【重磅】認(rèn)識(shí)腦、保護(hù)腦、模擬腦“三位一體”上海腦計(jì)劃為腦科學(xué)留“接口”

在復(fù)旦大學(xué)楓林校區(qū)明道樓13樓，中科院院士楊雄里的實(shí)驗(yàn)室中擺放多年，用于飼養(yǎng)鯽魚的大魚缸不見(jiàn)了。

看似小事，可對(duì)這位科學(xué)家來(lái)說(shuō)，是個(gè)大轉(zhuǎn)折——?jiǎng)游锬Ｐ妥兞?。?dāng)初養(yǎng)魚，是因?yàn)闂钤菏慷嗄陮Ｗ⒁曈X(jué)的神經(jīng)機(jī)制研究，而魚因其視網(wǎng)膜細(xì)胞大又具備三色覺(jué)，是較為理想的研究模型。而近年來(lái)，他將研究重心由基礎(chǔ)理論轉(zhuǎn)向與臨床問(wèn)題緊密結(jié)合，關(guān)注青光眼、近視眼的發(fā)病機(jī)理，于是，與人眼結(jié)構(gòu)更接近的大鼠、小鼠，成了新的研究對(duì)象。

“在現(xiàn)代腦科學(xué)研究領(lǐng)域，我們不僅要重視基礎(chǔ)理論的研究，還應(yīng)該為其留出‘接口’，站在認(rèn)識(shí)腦、保護(hù)腦、模擬腦‘三位一體’的高位上，開(kāi)展研究工作?！睏钚劾镎f(shuō)。

據(jù)記者了解，在全球人腦研究、人工智能競(jìng)爭(zhēng)激烈的大背景下，中國(guó)腦計(jì)劃正在醞釀中，上海將“腦科學(xué)與人工智能”列入《關(guān)于加快建設(shè)具有全球影響力的科技創(chuàng)新中心的意見(jiàn)》中，作為22個(gè)重大戰(zhàn)略方向中8個(gè)基礎(chǔ)工程之首。2015年3月，上海市科委在全國(guó)優(yōu)先啟動(dòng)“腦科學(xué)與人工智能”項(xiàng)目，組織上海市優(yōu)勢(shì)科研和產(chǎn)業(yè)力量，前瞻布局和探索上海腦科學(xué)發(fā)展路徑，國(guó)家第二批千人計(jì)劃、上海國(guó)家數(shù)學(xué)中心首席科學(xué)家、復(fù)旦大學(xué)馮建峰教授擔(dān)任該項(xiàng)目首席科學(xué)家。在項(xiàng)目前期研究的基礎(chǔ)上，由上海市科委主導(dǎo)，復(fù)旦大學(xué)、上海交通大學(xué)、中科院上海分院等10多家單位共同參與的“上海腦科學(xué)與類腦智能技術(shù)路線圖”的戰(zhàn)略研究正在緊鑼密鼓地展開(kāi)，其目標(biāo)之一是使上海成為全球腦科學(xué)與人工智能研究的高地。

挑戰(zhàn)：揭秘上千億人腦神經(jīng)細(xì)胞

人類思維的物質(zhì)載體是大腦皮層，然而大腦皮層神經(jīng)環(huán)路如何發(fā)育，始終是未解之謎。不久前，復(fù)旦大學(xué)腦科學(xué)研究院禹永春課題組通過(guò)國(guó)際合作，給出了自己的答案：神經(jīng)環(huán)路的形成有著類似于人類社會(huì)關(guān)系中“血濃于水”的發(fā)育特性，即神經(jīng)元間親緣性越高則越容易形成環(huán)路聯(lián)系，而對(duì)于這些高親緣性的“姐妹神經(jīng)元”，正是“電突觸”緊密聯(lián)系在一起。

這一研究登上《自然》雜志，并獲得國(guó)際同行高度關(guān)注和認(rèn)可?！蹲匀弧冯s志在同期以“姐妹神經(jīng)元的連接紐帶”為題對(duì)此研究做了專題評(píng)述，認(rèn)為找到了高親緣性神經(jīng)元相互聯(lián)系的“關(guān)鍵紐帶”。2014年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)得主愛(ài)德華·莫瑟爾教授在Facultyof1000（由1000多位世界最好的生物學(xué)家在線推薦和評(píng)論已發(fā)表論文的網(wǎng)站）對(duì)此工作做了很高的點(diǎn)評(píng)，認(rèn)為“該研究成果對(duì)腦皮層神經(jīng)環(huán)路發(fā)育有重要意義”。

近年來(lái)，在腦科學(xué)研究領(lǐng)域中，這樣的重量級(jí)成果不少。作為復(fù)旦大學(xué)傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)學(xué)科，神經(jīng)生物學(xué)在前兩次全國(guó)二級(jí)學(xué)科評(píng)估中均名列前茅，神經(jīng)科學(xué)和行為學(xué)進(jìn)入ESI國(guó)際排名前1%。2006年成立的腦科學(xué)研究院，是國(guó)內(nèi)第一家整合基礎(chǔ)前沿領(lǐng)域、臨床應(yīng)用領(lǐng)域的腦科學(xué)研究機(jī)構(gòu)。

值得關(guān)注的是，依托腦科學(xué)、生物學(xué)、基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)、藥學(xué)、數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)、信息等綜合學(xué)科優(yōu)勢(shì)，2014年由復(fù)旦大學(xué)牽頭，聯(lián)合浙江大學(xué)、華中科技大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、上海交通大學(xué)等高校和中科院研究院所，成立的“腦科學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心”，下設(shè)腦科學(xué)前沿研究部、腦疾病與腦保護(hù)研究部、腦科學(xué)技術(shù)與類腦智能研究部。在復(fù)旦大學(xué)類腦人工智能科學(xué)與技術(shù)研究院院長(zhǎng)馮建峰看來(lái)，類腦研究?jī)?nèi)容涵蓋解析復(fù)雜數(shù)據(jù)，模擬腦工作，探究記憶、學(xué)習(xí)、決策等原理，此外還模擬智能交互、大數(shù)據(jù)挖掘、智能醫(yī)療診斷等多方面。

楊雄里教授給出一組數(shù)據(jù)：組成人腦的神經(jīng)細(xì)胞數(shù)量上千億，與銀河系星體總數(shù)相當(dāng)；而作為神經(jīng)細(xì)胞的連接點(diǎn)“突觸”數(shù)量，又是神經(jīng)細(xì)胞的1000倍，達(dá)到10的14次方。正是這些龐大數(shù)字的細(xì)胞構(gòu)成的神經(jīng)環(huán)路和網(wǎng)絡(luò)，使人類得以產(chǎn)生感覺(jué)、形成意識(shí)、能學(xué)習(xí)記憶，擁有思維和認(rèn)知能力。這些環(huán)路每秒可完成高達(dá)千萬(wàn)次的動(dòng)態(tài)鏈接，而人類大腦可儲(chǔ)存的信息相當(dāng)于美國(guó)國(guó)會(huì)圖書館藏書總量的50倍……因此，揭示腦的奧秘已成為人類認(rèn)知面臨的最大挑戰(zhàn)。

攀登：腦科學(xué)醫(yī)學(xué)臨床治療互動(dòng)

近階段，復(fù)旦大學(xué)腦科學(xué)研究院院長(zhǎng)馬蘭教授的團(tuán)隊(duì)，研究的課題與“記憶”有關(guān)：人類的記憶到底存儲(chǔ)在哪里？當(dāng)你開(kāi)始記憶時(shí)，哪些神經(jīng)細(xì)胞正在活動(dòng)？若能準(zhǔn)確定位這些存儲(chǔ)特定記憶的細(xì)胞，并選擇性地操控這些神經(jīng)細(xì)胞的活動(dòng)，是否可以操縱記憶，將其抹去或修改？這些課題不僅有重要的理論意義，對(duì)開(kāi)發(fā)新的途徑消除藥物成癮的嚴(yán)重后果也有指導(dǎo)作用。

“80后”青年研究員何苗是曾在美國(guó)冷泉港實(shí)驗(yàn)室工作8年的海歸姑娘。她致力于通過(guò)轉(zhuǎn)基因技術(shù)，給不同類型、不同功能的神經(jīng)細(xì)胞戴上不同的“標(biāo)簽”，從而能夠分別研究和控制這些神經(jīng)細(xì)胞的活動(dòng)。在她的電腦屏幕上，不同類型神經(jīng)細(xì)胞色彩繽紛，結(jié)構(gòu)清晰。據(jù)了解，這一技術(shù)目前是全球神經(jīng)科學(xué)研究的前沿和熱點(diǎn)，而如何更準(zhǔn)確、精細(xì)地標(biāo)注更多類型和功能的神經(jīng)細(xì)胞正是研究焦點(diǎn)所在。目前，復(fù)旦課題組已經(jīng)發(fā)現(xiàn)并掌握20多種神經(jīng)細(xì)胞的“染色”技術(shù)。何苗說(shuō)，有了這些，不但對(duì)更好地認(rèn)識(shí)神經(jīng)環(huán)路和腦功能有幫助，對(duì)未來(lái)腦疾病的臨床治療同樣有很大意義。神經(jīng)細(xì)胞是構(gòu)筑腦功能環(huán)路的基本部件，如果能找出是神經(jīng)系統(tǒng)的哪一個(gè)“部件”出了問(wèn)題，就可以進(jìn)行精準(zhǔn)的靶向治療。

復(fù)旦大學(xué)在推進(jìn)腦科學(xué)研究的進(jìn)程中特別注意基礎(chǔ)和臨床的結(jié)合。近年來(lái)，復(fù)旦大學(xué)腦科學(xué)研究院、復(fù)旦大學(xué)附屬眼耳鼻喉科醫(yī)院王中峰教授、孫興懷教授和楊雄里院士率領(lǐng)的視網(wǎng)膜研究團(tuán)隊(duì)，發(fā)現(xiàn)視網(wǎng)膜膠質(zhì)細(xì)胞激活等機(jī)制在青光眼發(fā)病中的作用，為臨床上有效防止青光眼所導(dǎo)致的視網(wǎng)膜神經(jīng)細(xì)胞的死亡（失明），從一個(gè)側(cè)面提供了新的理論依據(jù)。系列論文已刊登在國(guó)際神經(jīng)科學(xué)著名期刊《神經(jīng)科學(xué)雜志》上。

探索：站上“第二次浪潮”潮頭

早在100多年前，著名的西班牙科學(xué)家、神經(jīng)系統(tǒng)研究的先驅(qū)者圣地亞哥·拉蒙·卡哈爾曾經(jīng)說(shuō)過(guò)，“只要大腦的奧秘尚未大白于天下，宇宙將仍是一個(gè)謎”。如今，正逢腦研究領(lǐng)域“第二次浪潮”。

此前，美國(guó)國(guó)會(huì)曾把上世紀(jì)最后十年定名為“腦的十年”，并規(guī)劃出58個(gè)大的研究課題。以此為發(fā)端，各國(guó)都相繼加強(qiáng)了對(duì)腦的研究。2013年以來(lái)，歐美科研強(qiáng)國(guó)又紛紛吹響了探索大腦奧秘的號(hào)角。2013年4月2日，美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬向全球公布了“推進(jìn)創(chuàng)新神經(jīng)技術(shù)腦研究計(jì)劃”。歐盟、日本隨即予以響應(yīng)，歐洲推出了超過(guò)15個(gè)歐盟國(guó)家參與、為期10年的“人類腦計(jì)劃”，而日本則啟動(dòng)了日本腦計(jì)劃。此次美歐在這一領(lǐng)域的全新計(jì)劃，正是多年探索基礎(chǔ)上的又一次發(fā)力。前者意圖通過(guò)先進(jìn)技術(shù)更深入了解人腦功能單元的連接組成及其動(dòng)力學(xué)變化，后者則偏重在采集大量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，向“人工模擬大腦功能系統(tǒng)”進(jìn)發(fā)。

如何站上這“第二次浪潮”的潮頭？通過(guò)傳統(tǒng)的神經(jīng)生物學(xué)與計(jì)算機(jī)、數(shù)學(xué)、信息等學(xué)科間交叉和互動(dòng)迸發(fā)出更多思維火花，是腦科學(xué)領(lǐng)域中全球面臨的難點(diǎn)。在楊雄里教授看來(lái)，要跨越傳統(tǒng)學(xué)科間的鴻溝，需要各學(xué)科專家更多了解其它學(xué)科的科學(xué)內(nèi)涵。醫(yī)學(xué)、神經(jīng)生物學(xué)專家要更多了解人工智能和類腦研究，而人工智能、類腦研究專家要更多了解神經(jīng)科學(xué)，這樣才能建立起共同語(yǔ)言，進(jìn)而通過(guò)緊密合作、深入溝通產(chǎn)生頭腦風(fēng)暴。從目前情況來(lái)看，要對(duì)接合作、共享信息，還需更多磨合。為了促進(jìn)這種磨合，在“腦科學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心”，定期舉行跨學(xué)科、跨單位的學(xué)術(shù)講座、博士論壇，取得了良好的效果。

專家點(diǎn)評(píng)

王曉民教授（首都醫(yī)科大學(xué)神經(jīng)生物學(xué)系主任、北京腦重大疾病研究院院長(zhǎng)）　

復(fù)旦大學(xué)“腦科學(xué)研究院”是中國(guó)腦科學(xué)研究的重鎮(zhèn)之一，該院牽頭的“腦科學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心”，是一支由楊雄里院士領(lǐng)銜的以中青年為骨干的有實(shí)力的腦科學(xué)研究團(tuán)隊(duì)。作為大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)和組織腦科學(xué)研究的統(tǒng)一機(jī)構(gòu)，在協(xié)調(diào)基礎(chǔ)和臨床研究方面，有了長(zhǎng)足進(jìn)展，并在若干領(lǐng)域取得了具有世界先進(jìn)水平的研究成果，在組織和推動(dòng)“中國(guó)腦計(jì)劃”的進(jìn)程中，起到了重要作用。

隨著新一輪國(guó)際腦科學(xué)研究的興起，國(guó)內(nèi)外競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈。我相信有關(guān)各方會(huì)更加關(guān)注高端人才的引進(jìn)與培養(yǎng)，給予更多的資源投入和政策支持，以持續(xù)保持復(fù)旦大學(xué)腦科學(xué)研究的優(yōu)勢(shì)地位。