揭開人腦奧秘需繪制三種圖譜

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腦是神經系統的高位中樞，是自然界最復雜的事物。我們能否揭開人腦的奧秘？這個問題歷來有兩種見解。一種認為人腦無法完全理解人腦，就好像人不能抓住自己的頭發把身體從地面上提起來。從客觀角度講，人腦中的神經元數量龐大、結構錯綜復雜，其功能與普通細胞有本質的區別，加上人類又不能對自己的腦進行有創傷的研究，腦科學的進展比其他領域更加艱難。另一種見解則認為人類對未知世界的探索永無止境，腦科學的研究成果正在快速增長，總有一天積累到徹底理解大腦的水平。這兩種見解孰是孰非，只有時間能給出答案。

自從西班牙解剖學家卡哈爾創建“神經元學說”，腦科學已經誕生了100余年。這100余年中，約1/5的諾貝爾生理學及醫學獎頒給了腦科學領域的科學家。《自然》雜志邀請全球科學家提出的125個當代最受關注的科學問題中，18個屬于腦科學。為了促進腦科學的發展，各國政府紛紛制定腦科學研究計劃：美國國立衛生院2010年啟動 “人類連接組”腦研究計劃， 2013年又啟動了“通過推動創新型神經技術開展大腦研究”計劃；歐盟2013年啟動腦科學研究計劃，旨在建立用于模擬和理解人類大腦所需的超級計算技術平臺；日本腦科學研究計劃2014年啟動，目標是加快對人類大腦疾病尤其是神經退行性疾病的研究。

2015年，經過多次論證的“中國腦計劃”被列入我國“十三五”規劃綱要。中國腦計劃以腦認知原理為研究主體，以腦重大疾病診治和類腦智能研發為兩翼。與歐、美、日等國啟動的腦科學研究計劃相比，中國腦計劃所包含的內容更廣泛，更關注社會需求。承擔中國腦計劃的研究任務的單位主要分布于中科院的相關研究所，985、211高校的相關院系，教學醫院的醫學研究中心。2018年，北京與上海的腦科學與類腦研究中心相繼成立，成為腦科學研究的重要基地。

腦認知原理是中國腦計劃的研究主體，也是人類認識自我、理解自然的終極挑戰。它需要從不同層面，從行為到神經系統和回路，再到細胞和分子對認知過程進行解釋。由于腦成像技術和分子與細胞生物學的快速發展，在宏觀和微觀層面上對腦的理解已經取得了很大的進展，偏偏在宏觀和微觀層面之間存在很大漏洞，我們不知道神經元如何在大腦的不同區域組裝成神經回路，也不知道神經回路在特定的認知過程和行為中到底發揮什么作用。

要想解決上述問題，必須繪制出三種圖譜：一是“細胞類型圖譜”，也就是說要鑒定各種神經細胞的類型并確定它們在腦中各個區域的分布；二是“連接圖譜”，即連接組，也就是要確認腦中所有神經元相互之間的連接關系；三是“活動圖譜”，也就是腦中與特定狀態或功能相聯系的所有神經元的放電模式的圖譜。這三份圖譜互相比對，我們才能夠充分理解腦認知的神經環路。樂觀地估計，未來20年，科學家能獲得某些模型動物（如小鼠）的上述圖譜，進而加深對人類認知過程的理解。

腦重大疾病診治是中國腦計劃的一翼，也是未來社會的迫切需要。以阿爾茨海默癥為例，我國患者總數在不斷增加。科學家正在深入研究其病因和發病機制，對該病進行早期診斷、精細分型和針對性治療。帕金森病、精神分裂、抑郁癥、藥物成癮等疾病的診治也是中國腦計劃的研究熱點。類腦智能研發是中國腦計劃的另一翼，就是大家熟知的人工智能（AI），用機器模擬和拓展人類的智能并應用于生產生活的各個領域。很多人認為AI是危險的，類人機器人會取代我們的工作甚至統治人類。科技本就是一把雙刃劍，如果能夠建立有效機制來確保這些技術只被應用于對人類有益的方面，我們就無需擔心被AI所奴役。

（作者系華中師范大學副教授、湖北省生理學會理事）

標簽： 研究計劃 認知過程 神經回路