新型腦機接口，不應(yīng)該是簡單地大腦控制機器，而是機器會反饋到大腦，進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，這樣才可以在一個領(lǐng)域內(nèi)有所建樹。不管研究問題大小，一定要堅持做下去、做成功。要是一次失敗，就泄氣，在做還可能會失敗，如此一來，年輕人就對研究科研沒有任何興趣了。所有對科學(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)會了溝通和解決問題的能力，這樣才會越做會好。
110102000668（1）號