大腦是人類認知的黑洞? 揭秘世界各國腦研究計劃

2016年1月10日訊，「中國腦計劃啟動的時間，最晚可能不會遲於2016年。」這是科學家團隊在經過數年反覆論證後做出的一個預測。不久前，中國科學院神經科學研究所所長蒲慕明透露，「中國腦計劃」有望公布。據悉，議定中的由科技部、國家自然基金委牽頭的中國腦計劃，在經過國內專家兩年時間數次討論及論證後，已向主管部門提交，預計最晚可能不遲於2016年啟動。該計劃作為我國6個長期科學項目工程中的一個重要項目，將受到長期資助，時間長達15年。

時至今日，大腦依舊是人類認知的黑洞。人類大腦大約有1000億個神經元，它們如何連接以及連接錯誤導致精神錯亂或是出現嚴重的神經性疾病，目前人類並沒有弄清楚其中的奧秘。鑑於此，腦科學被發達國家視為科研領域「皇冠上的明珠」，並得以蓬勃發展，成為近20年來發展最快的學科之一。美國總統歐巴馬在會見科學家時表示：「作為人類，我們能夠確認數光年外的星系，我們能研究比原子還小的粒子，但我們仍無法揭示（大腦這一）兩耳間三磅重物質的奧秘。」

正是在此大背景下，歐美國家紛紛一擲千金，相繼出臺新的腦科研計劃。2013年4月，美國總統歐巴馬推出「推進創新神經技術腦研究計劃」，簡稱「腦計劃」，旨在探索人類大腦工作機制、繪製腦活動全圖，並最終開發出針對大腦疾病的療法。歐巴馬表示，「現在是太空競賽以來，美國的研發水平達到新高度的時候了」，一語道破美國出臺「腦計劃」的深層動機——搶佔腦科學研究戰略制高點。他說「我們在人類基因組繪圖中每投入1美元，就會給我們的經濟帶來140美元的回報。」

在國際上，科學家公認「腦計劃」的意義可與人類基因組計劃相媲美。有人預計美國將為腦計劃投入經費45億美元。無獨有偶，歐盟委員會也於2013年將石墨烯和人腦工程兩大科技入選「未來新興旗艦技術項目」，並為此設立專項研發計劃，每項計劃將在未來10年內分別獲得10億歐元的經費。日本則於2014年10月制定了「腦科學時代」計劃，主要研究精神病和神經性疾病的診斷治療方法。德國、英國、瑞士等也不甘落後，紛紛推出了本國的神經科學研究計劃。

面對腦科學這一人類科學的高峰，誰能率先登頂，不但可以收穫可觀的經濟和社會效益，更有望在科學創新上獨領風騷，我國當然也不能落後。

解密「中國腦計劃」

1北京上海率先啟動

中國科學院神經科學研究所所長、中國科學院外籍院士蒲慕明表示，腦計劃對我國基礎腦科學技術研究平臺有很大的提升，這些技術體現在神經標記和神經環路示蹤技術、大腦成像技術、神經調節技術、神經信息處理平臺等方面。此外，該項目有望建立一個腦圖像國家平臺，一個有關大腦功能失調的血液生物庫和大腦生物庫以及大腦健康訓練和教育中心，對於基礎腦科學研究來說，由此帶來的長尾效應非常明顯。作為有著豐富靈長類動物資源的國家，中國執行腦計劃擁有諸多方面的優勢，有望在非人靈長類腦疾病模型上處於世界領先地位。

除了能促進基礎腦科學外，「中國腦計劃」有益人類對大腦疾病的探索。該計劃一旦落實，未來將有望通過分子、影像以及相關標記物，即可在大腦疾病的早期診斷和幹預上發揮重要作用，通過大腦疾病的遺傳、表觀遺傳以及病理性功能失調等方面的研究，掌握大腦疾病的發生機制。日常常見的腦功能障礙疾病，如自閉症、心理障礙、抑鬱症、上癮以及神經衰退性疾病阿爾茨海默綜合症，帕金森等疾病是這項計劃首先要攻克的目標。

作為科技發達地區的北京、上海，「腦科學研究」專項已於2015年先行啟動，北京市科委主任閆傲霜表示，北京在腦科學研究方面擁有全國最完整的學科布局、最強的研究隊伍、國際一流的實驗條件和技術資源。北京「腦科學研究」專項工作將瞄準國際腦科學研究前沿，圍繞人類腦健康和腦疾病治療重大需求，結合通訊與信息產業快速發展，從「腦認知與腦醫學」及「腦認知與類腦計算」兩方面進行布局，開展前沿研究和應用。

由上海科委主導，由復旦大學等十多家單位共同參與的「上海腦科學與類腦智能發展願景」項目也於2015年啟動。上海腦計劃未來主要目標是在解析複雜數據、模擬腦工作，探究記憶、學習、決策等原理，模擬智能交互，大數據挖掘，智能醫療診斷等方面。

2到底能夠做些什麼

根據研究，腦組織溝紋的位置可以區分大腦的不同區域。大腦皮層的四個主要區域及其負責 的功能分別為:枕葉——視覺能力；頂葉——觸覺和空間能力；顳葉——聽覺和綜合感知能力；額葉有兩個部分,一是運動皮層,協調肢體運動,二是前額皮層,其功能是理解、記憶、判斷。

「也就是說,大腦每個區域都有它特殊的功能,假如說一個人中風了,血管破裂,造成腦組織某一個區域損傷,比如說主管一側腿部的腦區受損,那你這一側腿部就會麻痺。所以每一個區域,跟疾病出現什麼問題直接相關。」蒲慕明解釋說。

人腦中有沒有一個區域專門負責思考呢，蒲慕明說，沒有，「因為思考是整個大腦的行為。所以思維活動,不是由某一個具體區 域分管,而是很多區域聯合在一起協力活動的結果。由此來看,我們對大腦的奧秘還有很多不清楚的地方。」

人腦是如何學習的，蒲慕明解釋，覆蓋人腦的神經網絡約有 140 億個腦細胞,腦細胞之間的聯接「通路」高達 100 萬億個, 這些網絡結構就是我們處理大腦所有的功能所需要的。「關於腦細胞之間的通路和結點，有三個名詞：一個是神經細胞有『軸突』，是信號輸出端，，還有一個是『樹突』，是信號輸入端, 軸突和樹突的交界點叫『突觸』，每一個細胞上都有成千上萬個突觸，神經細胞主要的功能是把所有的信號收集起來，處理這些信號，決定是不是要把信號送出去給下一個系統。樹突在生命個體出生之後開始大量產生，然後慢慢減少，這是因為人出生之後，一定要建立神經網絡，但一開始不知道怎麼建立，所以很多網絡形成了，然後在小孩出生之後，伴隨著學習過程，就把有用的連接留下來，沒有用的連接給刪掉了，刪除的過程也是造成個體差別的重要因素，這裡關鍵是學習和訓練，小孩子出生之後一定要學習，如果不學習，就不能形成正確的網絡。」

蒲慕明介紹，一些重要的腦疾病，如自閉症、精神類疾病、老年痴呆症等都是全世界的難題，也都與大腦的奧秘有關。比如老年痴呆症，根據得病率的統計，85 歲以上的老人有 50%是有老年痴呆的，預計到 2050 年，全國將有 近1 億的患者，生活需要照顧，需要醫療系統救助，要有家庭的照顧,這是嚴重的社會負擔。「但是，如果實施『中國腦計劃』，對於老年痴呆症,就能找到早期診斷的方法，發現有問題，及早去幹預，把嚴重症狀出現期從 85 歲延緩到 95 歲，社會負擔就可以大大減輕。」

目前全世界都在進行腦科學研究，中國也非做不可。對於「腦計劃」的目標,科學家的共識是認為應該以「健康腦」為導向,聚焦在腦的工作原理和重大腦疾病相關研究的兩大主題,希望在未來十年、二十年能夠有完善的早期診斷和早期幹預方法,以延緩發病,減少社會負擔。

3「腦控」新品不斷問世

科技電影中主角用意念移動物體的場面時常讓人心潮澎湃，隨著科學家對大腦這一人體最重要的器官的不斷研究，多種「腦控」科技產品已橫空出世，讓人嘆為觀止。

英國一名設計師日前開發出一種腦控獨輪車，工作原理是騎車者佩戴一種由腦脈衝控制的特製護目鏡，通過藍牙技術與獨輪車動力系統保持即時聯繫。一旦前方有障礙物，護目鏡檢測到腦脈衝的變化就會自動發出減速或停車指令，保證騎車者的安全。

美國國防部的一個實驗項目開發出了一種傳感器，植入癱瘓患者腦部後就能夠用意念操控機械手臂，大大便利了患者的日常生活。這項技術依靠一個由數百個接觸點組成的4毫米傳感器實現，每個接觸點對應大腦中特定的位置，能夠即時「解碼」從腦細胞和神經中傳來的信號。信號被傳遞到電腦之後，由特定軟體對照人體運動模式進行解碼分析，並生成操作機械手臂的代碼。

韓國高麗大學的研究小組也致力於幫助癱瘓人群獲得活動的能力，為此他們研發出一款先進的外骨骼機器人。這款外骨骼機器人通過腦電波接口測量信號並讀取用戶的腦電波，再由信號處理系統篩選出正確指令並給信號分類。最終，通過匹配分類腦波與大腦發出的信號，確定外骨骼機器人的運動方式，完成用戶的指令。

巴西世界盃開幕式上，一名殘疾人利用腦控技術完成了開球儀式，讓全世界觀眾共同見證了腦科學技術的發展。這項腦機接口技術近期也有新的發展，瑞士洛桑聯邦理工學院的研究人員開發出一種裝置來遠程控制機器人，旨在幫助殘疾人士探索未知區域。

用腦電波開車，這並不是開玩笑。不久前，捷豹路虎推出 「意識傳感項目」，旨在研究汽車能否有效解讀腦電波，從而判斷駕駛者是專注於駕駛，還是處於昏昏欲睡或注意力不集中的狀態。監測腦電波的最常見方法，是在頭部帶上安裝有傳感器的頭帶，但是這在車內並不適用，捷豹路虎所採用的技術曾經被美國宇航局和美國雪橇隊用來鍛鍊隊員們的專注力。該技術採用了嵌入方向盤的傳感器，通過手部來監測腦電波，即便傳感源遠離駕駛者頭部，也能藉助軟體把信號放大，將腦電波從各種幹擾中過濾出來。有報導稱，目前已有消費者開始試用這一裝置。

寶馬公司也不甘人後，最近，寶馬的研發人員改裝了一輛寶馬i3電動汽車，使其能夠僅憑一個人的意念來遠程駕駛。在展示中，通過將腦電波翻譯成駕駛指令，可以控制這輛車在一個曲線跑道上行駛。 本報記者 蔡文清

來源：北京晚報-北晚新視覺網