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人脑之战

来源:重庆时报
摘要:“为解决老年痴呆症,我们的科学家正在测绘人类大脑图谱。2013年4月2日,奥巴马在白宫公布了人脑活动图工程研究计划的细节,向世界宣布,美国科学家要通过绘制人脑活动全图,了解人类大脑工作机制,破解人类大脑的秘密。雄心勃勃的“大脑活动地图”计划美国要在脑科学研究领域抢占战略制高点。这个浩大的工程,全称叫做“......

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“为解决老年痴呆症,我们的科学家正在测绘人类大脑图谱。”2013年2月18号,美国总统奥巴马发表国情咨文演讲时这样说道。

  2013年4月2日,奥巴马在白宫公布了人脑活动图工程研究计划的细节,向世界宣布,美国科学家要通过绘制人脑活动全图,了解人类大脑工作机制,破解人类大脑的秘密。

  雄心勃勃的“大脑活动地图”计划

  美国要在脑科学研究领域抢占战略制高点。

  这个浩大的工程,全称叫做“推进创新神经技术脑研究计划”,简称“大脑活动地图”计划。目的在于更好地理解大脑运行的机制,功能,治疗大脑疾病。

  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。工程2014年开始,用十年时间完成。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。

  美国私人和政府机构都将参与这个项目,该项目得到美国国家卫生研究院、国防部先进研究项目局、国家科学基金会共同支持。

  摘“皇冠上的宝石”

  此前,欧洲也发起了“人类大脑工程(HBP)”。

  人类的大脑,复杂程度及发挥的作用,是其他任何器官无法比拟的。

  深入研究人类大脑,意义重大。理解人脑的运行机制不但有助于帕金森氏症、阿尔茨海默氏症等脑部疾病的诊断和治疗,还可揭示人脑的高能效、高可靠性之谜,对人工智能研发具有重大意义。

  人脑科学,被誉为人类科学“皇冠上的宝石”。谁能率先摘得它,可以收获可观的经济和社会效益,能够在科学创新上占得先机。

  人脑神经元之间的秘密通道

  人类能够思考,讲话,运动,都是由大脑中数百亿神经元以及这些神经元间的连接来操控的。如果,人类要更深刻地了解自己,就必须知道这些神经元之间是怎样相互联系,是怎么样工作的。但是,迄今为止,我们对它们知之甚少。

  目前人类科学对于大脑和神经元的研究,集中在两个基本独立的单位层面上。

  使用核磁共振成像等技术测量大量神经元的集合,来认识大脑组织中能量消耗和变动的情况,可以很明确地看到大脑的活跃与沉寂部位。这样的测量,单位能够精确到厘米。属于宏观层面的认知。

  微米,则是神经元研究的另一个单位。这个层面的研究工作多是关于单个的神经元细胞的形态等等。这是对神经元微观层面的认知。

  看起来,从宏观到微观,我们对于神经元已经有了一些了解。但是,在这两个层面之间,还没有出现任何有价值的研究。

  打一个形象的比喻。

  你希望环游中国,手里有一份地图,标注了各个著名景点,省市的坐标,也有各地详细的居民社区图注,却没有连接这些地点的详细道路图。凭着这份没有道路的地图,环游全国恐怕很难。

  奥巴马所说的“大脑活动地图”,就是为这幅地图添加完整道路网。这样,旅行就能顺利。

  也就是说,绘制这幅人脑地图的科学家,将要找出神经元是如何共同处理信息的,相邻神经元之间有何种关联,它们如何相互交流。

  研究的另一个关键之处在于,这些研究只能在这些细胞存活的时候进行,而不是把它们切片后放在显微镜下观察。

  工具问题

  在技术上,这个计划实施的难度有多大?现在没人能说清楚。

  想要研究神经元的工作机制,首先需要一种全新的工具。这种工具将用以测量来自每个神经元的脉冲。

  而神经学家们对于这种工具唯一的认知,就是它应该由纳米材料制成。不过,目前纳米技术领域所取得的一切成果,和“审问”神经元、记录“审问”结果并将“审问”结果传回“大本营”所需要的设备相比,简直不值一提。就更别指望能用它来控制神经元的行为了。

  所以,奥巴马总统现在提出在十年时间内测绘出人脑活动,似乎有些超前了。

  亨利·马克拉姆的野心

  好几年前,亨利·马克拉姆便已声称,他能在十年之内用电脑模拟出人类的大脑。

  他是瑞士洛桑联邦高等理工学院的神经学家。

  2005年,在他的倡导下,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型。2009年,他在TED大会上演讲“用超级计算机构造大脑”。这些都让他在人脑研究领域炙手可热。

  2013年1月23日,欧盟委员会赞助了他充满野心的梦想。

  人类大脑工程(HBP)和石墨烯项目一起,入选“未来新兴旗舰技术项目”,设立专项研发计划。每项计划将在未来10年内分别获得10亿欧元的经费。

  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(HBP)技术核心机构。

  欧美计划,目标不同

  同样是研究大脑,同样是投入巨大资金,同样是计划耗时十年。但欧洲的人类大脑工程(HBP)和美国的“大脑活动地图”计划,有着本质的区别。

  欧洲人要利用现有数据,做一个精确的模拟,利用超级计算机模拟人类的大脑,实现人工智能。

  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。

  人类大脑工程(HBP)的缺陷在于它的目标很难实现。

  科学期刊《自然》说,人类大脑工程(HBP)提出了完全模拟人脑的“惊人目标,但也招致了一些怀疑”。

  为什么会招致怀疑呢?它计划应用超级计算机的高速度,来模拟人类大脑的多种功能,比如认知、感觉、记忆等。也就是说,这台超级计算机所做的就是一个翻译工作,只不过想要翻译的,是人类大脑。

  问题是,人们还没有研制出具有这样处理能力的计算机。

  不过,亨利·马克拉姆把生物方面的数据和资源收集得差不多了。他的实验小

  组花了十多年,已经逐步建立起了神经中枢结构数据库,所以现在他们拥有着世界上最大的单神经细胞数据库。

  “当然,我们目前掌握的仅仅是我们所需的很小很小的一部分。”亨利·马克拉姆承认。

  他说:“只有通过建立一个统一的模型,我们才能把原本零散的知识联合起来,集中地填补原有知识之间的空白。当我们把所有的拼图碎片放在一起,我们就能从已知推测未知,并且随着新发现的涌现可以随时调整。”

  不管是美国式的显微镜式研究法还是欧洲式的逆向建模法,研究、破译人类大脑,都还有很长的路要走。

  大计划挣大钱

  奥巴马把这个解读大脑的工程与基因工程比较。他说:“我们对绘制人类基因组图谱的每1美元投资,都获得了140美元的回报。”

  始于1990年的人类基因组计划累计耗资38亿美元。目标是绘制完整的人类基因组图谱。这一目标在2003年4月提前实现。这个计划推动了生物技术的突飞猛进。美国联邦政府一项分析该计划影响的研究指出,该计划到2010年已经获得8000亿美元的回报。

  美国政府对科研的投入收到巨大回报的案例,并不只有人类基因组计划。

  1993年,克林顿时代的“信息高速公路”计划,让互联网真正融入社会的每一个毛孔。

  20世纪70年代,美国“星球大战”计划中,每投入1美元获利即达44美元,这种科技投入效益极大地刺激了当时技术密集型产业的投资和发展。可以说,美国战后最长的经济持续增长期的出现,与“星战”计划的提出密切相关。

  2010年,在全球金融危机的背景下,美国提出“国家宽带计划”,政府对于互联网和科技创新企业的扶持,让围绕互联网的科技创新成为暗淡金融危机时代少有的一抹亮色。

  看起来,奥巴马政府对于“大脑活动地图”计划的支持,多半看中的是它对经济的拉动。

作者: 2013-4-17
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