「大腦計劃」能否讓人更聰明

2016年09月05日小白鼠大腦中不同皮層區域的連接圖。解放日報記者　夏斌近日，中國科學院公布「十三五」發展規劃綱要，提出了60項有望實現跨越發展的重大突破。其中，腦科學與類腦智能研究，攜手量子通信、人機交互與虛擬現實、月球與首次火星科學探測等，入選未來5年的努力方向行列。大腦是人體中最複雜的部分，被稱為「三磅的宇宙」。國際科學界預言，21世紀將是腦研究世紀。隨著歐盟、美國和日本相繼投入巨資進入這一領域，中國也把腦科學研究列為「事關我國未來發展的重大科技項目」之一，並於2015年正式啟動「大腦計劃」。那麼，人類大腦究竟有何神奇之處？「大腦計劃」能帶來何種改變，會讓人變得更聰明嗎？掌握「讀心術」的前提談戀愛時，會不會猜測她喜歡什麼禮物，或者頭疼怎麼不讓她生氣？帶寶寶時，又會不會擔心下一秒有什麼東西被摔壞，或者糾結哭聲到底是傳遞啥信息？要想掌握這樣的「讀心術」，不妨先從研究大腦架構入手。日前，美國華盛頓大學的研究小組使用圖像診斷設備，對210名22歲至35歲的健康年輕人腦部進行分析，然後繪製出了按照結構和功能劃分的大腦「地圖」。結果顯示，能夠感受到聽覺、視覺及冷暖等外部環境的變化並作出反應的部位，在大腦一側就被分成了180個區域。其中，83個區域屬於已知，另外97個區域是首次查明。長期以來，科學家試圖描繪一幅包含人腦連接性、功能和微觀結構的高清圖譜，以便更好地了解它如何作為一個整體工作。但由於技術難度過大，這一設想一直未能成真。此前最著名的腦圖譜，只是根據組織中細胞的排列，將大腦皮層分為52個區域。這些限制導致大腦圖譜「模糊不清」，且無法在個體間進行複製。此次華盛頓大學的研究人員利用磁共振成像裝置，全方位掃描實驗者大腦靜止及執行簡單任務時的狀態。結果發現，有些區域清楚地包含在某些特定的任務中。比如，名為「55b」的區域會在聽到故事時活躍起來；有的區域則參與控制人的行走運動等。這張高清大腦「地圖」，是美國奧巴馬政府人腦功能探索計劃的組成。2013年4月，美國政府宣布啟動「腦計劃」。這個計劃有一個宏偉的藍圖，即繪製人腦活動圖譜、了解人腦運行機理，進而讀出人們的思維活動，並推動腦部疾病檢測。「一體兩翼」研究格局人腦中有大約1000億個神經元，彼此通訊，形成100萬億個突觸，數量之繁密，勝過整個銀河系的星辰。而目前最先進的技術，也只能記錄來自單一神經元或小群神經元的信息，「就像你在看電影，可顯示屏只有一像素」。因此，大腦之謎與宇宙之謎被稱為「兩大科學難題」。隨著21世紀新技術的發展，腦科學研究正在出現新的一波浪潮。2005年，瑞士洛桑理工學院的科學家提出「藍腦計劃」，希望製造出人造大腦，以達到治療阿爾茨海默症和帕金森氏症的目的。相關設想的主要路徑是，「拆除之後重建」哺乳類動物的大腦。2013年，歐盟宣布將「人腦工程」列入未來10年「新興技術旗艦計劃」，並啟動目前世界最先進的腦科學大型研究計劃。一些大型互聯網企業則積極布局人工智慧大腦領域。9月1日，百度董事長兼CEO李彥宏首次向外界全面展示了「百度大腦」進展。目前，「百度大腦」已建成超大規模的神經網路，擁有萬億參數、千億樣本、千億特徵訓練，能模擬人腦的工作機制；數十萬台GPU（圖形處理器）伺服器，保證了「百度大腦」超強的計算能力；　全網網頁數據、10多年累積的搜索數據以及百億級的圖像、視頻、定位數據，成為「百度大腦」的養料。「3年前的『百度大腦』已經具備了兩三歲孩子的智力水平，如今它的智商有了更多進步。」李彥宏表示。科學家建議，各種層面的「大腦計劃」應該從認識腦、保護腦和模擬腦三個方向展開研究，逐步形成以腦認知原理的基礎研究、腦重大疾病、類腦人工智慧為「一體兩翼」的研究格局。讓人變得更加智能健康在美國的「腦計劃」中，科學家提出了細緻的研究步驟：5年後對秀麗隱桿線蟲的大腦活動實現監控，這種生物的大腦擁有302個神經細胞和大約7000個神經節點；10年之後完成果蠅的大腦圖譜繪製，它擁有大約13萬個神經細胞；15年後觀測斑馬魚的大腦活動……「神經科學領域研究技術的創新與發展，將有助於讓人類徹底理解大腦的運行方式，進而闡明意識的發生、思維過程等科學謎題，為更好地防治抑鬱症、孤獨症、阿爾茨海默症等大腦疾病，以及開發大腦潛能作出貢獻。」江蘇省圖像處理與圖像通信重點實驗室主任、南京郵電大學教授李海波認為，大腦是長（自主發育）出來的，因此研究的核心理念是「讓人更加智能、更加健康」。要想實現這一目標，除了將腦科學技術從實驗室推向市場，更重要的是通過對腦科學的研究促進人類智力的提升，讓人變得更聰明。通常來說，人類發育過程中，最具有可塑性潛能的是孩童階段。人類在幼年學習知識，並學會適應外界複雜的社會；　一些嚴重的神經系統疾病如自閉症，也從孩童階段開始表現出來。因此，人腦開發應該從兒童開始，圍繞兒童發展腦機制和行為學、嬰幼兒神經發育疾病的機理、腦疾病治療的重大需求等展開研究，促進人類智力發育。當然，在這一過程中，人工智慧也會獲得極大的助力。一般認為，腦認知原理主要解決三個層面的問題：一是大腦對外界環境的感官認知，如人的注意力、學習、記憶及決策制定等；二是對人類及非人靈長類自我意識的認知，通過動物模型研究人類和非人靈長類的自我意識、同情心及意識的形成；三是對語言的認知，探究語法及廣泛的句式結構，用以研究人工智慧技術。通過探索運用這些機理，推動腦科學和類腦智能技術的相互借鑒、相互融合，也許某一天，智能機器人將同樣具備視覺、聽覺、觸覺、運動神經系統乃至記憶、自主神經系統；而人類也將發展出類似互聯網路的功能，可以憑藉腦波或「第六感」真正進行「意念交流」。中國應該「有所為」蒲慕明是中科院上海神經科學研究所所長，還曾擔任美國加利福尼亞大學伯克利分校傑出講座教授。身處中美兩國學術前沿，他清晰地感受到，腦科學和類腦研究的全球性熱潮反映了三點共識：第一，腦科學是人類理解自然界現象和人類本身的終極疆域，是本世紀最重要的前沿學科之一；第二，腦疾病所帶來的社會經濟負擔已超過心血管病和癌症，腦科學的發展對腦疾病的診斷治療將有關鍵性的貢獻；第三，對人腦認知神經機制的理解，可能為新一代人工智慧演算法和器件的研髮帶來新啟發。蒲慕明認為，基於現實層面的考量，我國「大腦計劃」應該「有所為，有所不為」，並不是所有領域都做，而是充分利用我國數理、信息、材料、工程交叉學科的專長，在我們的優勢領域做到世界領先。事實上，中國科學家利用特有的靈長類動物資源，已經作出了一系列震驚世界的發現。例如，世界第一個基因編輯猴與第一個可作為自閉症模型的基因工程猴等。同時，我國擁有各種疾病患者群，經過科學的組織有可能形成種類齊全、資料完整的樣本庫，這是確保相關研究走在前列的重要基礎。（部分資料引自新華社、《科技日報》）
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