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大脑活动图背后的故事及启示

发布时间:2021-01-05 10:37:06 阅读: 来源:外墙岩棉复合板厂家

“大脑活动图”背后的故事及启示

最近一年,特别是进入2013年以来,围绕人脑布局的科学研究明显增多。首先是去年夏天由美国6位科学家提出一项名为“人类大脑活动图谱”的计划(BrainActivityMapping),此计划出台不久即受到奥巴马政府的高度重视,经美国国立卫生研究院等运作,该计划经修订后上升为美国国家层面的大科学计划。今年2月在本年度的国情咨文中,奥巴马专门提到了这一脑活动图项目。4月2日,奥巴马总统正式宣布将从2014财年的政府预算中拿出1亿美元,用于此项旨在揭开人类大脑未解之谜的研究计划。   无独有偶,今年1月,欧盟委员会宣布,作为其未来与新兴科技最重要的一部分工作,将启动一项耗资10亿欧元的人脑计划(HumanBrainProject),以图在10年内模拟人类大脑这一人体最复杂的器官。   美欧这次为什么不约而同把人脑作为研究重点?这一决策过程的背后有哪些故事?这次的脑科学研究与人类基因组计划相比有哪些异同点?脑研究项目有可能带动美欧乃至世界经济复苏吗?中国神经科学界对此又有何反应?就这些话题,记者采访了著名神经科学家、葛兰素史克中国研发副总裁、清华大学兼职教授鲁白博士。   作为人类,我们能够确定光年远的星系,研究小于一个原子的颗粒,但我们仍然没有解开介于我们耳朵之间这三磅重的物质的秘密。因此,我们仍然无法治愈像老年痴呆症、自闭症之类的疾病,或者能从中风中完全康复。   大脑研究计划将会有助于科学家们获得脑部活动的动态图,并更好地理解我们如何思考、学习和记忆。这项计划能够创造就业机会,并可能改善全球数十亿人的生活。——贝拉克·奥巴马(2013.4.2)   重大决策背后的故事   记者:请鲁教授就这次奥巴马宣布的美国将启动“大脑活动图”计划本身希望达到的目标及背景作更多介绍。美欧诸国为什么在经济不景气的时候要斥资做这件事?   鲁白:这次大脑活动图决策过程的来龙去脉,《科学》等杂志有文章披露了一些细节。绘制人脑活动图的想法源于美国一个资助神经科学、天体物理、纳米科学的智囊机构卡弗里基金会在2011年9月组织的一次头脑风暴,召集者是该基金会的科学项目副总裁全美永。全美永是一位华裔分子遗传学家,她的知名来自她锲而不舍地促成了多项跨学科的科学项目。与会的6位专家在合成生物学、纳米科技和神经科学方面均有很深造诣,领头的是哈佛大学医学院的遗传学家乔治·丘奇,此人是人类基因组计划的创始人之一,另外有哥伦比亚大学的神经科学家拉斐尔·尤斯特等人。   此次头脑风暴的主要话题是神经科学。与会者比较一致的看法是,随着一系列新技术的出现,开展一项大规模的用以跟踪人类大脑功能连接活动,直至对每个神经元功能作详尽了解的条件已经成熟。此次头脑风暴的结果是形成了一份名为大脑活动图谱绘制(BrainActivityMapping,BAM)的项目建议书,并于同年12月向美国国立健康研究院、美国国防部高级研究计划局和白宫科学与技术政策办公室提出了这一项目。   一年多后,《自然》杂志在一篇报道中这样记叙道:“在全美永的推动下,神经学家和纳米科学家聚集在英国白金汉郡一个风景优美的乡村里,科学家们在那里共同起草了一份论文,写下了他们雄心勃勃的计划,即通过神经细胞层面以毫秒级分辨率来绘制神经环路的活动图,以探索被称之为‘难以渗透丛林’的大脑功能”。   2012年1月6日,在加州圣莫尼卡举行的卡弗里基金会未来研讨会上,BAM作为一项主要议题被推向了一个新的高度,紧接着在国际神经科学界的顶尖刊物《神经元》杂志发表了实施该项目目标的相关细节和初步方案。   这几位科学家的建议和他们在《神经元》杂志发表的文章很快为白宫科学与技术政策办公室所注意,其时,这批官员正受命为奥巴马总统起草在科学研究层面寻求可能的突破以迎接未来挑战的讲稿,人脑研究也是准备列入其中的一项。可以说乔治·丘奇等几位科学家的想法正好与奥巴马总统想从科学上寻求突破的想法契合,于是就有了今年2月美国总统国情咨文中关于推动脑科学研究和4月初奥巴马总统关于启动“大脑活动图”计划的讲话。   需要指出的是,6位科学家一开始提出的脑活动计划是很谨慎的,他们建议在进行斑马鱼、小鼠和大鼠实验之前,先从一些简单的生物实验开始,包括蠕虫、果蝇和水蛭等。但白宫科学与技术政策办公室官员鼓励这些学者“提出更远大的目标”,于是,这一项目后来扩展到对人类大脑活动图谱的绘制,以及对脑部疾病干预可能性的研究。   现在来看,这件事的背景之一或与奥巴马急于改变无所作为的状况有关,而选择科学上的突破相对容易得到两党和全国人民的支持,也是阻力较小的。   人脑计划与基因组计划   记者:许多人,包括很多科学家都认为,人脑计划可以与人类基因组计划相比,请鲁教授分析一下这次的脑科学研究项目与人类基因组计划的异同点。   鲁白:从相似点来讲,两者都是大科学计划,而且都是自上而下政府推动的产物;从投入来看,也很相似,人类基因组计划是13年内斥资38亿美元,而这次的大脑研究准备在10年有30亿的投入;再从目标看,两者都有刺激经济、创造新兴产业、提升美国的竞争力、扩大就业的内在考虑。另外这些大科学项目会对科学研究的方式都有颠覆性改变,造就新一代的科学实验劳动力,甚至改变教育乃至人们的生活方式。   从不同点而言,人类基因组计划有明确的终点,而脑活动图几乎是无限的,不可能有终点;另外一个不同是当年做基因组时,老的测序技术是有的,尽管花费多、时间慢,工具是现存的,当然需要提升创新。而支持这次脑活动图绘制的现有技术尚不存在,连工具都没有,所以首先要把力量花在技术和工具开发上;第三个不同点是投资来源不一样,上次是NIH和能源部主导,这次有NIH、国防部高级研究计划局、国家自然科学基金会等以及多家私立基金会如Allen脑科学研究所等机构参与。   人脑计划应该从人类基因组计划吸取不少经验教训,事实也是这样。这次人脑活动图计划一开始就注意政府与私营机构合作,工业界也从一开始就介入。而人类基因组计划开始时,工业界基本上没有参与。其实这种有组织而重复性、技术性高的工作特别适合高科技企业的参与。同时这次脑图计划一开始就注意协调好政府与私营机构的关系,避免出现人类基因组计划的NIH与赛莱拉公司的竞争和克雷格·文特这样的强势挑战等等。   另外这次脑图计划在对疾病的治疗前景提法方面很谨慎,不轻言和许诺能治疗什么疾病,只提到会对与脑有关疾病的治疗带来新的思路,这与上次是很不相同的,这也是吸取了基因组计划的教训。   以人类基因组计划产生的效益为例   记者:另外值得一提的是,或许是希望得到民众更多的支持,也可能是出于相关预算能顺利通过,奥巴马的讲话将“大脑活动图”项目与当年绘制人类基因组图谱作比,并称当年“用于绘制人类基因组图谱的每1美元的投资,都获得了140美元的回报。”   鲁白:对人类基因组计划的评价,科学技术界(包括科学界和生物医药界)看法不是很一致,主要的不同意见是认为其未完全达到原先的承诺。当年曾有几方面的承诺,包括从科学上完整解读人类的奥秘,生物技术的大突破,科学研究方式的革命性改变,产生全新的基因工业,培养新一代的集计算、数据、遗传学等于一身的科学家,并且会对疾病的认识、治疗产生革命性改变。不少人认为最后一点现在还未完全兑现。   或许是为了替人类基因组计划正名,也是想推动更多的人支持这次的大脑活动图计划,白宫引用了巴特尔技术合作调研公司的一份“人类基因组计划到底产生了哪些经济影响”的评估调查,这份报告得出的结论是:基因组计划每1美元投入产生了140美元的直接回报,主要体现在联邦和地方政府从有关基因组的企业得到的税收中,间接的经济效益则包括带动了就业、创造了全新的经济和行业、潜在的治疗机会等等。   其实从广大科学家和一般的社会民众来看,对人类基因组计划的成效还是认可的,评价大多是正面的。但在美国,对任何一项国家项目的投资都有非常严格的审批程序,所以游说政客、得到民意的支持就非常重要。也因为深谙此道,故这次脑图计划的推动者行事操作考虑比较周到,举两个例子:   一是一些科学家提出担心国家把钱投到脑研究中,对其他研究的投入就可能减少。对此NIH出面反复澄清,这次在经费投入上是做加法而不是做减法,即不应该影响原来对科技的投入。其次,也有人提出这次脑图计划的立项是少数人黑箱操作的结果,政府未听取整个科学界广大科学家的意见。对此,NIH出面邀请反对最激烈的科学家,譬如科利·巴格曼,请她来做脑活动图计划的专家委员会主席。同时为了避嫌,当初建议脑活动计划的十几位科学家中只有两人参加专家委员会。   我总体感觉,脑图计划的领导者们吸取了过去人类基因组计划实施的经验教训,希望在集思广益、及时化解矛盾、吸收不同意见等方面做得更好。   与“脑的十年”相比有哪些不同   记者:这次人脑活动图计划与不久前欧盟宣布拟实施的人脑研究计划及更早以前美国的“脑的十年”计划等相比,有哪些不一样?   鲁白:“脑的十年”是美国总统老布什任上宣布的一个计划,即在1990至1999年期间通过这一计划的实施,增进公众对脑研究带来价值的认知。这一计划经由各种活动,包括出版物和讲解,旨在激发从国会议员、政府官员到普通公众对脑研究意义的认知,鼓励公众参与到脑研究可能带来的突破引发的伦理、哲学和人文话题的讨论。虽然“脑的十年”没有实质性的投入,只是总统签署了一个文件,但仍然推动了整个社会对脑和脑研究的重视,神经科学和脑科学在美国有很强的研究积累,与美国对脑研究的投入和重视有关。   当然欧盟愿意“10年投资10亿欧元”来推动脑研究,也有想借此推动创新、刺激经济之意。欧盟是让大家提创新方案,最后集中到两点,人脑研究项目是其中之一,重点是人脑的模拟、对脑的认识;其次是医药的创新,改变了以往动物实验的环节,代之以计算机模拟,希望产生出新的诊断和治疗方法;第三是会对计算机和IT工业带来推动。   脑活动图计划能刺激经济复苏吗   记者:记得上世纪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来使全球经济摆脱衰退,重新走入一个相对繁荣期,大脑研究计划会是这样的发动引擎吗?   鲁白:如前所述,人们指望大脑活动图计划也与人类基因组计划一样,以科技创新推动新兴产业,创造就业机会,刺激经济,改变生产和生活方式。我不是经济学家,还是从生物医药界的角度来探讨其意义吧。这次的人脑活动图计划如果能顺利实施的话,将有助于神经科学家用全新的手段研究神经网络,可能会对脑环路结构功能的认识带来革命性的进展;刺激其他相关学科如纳米、信息、数据、材料、电子等的发展。其次,有助于培训新一代的神经科学家,他们将成为新的生物医药科技业的生力军;其三,帮助生物医药学开发新的工具和方法以追踪疾病进程以及药物疗效;最后,搞清楚特定脑区、特定神经元类型的电活动特征,可能有助于各种脑疾病的新型治疗方法的研发。当然,这些是否会带来如人类基因组计划1比140倍的回报,现在还很难说。   当年人类基因组计划的领导者、美国NIH现任院长弗朗西斯·柯林斯在回答记者有关为什么在经济尚未恢复时要实施“脑活动图”项目时的一段回答很妙:如果不做,我们经济复苏会更困难。   中国神经科学界不应缺席   记者:当年的国际人类基因组计划,中国也是主要参加国之一。这次美欧纷纷高调宣布要执行人脑活动图的绘制计划,这件事的价值您刚才也分析了,这里想请问鲁教授,就您所知,中国神经科学界对此有何反应?接下来会有一些举措吗?   鲁白:目前国内一些神经科学家正在探讨在中国做类似的神经科学计划的可能性,一个很初步的看法是:这件事如果要在国内推动的话,一是要争取到更多的国内神经科学界同行的协同参与;第二是争取到国家以及社会、工业界一起来支持做这件事;第三是要做出中国的特色。这就要考虑中国在这方面有哪些优势。   中国在神经科学方面有很强的积累。即使在文革期间,张香桐、韩济生等前辈科学家借针刺麻醉继续推动神经科学。另外,中国在纳米科学、数学等学科比较有基础,在数据处理、模式动物等方面也有长足进步。我觉得中国的优势一是在整合国家资源、有组织的大规模学科交叉研究方面有一定经验。无论中国今后在脑科学计划方面做什么、怎么做,都需要整合神经科学、纳米、计算、合成生物学等多方面的资源。   其次,中国有科技人力资源上的优势,比较适合做技术性强、需要大规模重复性的工作。脑图计划一旦技术上突破了,接下来一定也是重复性的工作,要一个个脑区、一个个神经环路,甚至一个个神经元的切入,中国在这方面应该有一定的优势。   第三,中国在灵长类、人脑疾病,特别是罕见病遗传病方面的研究资源十分丰富。   我个人觉得中国的脑研究计划应该与对中国人脑疾病的认识、预防与治疗结合起来。前期应该多花点力气做技术研发,因为做脑活动全图的技术目前还没有,大家在同一个起跑线上。

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