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进入2013年以来,全世界围绕人脑布局的科学研究明显增多

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进入2013年以来,全世界围绕人脑布局的科学研究明显增多

图为模拟人脑神经系统而制造出来的神经形态计算芯片。奥地利因斯布鲁克医科大学网站

大脑是人体最复杂的器官,破译大脑运转密码、揭开生命之谜,是令无数科学家殚精竭虑的艰难课题。2013年,美欧先后公布了具有战略意义的人脑研究计划。加速脑科学研究不仅有助于提升人类健康水平,也可带动相关产业发展、刺激经济增长。

5月31日,欧洲“脑科学月”落下帷幕。一个月内,欧洲19个国家的相关机构举办了50多场活动,宣介脑科学对于人类健康、经济发展和社会进步的意义,呼吁欧盟各界加强该领域的研发工作。

参加活动的很多科学家说,如同100年前很难想到今天的太空时代和信息时代,今天的人们也很难想象脑科学的进展将给世界带来什么变化。

美欧抢占战略制高点,科学家欲为大脑绘制一幅导航示意图

最近一年,特别是进入2013年以来,全世界围绕人脑布局的科学研究明显增多。

2012年夏天,美国6位科学家提出一项名为“人类大脑活动图谱”的计划,受到奥巴马政府的高度重视,经修订后上升为美国国家层面的大科学计划。今年4月,奥巴马宣布将从2014 财年的政府预算中拿出1亿美元,启动这项旨在揭开人类大脑奥秘的研究计划。

无独有偶,今年1月欧盟委员会宣布,人脑工程成为欧盟“未来新兴旗舰技术项目”之一,并将在未来10年内获得10亿欧元的科研经费。

脑科学研究热潮,正在全球兴起。

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。

今年4月,奥巴马会见科学家时表示,“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。”

如果将大脑比作一个城市,那么目前的技术只能使人们看到城市的大概轮廓,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“人脑活动图”计划的一名核心成员。他说:“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?对于大脑深层工作原理, 我们仍然了解得不深。”

哥 伦比亚大学神经科学教授拉斐尔·尤思蒂表示,“人脑活动图”计划的目标就是为大脑绘制一幅导航示意图,并非静态示意图,而是一个高分辨率的动态图。“大脑 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,如何转变为想法、感情乃至最后的行动,都可以观察得一清二楚。”

有科学家将人脑计划视为第二个人类基因组计划。绘制人类基因组图谱改变了遗传学,现在人们希望绘制人脑活动图也能有类似的科学作用。

近些年,欧洲的德国、英国、瑞士等国家也先后推出了本国的神经科学研究计划。不过,美国和欧盟依然是当今脑科学研究领域的主角,双方都希望率先抢占战略制高点,从而在未来高科技竞争中占得先机。

“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。”奥巴马信心满满地表示。而欧盟“人脑工程”的专网上则这样写道:“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。”

加速脑科学研究有助于提升人类健康水平,并带动相关产业发展、刺激经济增长

在全球经济普遍低迷之时,欧美发达国家为何斥巨资加速脑科学研究?

首 先是保障人类健康的需要。医学研究已经发现了超过500种脑部疾病,包括从偏头痛到精神分裂症和老年痴呆症。在欧洲,约1/3的人口会患上与脑有关的疾 病,这几乎影响所有的欧洲家庭,近年来用于这方面的医疗费用每年高达8000亿欧元,随着社会老龄化程度加深,这一数字还将上升。加强脑科学研究将有助于 帕金森氏症、阿尔茨海默氏症等脑部疾病的诊断和治疗,提高人们的健康水平和生活质量。

其次是科学探索的需要。脑科学研究不但可以揭开大脑高智能、高效率、低能耗之谜,对人工智能、基因学、细胞生物学、生理学、生物信息学、解剖学、行为科学、信息技术、纳米技术和营养学都有重要拉动作用。

最后也是提振经济的需要,人脑工程的产业前景十分广阔,“钱途”不可限量。

上世纪 90 年代初实施的信息高速公路计划刺激了美国整整十多年的经济繁荣,经济学界一直希冀通过一场以科技带动的产业革命促使全球经济摆脱衰退,重新走入一个相对繁荣期,人脑计划正被视为这样的发动引擎。

奥 巴马曾表示,“在人类基因图谱的研究中,我们每投入1美元,就获得了 140 美元的回报。”美国联邦政府一项分析研究指出,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。因投资大致相同,奥巴马将美国的“人脑计划”与人类基因组计划相比,并期待更高的回报。

随 着脑科学研究的深入,基于基础性研究而诞生的新学科和新产业将大量涌现,并将产生众多的就业机会。脑科学研究属于具有高科技附加值的项目,以此为基础的产 业必将产生可观的经济效益。有研究报告显示,自2009 年以来,人脑工程领域的产业规模持续增长,2012年相关产业规模约为10亿美元,2020年有望增长至60亿美元。

脑科学是科学界最难攻克的堡垒之一,绘制人脑活动图是一项长期工程

与人类基因组计划相比,“脑计划”更加复杂而艰难,因为人类大脑是人体中最复杂的器官,研究者必须要费很大力气来取得数据并分析、理解数据。

尽管近年来相关科学研究日益深入,但人脑科学仍然是现代人体科学中未知因素最多的领域,是科学界最难攻克的“堡垒”之一。

人 类大脑由100多亿个神经细胞组成(相当于整个银河系星体总数),是宇宙中已知的最为复杂的组织结构。大脑的复杂性,还在于神经细胞在形状和功能上的多样 性,以及神经细胞结构和分子组成上的千差万别。现在,科学家们还不了解任何单个机体的大脑工作机制,就连只有302个神经元的小虫也没法了解它的神经体 系。目前人类对小神经元网络工作机制知之甚少,而在细胞解析层面,对于大脑结构的工作机制基本一无所知。

中国复旦大学脑研究院学术委员会主任、中科院院士杨雄里指出,“人们不可能像基因组计划标识出每个基因一样给每个神经元打上标签”,未来研究的困难之处不仅在于人脑的细胞数量太多,更在于大脑的活动是动态的、因环境而变化,而且在不同层次上又有不同性质的问题。

北京师范大学脑与认知科学研究院院长罗跃嘉认为,大脑研究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,技术设备研发也不容忽视。“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。

杨雄里认为,要绘制出完整的人脑活动图,10年时间显然是太短了。以杨雄里的研究经历来看经常会出现这样的情况:当对一个问题有了比较深入的了解以后,大量新问题会接踵而来。

“人类对大脑的认识是绝对真理,在某一个历史时期我们所认识的是相对真理,我们可以无限逼近大脑的奥秘,但不能穷尽。”杨雄里说。 


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