科学“读心术”

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就像人类基因组图谱一样，人脑活动图谱也十分复杂而深奥，因为它其实是一些数据的图示，得借助专门的电脑软件才能“读懂”。把我们的脑部活动和这个图谱进行对比，就知道我们的所思所想。

科学家已经能对许多自然现象进行预测。比如，明天会不会下雨，明年小行星会不会撞击地球，某地的活火山会不会在下个月爆发。但是，科学家却很难预测一个人在下一分钟想什么：他会产生一个积极的想法，还是会冒出一个罪恶的念头？科学家的共识是，自然界中最复杂、最难研究的不是外在的东西，而是内在的东西，那就是人类的思维。科学家认为，如果能绘制出人脑活动图谱，就可以了解人脑的运行机理，从而可以监测人们的思维活动，也可以检测脑部疾病。

人类脑计划

2011年9月，在英国召开的一次科学会议上，美国哈佛大学分子遗传学家乔治・丘奇和哥伦比亚大学神经科学家拉斐尔・尤斯特的一份提议引起了广泛关注。该提议内容是：通过合作来开发一些新技术，用于追踪人脑各个区域的活动，最终达到可以测量每一个神经细胞活动的水平。此后，不少科学家开始宣传这项提议，最终引起了美国政府的关注。

2013年初，美国总统奥巴马宣布，美国政府将“推进创新神经技术脑研究计划”（简称“人类脑计划”）。2013年9月，美国国家卫生研究院宣布，在2014财年将重点资助9个人脑研究领域。这是美国推出人类脑计划后，相关政府科研机构首次公布具体研究与实施细节。美国采取“集中力量办大事”的思路，吸纳公立和私营的科研机构共同参与人类脑计划。多家联邦公立机构将为此计划拨款。例如，美国国家科学基金会将提供2000万美元，用于开发分子尺度的探测装置，力争能感知并记录神经网络活动，并通过“大数据”技术增进对人脑思维、情感、记忆等活动的理解。

美国军方也参与其中。美国国防部高级研究项目局计划投入5000万美元，着重开发一系列能捕捉、处理神经元和染色体活动状态的工具，建立相应的信息处理系统和修复机制，以期在士兵遭遇应激压力、脑损伤、记忆损失等问题时协助诊断和治疗。私营机构中的一些相关研究项目也纳入到人类脑计划中，例如，艾伦脑科学研究所每年将提供6000多万美元用于开展探索人脑活动的研究项目。霍华德・休斯医学研究所有一片研究神经网络的科技园区，每年将提供至少3000万美元的资助。

虽然人类脑计划目前由美国科学界主导，但是大多数神经科学家认为，这项研究不可能由美国“吃独食”。就像人类基因组计划当时由美国科学家主导一样，庞大而复杂的人类脑计划最终还得靠中国、英国、日本、德国、加拿大等多国科学家合作完成。

人脑活动图谱

在人类脑计划中，一个核心的内容就是绘制人脑活动图谱（英文简称为BAM）。或许不少人会误解人脑活动图谱就是人脑的三维图像，其实描绘人脑的“外貌”并不困难。人脑活动图谱中最困难的部分是“活动”，主要是“记录每一个神经环路中每一个神经元的每一个锋电位”。也就是说，要记录每个脑部位中各个神经细胞的活动情况。最终完成的人脑活动图谱将展示人脑中每一个神经细胞的活动模式，也会展示何种神经纤维在何时放电，以及各种神经活动是以何种方式同步发生的。

虽然人脑活动图谱名为图谱，但是它不是简简单单的一张图画，而是一个庞大数据库的集合，其中展示了人脑中的各种生物电活动。就像人类基因组图谱一样，人脑活动图谱也十分复杂而深奥，我们是难以看懂的，甚至一些脑科学家也看不懂，因为它其实是一些数据的图示，得借助专门的电脑软件才能“读懂”。人脑活动图谱相当于一个标准，把我们的脑部活动和这个图谱进行对比，就知道我们的所思所想。

目前，科学家只能对人脑活动进行粗略的测量。他们可以通过一些仪器对人脑广阔区域的活动进行探测，或者测量单个或小群的神经细胞的活动。然而，这些仪器扫描人脑生成的是一些模糊的图像，缺乏对细节的描绘。聚焦于单个或小群的神经细胞，倒是能生成相对清晰一些的图像，但是这些图像用途不大，因为人类的思维活动是人脑多个区域共同合作的结果，涉及的神经细胞至少有几千个，复杂一点的思维活动则需要几百万个神经细胞和神经纤维来完成。

正因为目前的人脑扫描方法存在局限性，科学家希望开发出新的方法来直观地展现人脑的活动。这要求新型脑成像技术具有高时间、空间分辨率，并与电子探针、纳米技术等密切结合。绘制人脑活动图谱的方法与绘制人类基因组图谱的方法有些类似，那就是从局部到整体。人类基因组是从单个基因开始，然后延续到一些基因片段，最后连接成整个人类基因组图谱。同样，绘制人脑活动图谱得从神经细胞开始，然后延续到功能区域，最后扩展到人脑乃至整个神经系统。

尽管测绘人类人脑活动图谱是一项更艰巨的任务，但这一巨大的挑战是刺激新工具的研发以及跨学科的科学家通力协作所必需的。丘奇和尤斯特等人认为，人脑活动图谱相关技术的开发将分四个阶段：第一阶段，集中研发新影像工具，可以利用光去穿透脑组织，探测并操控细胞功能；第二阶段，通过利用新一代的电子探针，同时监测和操控大量的细胞；第三阶段，利用最新的纳米技术，对单个神经细胞内的活动进行实时汇报；第四阶段，利用人类基因组计划的相关模式，建立数据分析和共享系统，多国科学家合作绘制出完整的人脑活动图谱。

从动物到人类

由于科学和道德的原因，科学家开始将不会大规模进行人脑活动图谱的研究，而是从一些“模式动物”入手开发新技术，并积累相关研究经验。从科学的层面上来分析，任何科学研究都是循序渐进的，一些低等动物的脑要比人脑简单得多，它们的脑部活动图谱相对容易获得。从道德的层面来分析，新的脑部扫描技术可能存在一些潜在的危害，先对动物进行实验和观察，就可以逐步改进和完善相关技术，最终可以做到没有危害或者危害十分微小，这样应用到人脑扫描时就没有道德风险了。

根据人类脑计划的相关规划，科学家在5年以后才能完成对秀丽隐杆线虫脑部活动图谱的绘制。秀丽隐杆线虫是一种低等动物，它的脑部只有302个神经细胞和大约7000个神经节点。10年之后，科学家预期可以绘制拥有大约13万个神经细胞的果蝇的脑部活动图谱。15年后，预计可以观测更加复杂的斑马鱼的脑部活动，或老鼠脑部皮层中一些区域的活动。从这些规划可以看出，人类脑计划的研究任重而道远，20年内是难以完成对人脑活动图谱的绘制的。

为什么要研究脑部活动

在人类基因组计划实施之前，曾有人认为基因测序是白日梦，然而人类基因组图谱最终绘制成功，令基因科学出现了革命性的进步，也彻底让反对者“闭嘴”了。科学家进行脑科学研究，也是希望人类脑计划能使神经科学的技术发生变革，最终使人类对人脑功能的理解发生革命性变化。

人类脑计划的倡导者之一保罗・埃尔维赛特斯认为，人类脑计划的意义可与人类基因组计划相媲美。历时十多年的人类基因组计划让科学家完成了对人类基因组图谱的绘制，让人们可以从基因层面来认识人类的一些外貌、行为和疾病的产生原因，对研究人类行为和促进健康产生了深远的影响。人类脑计划的目标是探索人脑工作机制和绘制脑活动图谱。它也将和人类基因组计划一样，更加深入地探索人类行为的深层原因，并有利于促进人类神经系统的健康。

目前科学家还无法保证人脑活动图谱的实际应用，但是一旦成功，人脑活动图谱的应用将十分广泛。它可以告诉我们决策在人脑中是如何形成的，我们如何才能进行合理、正确的决策；它可以告诉我们非正常的想法和行为是怎样产生的，这样就可以有效地预防和治疗精神病，预测和减少犯罪行为和恐怖活动；它可以监测神经细胞和神经纤维的活动，发现即将或已经发生病变的脑部区域；它可以应用于人工智能领域，让科学家模拟人脑制造高端智能机器人。要实现上述目标，可能需要30年或许更长的时间。但是，将来人们必定可以享受到人脑活动图谱带来的好处。

（据《华兴时报》）