科学向人脑开战

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人类的大脑是个复杂的“小宇宙”，至今，我们依旧对其知之甚少。奥巴马政府推出将耗时10年、投资数十亿美元的“人脑活动图”计划，它能助我们找到打开大脑秘密的钥匙吗？

人类的大脑是个复杂的“小宇宙”，至今，我们依旧对其知之甚少。

根据已有的研究和认识，构成人脑的脑细胞由神经元（也称之为神经细胞）和神经胶质细胞构成，其中神经元负责处理和储存与脑功能相关的信息。脑科学家研究发现，神经元之间通过连接，构成了一个高度复杂的大脑结构网络。越来越多的证据表明，这个复杂而庞大的网络是大脑进行信息处理和认知表达的生理基础。

并且，人们越来越相信，我们自身的许多脑疾病，从精神分裂症到抑郁症，到创伤后应激障碍等，以及老年痴呆症和帕金森综合征等疾病，都与大脑连接性的失调有关。因此，科学家一直在努力探索大脑的奥秘。

奥巴马的雄心

奥巴马政府现在雄心勃勃，4月上旬推出探索人类大脑工作机制、绘制脑活动全图的研究计划。这一计划将耗时10年、投资数十亿美元，可与人类基因组计划相媲美。而此前，欧盟已经宣布了在未来10年投资10亿多欧元的“人类大脑工程”。

在奥巴马看来，人类脑科学研究的落后是一件比较尴尬的事情。“作为人类，我们能够确认数光年外的星系，我们能研究比原子还小的粒子，但我们仍无法揭示两耳间三磅重物质（指大脑）的奥秘。”4月2日，奥巴马会见科学家时表示。

但是未来，有了比较精确的人类大脑活动图以后，医疗专家就可以把患者的脑部活动状况与数据库中的大脑活动图进行比较，这就使医生可能检测出病人大脑里的关键差异，从而诊断出疾病并进行治疗。另外，它还将为人工智能领域的更大进展铺平道路。

奥巴马说，绘制人类基因组图谱改变了遗传学，现在他希望绘制人脑活动图也能有类似的科学作用。

有人作了一个形象的比喻，如果将大脑比作一个城市，那么目前的技术，只能使我们看到这个城市的大概轮廓，却无法了解里面发生了什么。美国布朗大学神经科学教授约翰・当纳格是该计划的一名核心成员。“最令我感兴趣和困惑不解的问题就是大脑如何将思想转化为行动？尽管大脑成像技术以及基于细胞的研究为大脑工作机制提供了一些洞见，但对于大脑深层工作原理，我们仍然了解得不深。”当纳格说。而现在，他们希望得到一些答案。

想法、感情乃至行动都可以观察清楚

奥巴马批准的这个浩大的工程，全称叫做“利用先进创新神经技术研究脑部计划”，“人脑活动图”计划是它的简称。该工程2014年开始，计划用10年时间完成，奥巴马政府将从2014财年的政府预算中，拨出大约1亿美元启动这项工程。

美国官方公布的信息显示，该工程的参与者包括国家卫生研究院、国防部高级研究项目局、国家科学基金会等联邦机构，霍华德・休斯医学研究所、艾伦脑科学研究所等私营机构，以及神经学家和纳米科学家组成的团队，他们将共同推进对人类大脑近千亿神经细胞的理解，加深对感知、行为以及意识的研究。

根据“人脑活动图”计划的概述，该项目就是想为我们的大脑绘制一幅导航的示意图，每一种想法从何而来，如何转化为行动，都将在图上标明。

哥伦比亚大学神经科学教授拉斐尔・尤思蒂表示，该计划最终绘制的并非是静态示意图，而更像是一个高分辨率的视频。通过这幅动态图，单个的神经元受到刺激时做出什么反应，和其他神经元怎样互动，最终这些是如何转变为想法、感情乃至最后的行动的，都可以观察得一清二楚。

但是研究动态的大脑并不容易。“现在有手段可以做这些研究，但是远不够精确。” 北京师范大学脑与认知科学研究院院长罗跃嘉说，比如核磁是目前研究大脑最安全、最先进的方法，能观察到大脑在不同时间段的活动情况。但是它的局限性也很大，比如时间和空间分辨率不高。

一般来说，现在的核磁技术是以秒为单位的，它能观察到每一秒大脑的变化，但是人类的思维可能是快于秒的，比如突然迸发的想法，以及遇到突发的事故，人们可以一刹那间做出的反应。在测量毫秒级甚至微秒级时的大脑活动情况，核磁技术就显得力不从心了。

而且对于空间分辨率来说，虽然随着磁场强度的增加，核磁的分辨率能提高，但是也远远达到不了看清楚细胞这个级别的组织的分辨率。

如果到不了细胞水平，就面临着这样的问题。核磁能知道大概的脑区干了什么，但是不能了解脑区中是哪些细胞干了这些事情，不同的细胞之间又干了什么事。同时核磁也有不确定性，它是根据血流量和耗氧量来计算脑的活动水平的，所以如果血流不好，结果就会出现很大的偏差，影响最终结论。

目前核磁还是相对比较好的方法，因为它不会损伤人体组织，是非损伤性的。其他的如双光子技术、多电极阵列都是有损伤的。这就带来一个问题，结论里得出的症状，到底是损伤带来的还是病理带来的。

这些技术上的局限，都制约了人们对大脑的进一步认知。

在罗跃嘉看来，对于大脑的研究，可能不但需要理论的进步，还需要技术设备的同步更新。目前来看，技术手段还不足以支撑起研究动态脑的基础，所以技术设备研发也不容忽视。

“研究的进步，是和技术联系在一起的，就像我们要去研究火星，首先要建造一艘能够到达火星的飞船。” 罗跃嘉说。

“人脑活动图”计划的底气

北京大学心理学系教授沈政告诉记者，其实，奥巴马政府提出“人脑活动图”计划并不是一时地心血来潮，而是有了一定的技术、人才储备和研究积累。

“早在2008年、2009年，关于神经元网络的一些相应的研究已经开始。”沈政说。

2010年，美国政府启动了一个叫做“人脑连接组计划”的项目，计划通过扫描1200名健康成年人，其中包括300对双胞胎的大脑，比较他们大脑各区域神经连接的共同点以及不同点，绘制出不同大脑区域之间的主线路图，然后揭示这些连接在个体间的不同所导致认知和行为方面的差异。当时，美国国家卫生研究院出资3850万美元，华盛顿大学等4所大学接下了这个艰巨任务。这几年该项目已经有了一些研究成果。

“现在的‘人脑活动图’计划就是在这个基础上发展的。”沈政表示。

另外，美国其他一些研究项目的研究也将大力推动该项目的进程。前几年，对大脑研究颇有兴趣的微软联合创始人保罗・艾伦投资1亿美元，资助了小鼠脑图谱的绘制。2006年，科学家已经绘制出了小鼠大脑2.1万个基因的三维图。在人脑研究方面，虽然使用鼠脑有很多缺陷，但由于老鼠和人类的基因组90%相似，所以仍然对人类大脑研究提供了重要资源。

不过沈政告诉记者，与先前的一些研究项目相比，奥巴马政府的这项计划更加强调脑科学研究在临床治病救人中的实际作用。

欧美角逐战略制高点

目前，在人类脑科学领域做出战略性部署的并不是只有美国。实际上，欧盟已经先于美国开始了行动。

2005年，在瑞士洛桑联邦高等理工学院神经学家亨利・马克拉姆的倡导下，以“从实验数据逆向模拟哺乳动物的大脑”为目的的“蓝脑计划”成形。2009年，他进一步提出了“用超级计算机构造大脑”，目的是利用有关大脑内部运作的最佳研究成果，通过先进的计算机复制出人类大脑，这让他在人脑研究领域逐步成为炙手可热的人物，2013年1月23日，欧盟委员会赞助了他充满野心的梦想，启动“人类大脑工程”。

根据欧盟2010-2012年的数据统计，将1/3的欧洲人患有脑部疾病或与人脑相关的病患，例如每年有1.5亿的人遭受头疼的侵扰，6900万人焦虑，4500万人失眠，3300万人情绪异常。研究估计，上述这种状况每年将会给欧洲带来8000亿欧元的经济损失。 而“人脑工程”将收集现有临床数据，挖掘生物模式，从而找出导致脑部疾病的原因，做出更好的诊断和分类。

该计划将在未来10年内获得10亿多欧元的经费。而亨利・马克拉姆所在的洛桑联邦高等理工学院，就是人类大脑工程技术核心机构。同时，该项目也将由亨利・马克拉姆牵头，由来自世界各地的87个研发团队共同实施。

根据计划，该项目的研究人员需将人类大脑切成8000片，而后利用高性能扫描仪进行数字化处理，绘制人脑详图；同时利用超级计算机描绘和模拟大脑所需的海量数据，最后将成千上万的神经元模型形成局部模型，组装为一个可正常运转的、完整的人类大脑模型。

尽管同样是研究大脑，同样是投入巨大资金，同样是计划耗时10年。但欧洲的“人类大脑工程”和美国的“大脑活动图”计划，有着本质的区别。

“欧洲人是要利用现有数据，精确地模拟人类大脑数千亿神经细胞实现人工智能。但美国人是要开发一种可以将大脑神经细胞活动视觉化的显微技术，弄懂大脑工作的原理，找到治疗各种大脑疾病的方法。”沈政表示。

近些年，欧洲的德国、英国、瑞士等国家也都不甘落后，先后推出了本国的神经科学研究计划。不过就目前而言，美国和欧盟是现在脑科学研究争战的主角，他们双方都希望率先抢占脑科学研究战略制高点，从而在未来高科技竞争中抢占先机。

“现在是太空竞赛以来，美国的研发水平达到新高度的时候了。”奥巴马表示。而在欧盟“人脑工程”的专网上，则这样写道：“2020年到2030年，治疗脑血管疾病和脑启发计算的经济将是世界经济增长的主要驱动力。如果欧洲想建立一个强有力的竞争地位，必须现在开始行动了。”

批评、非议及挑战

根据目前的设计， 美国的“人脑活动图”计划预计耗时10年、耗资逾30亿美元。也正是因为这样，奥巴马的这一雄心遭受了美国国内不少批评人士的非议和责难。同时，一些科学家表示，与绘制基因图谱相比，绘制人脑活动图挑战要大得多。

“实际上，他们目前的这个计划也还只是一个概念性的洞悉，未来具体该怎么去做，还不是很清楚，这个接下来还需要众多科学家的群策群力。”中国科学院武汉物理与数学研究所研究员雷皓在接受记者采访时说。

欧洲的“人类大脑工程”同样也受到一些人的非议和怀疑，不少研究人员认为该研究项目提出了完全模拟人脑的“惊人目标”似乎并不现实。

“不管怎么做，都没有办法做到完全模拟人脑，人脑实在是太复杂了，其复杂程度是其他任何器官都无法比拟的。” 中国科学院心理研究所研究员尹文刚表示，人脑的细胞数量多达上千亿个，几乎相当于整个银河系星体总数，另外大脑的活动一直是动态的，人类要想解析出其全部的秘密几乎就是一项无法完成的任务。况且是由人类自身来研究自己的大脑，从哲学上说不管怎么样都会受到思维定势的干扰。而在另外一个方面，当前人类还没有研制出具有这样的处理能力的计算机。

醉翁之意不在酒

奥巴马也坦承，该项目是美国在21世纪的大挑战。不过，对于这一项目，奥巴马似乎有些醉翁之意不在酒。 尹文刚认为，刚刚开始第二任期的奥巴马，是在把解开大脑之谜作为美国科技发展的重点，并欲借此振兴美国低迷的经济。

“在人类基因图谱的研究中，我们每投入1美元，都获得了140美元的回报。”奥巴马表示。他这么说并不是信口开河，美国联邦政府一项分析该计划影响的研究指出，美国人类基因计划耗资38亿美元，截至2010年，美国已获得8000亿美元回报。同样，奥巴马认为“人脑活动图”计划也将为美国带来丰厚的回报。

脑科学领域的专家认为，美欧庞大的脑科学战略计划不管未来进展到什么程度，它对人类脑科学尤其是神经方面的认知将会前进一大步，对一些神经性疾病的临床治疗也将会起到积极的推动作用。