给大脑画像：堪比登月的政绩？

教师之友网

给大脑画像：堪比登月的政绩？来源：国际先驱导报 作者：谢来



大脑绘图模型

《国际先驱导报》记者 谢来 发自北京
当人类已经能观测到银河系外的遥远星系，其实对我们自身的了解还远远不够，尤其是对于人体的“指挥部”大脑。
2月18日，美国《纽约时报》率先披露的一则消息受到全球科技界和主流媒体瞩目：奥巴马政府正筹划启动一项探索人类大脑思维活动原理、绘制完整大脑活动图谱的科研项目，其全称为“脑活动绘图”计划（以下简称BAM计划）。该项研究将耗时十年，投资30亿美元，其规模和重要意义堪比广受赞誉的人类基因组计划。
科技飞速发展的今天，美国政府为何将研究方向对准人体最复杂神秘的器官——大脑？此次大手笔的投资能否解开大脑和人类意识之谜？它对于普罗大众而言又将意味着什么？
为何要给大脑绘图？
科学家已经知晓大脑中共有近1000亿个神经元，它们相互连接，构成巨大而高效的网络体系。但这个庞大的体系具体如何交互，产生意识，控制行动，仍没有准确的答案。因此许多科学家相信，一套完整的大脑活动图谱能让人类更清晰地认知大脑是如何运作，甚至揭开人类意识如何产生这个未解之谜。
也许有人会问，如今的医学扫描设备能观察人体内部各个角落，依靠它们不就能观测大脑的活动吗？问题在于，仅依靠现有技术，科学家只能初略掌握大脑活动的状态，就像雾里看花。
如医生可以借助PET（正电子发射计算机断层显像）和MRI（核磁共振成像）来观察大脑部分地区对氧气的消耗，但获得的结果只有模糊笼统的影像；科学家也能准确观察到大脑中单个或一小群神经元的电传导活动，而这就像盯着电脑屏幕上的一两个像素，如管中窥豹，无法获得全景。
许多科学家相信，要了解思维如何产生，就必须既精确又全面地观察大脑整体活动，而这意味着掌握天文数量级神经元的动态。“脑活动绘图”计划正是为了实现这一点。
先给小白鼠的脑袋绘制
既然现有的设备不能完全达到要求，那么就需要更先进的仪器来观测大脑神经元活动，因此新工具的开发将至关重要。
根据业内学者的建议，BAM计划将大致分成四个阶段，其中前三个都围绕观测技术的提升：首先开发新的成像工具，利用光波穿透大脑细胞，观测神经元活动；其次，开发新一代的电子探头，它们将能够共同监控和控制大量的细胞；第三步，利用新的纳米技术来观察神经元内部的活动；最终则是建立类似人类基因组计划的数据分享和分析体系。
不过研究人员预测，光是研发用于绘制出图谱所需的仪器，最乐观估计也至少需要5年时间。这些仪器会首先在动物身上试验，最先的测试对象是小白鼠，进而用类人猿做实验，证明对人体无害后再用于观测人类大脑。
将参与研究的美国霍华德·休斯医学研究中心主管杰拉德·鲁宾指出，科学家在前期的研究中更多的工作是研究动物大脑，“最初十年的试验中，大多数的钱都会花在对动物器官的观察，很显然这主要是出于科学和道德层面的考虑。”
神经科学家解释说：BAM最终绘制的并非一幅静态图，实际研究结果将更接近高分辨率的动态视频。其中大脑中单个神经元受到刺激时做出的反应，和其他神经元怎样互动，以及这些电传导活动是如何转变为思维、想法和行动，都能清清楚楚观察到。

教师之友网

揭开神经疾病谜底的最大希望
给大脑活动绘出清晰的图像后，到底有何用途呢？在科学家们看来，研究人类大脑的投入将得到丰厚回报。
比如医疗健康方面。美国拜勒科学院的神经科学副教授大卫·伊戈尔曼指出，科学家对于人类神经系统的疾病已有所了解，如神经退行性病变、中风和癫痫的机理等，但对于如何修复它们知之甚少。即便在今天，对于帕金森病、阿尔茨海默病（老年痴呆）、自闭症、痴呆、中风瘫痪等疾病的治疗康复仍是全球医学界的难题。“学会听懂大脑的语言，是寻找这些疾病背后秘密的最大希望。”他说。“脑活动绘图”计划将为从根源上防治各种神经系统疾病和精神疾病开辟道路，同时有望解决长期困扰社会的问题，如从中获取对抗毒品上瘾或各类瘾症的治疗方法。
破解大脑秘密有望开启的另一大革命是人工智能，尽管计算机技术在过去几十年突飞猛进，但电脑和人脑的距离依然隔着一条鸿沟。就像谷歌翻译能将文字在任意语言间转换，但其背后的程序却完全无法理解这些语言的含义。要开发出真正的人工智能首先就必须了解人类大脑是如何运作的。
未来学家雷·库尔兹威尔预测，了解大脑的运算方式将极大促进新一代超级电脑的诞生，能“思考”的计算机的出现只是一个时间问题。更大胆的设想则是，大脑自身也能变得更像电脑，通过了解记忆如何形成，未来或许有可能直接将知识“下载”到大脑，迅速学习语言和新知识，就如同软件升级一样简单。
投入巨大引发争议
这样一项潜力巨大的研究为何现在才开始筹划，原因之一是其规模和所需的资金投入巨大。
《纽约时报》报道称，研究人员希望该计划能获得为期十年，每年3亿美元的投资。这一数额与当年的人类基因组计划耗资相当。对于具体的数字，美国国家卫生研究院（NIH）称，这要等到奥巴马总统的2014财年预算案发布才能知晓。NIH将有可能主导该项目的研发；卡夫利基金会将承担开发和推广，最终涵盖的不仅有知名神经科学研究中心，微软和谷歌等IT巨头也将参与其中。
不过科技网站Science Insider称，毫无疑问，当美国仍处于财政紧缩的时期，推出如此庞大的科研方案必将遭受争议。
在社交网站上，不少科学家表示，如果把所有鸡蛋都放在一个篮子里，动用大量资金资助一个大型计划，不如资助更多的科学家让他们进行各自的研究。他们担忧，由于神经科学领域的研究经费本就紧张，如此大的计划铺开后，势必将资金都汇聚到与BAM相关的研究，而导致与其没有直接关系的研究更加缺乏资金和关注。还有科学家担心这可能波及整个生物科学领域的研究。
因此，BAM计划的支持者们希望，外界能投入更多新的资金，正如人类基因组计划一样。目前，除了美国政府拨款外，包括谷歌和微软在内的几家私人公司将对计划提供资金支持。微软创始人之一保罗·艾伦早就对大脑研究产生了兴趣，他曾拿出1亿美元，资助了小鼠脑图谱的绘制。
奥巴马的政治遗产？
另一种质疑则是针对研究的最终方向。有科学家认为，将脑活动绘图的意义和人类基因组计划相提并论还为时过早。后者在最初就提出了明确目标，绘制完整的人类基因组图谱。而前者尽管也放眼于绘制大脑神经元活动的完整图谱，但能否真的借助图谱彻底揭开大脑的秘密，还不得而知。
还有科学家对于项目的可信性表示质疑。神经科学家帕尔坦·米特拉指出，比如在研究第一阶段计划研制的穿透大脑细胞的光波成像工具，现阶段看仍像是“科幻小说”。
不过，哥伦比亚大学神经科学家拉斐尔·尤思迪表示，人类基因组计划在最初也面临许多类似的争议，尽管绘制人脑活动图要比基因组计划复杂得多，但正因为面临的巨大挑战，才能促进新技术的研发和多学科领域的科学家共同合作。
“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。”不久前发表的国情咨文演说中，奥巴马曾以人类基因组图谱计划为例，说明政府应该如何选择好的想法进行投资。而“脑活动绘图”计划能否顺利推行还需得到国会的支持，奥巴马计划在下个月商讨政府预算草案时，正式提出“脑活动绘图”科研计划。
《华盛顿邮报》科技专栏作家多米尼克·巴苏尔托认为，至少在短期内，这项计划难以创造新的就业机会。对于只剩下不到4年任期的奥巴马总统而言，如果说推动该项计划背后也有“私心”的话，或许更多是为留下一笔政治遗产，正如后世评价肯尼迪总统时，将登月视为他最大的功绩之一。