“我們無法忍受人類仍舊對(duì)大腦如何工作知之甚少。”20多年前，DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)者之一、諾獎(jiǎng)得主弗朗西斯·克里克曾如此抱怨。時(shí)至今日，人類大腦對(duì)于科學(xué)家而言，仍然還是一個(gè)尚未打開的“黑箱子”。

為揭開大腦謎團(tuán)，腦科學(xué)研究成為各國科技發(fā)展的“兵家必爭(zhēng)之地”，我國也將“腦科學(xué)與類腦研究”上升為國家戰(zhàn)略。在今年的全國兩會(huì)上，全國政協(xié)副主席、科技部部長(zhǎng)萬鋼表示，腦科學(xué)與類腦研究等重大項(xiàng)目實(shí)施方案編制已經(jīng)開始，預(yù)計(jì)兩年內(nèi)將會(huì)啟動(dòng)實(shí)施。

腦計(jì)劃被認(rèn)為是比人類基因組計(jì)劃更偉大的工程，中國如何取得這一工程的話語權(quán)？在3月11-12日于深圳召開的香山科學(xué)會(huì)議第588次學(xué)術(shù)討論會(huì)上，“非人靈長(zhǎng)類腦與認(rèn)知”成為科學(xué)家討論的焦點(diǎn)。

“有所為，有所不為”

腦科學(xué)被稱為是理解自然和人類本身的“終極疆域”。歐盟率先啟動(dòng)“人腦工程”后，美國、日本緊隨其后啟動(dòng)相關(guān)腦研究計(jì)劃，我國為爭(zhēng)得這場(chǎng)競(jìng)賽的入場(chǎng)券也在積極謀劃“中國腦計(jì)劃”。

然而，我國雖然可以在語音識(shí)別、腦組織顯微成像等個(gè)別領(lǐng)域“領(lǐng)跑”國際，但在神經(jīng)科學(xué)整體研究上，相比歐美的深厚積淀也只能算蹣跚學(xué)步，想要進(jìn)入腦科學(xué)“領(lǐng)跑”梯隊(duì)尚需時(shí)日。

大會(huì)執(zhí)行主席、中科院上海神經(jīng)科學(xué)研究所所長(zhǎng)蒲慕明認(rèn)為，中國腦科學(xué)計(jì)劃要遵循“有所為，有所不為”的原則，既要在重要前沿領(lǐng)域與先進(jìn)國家競(jìng)爭(zhēng)，又要發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)，在某些領(lǐng)域做到世界領(lǐng)先，最終主導(dǎo)大型國際合作計(jì)劃。

在他看來，中國腦科學(xué)研究的先天優(yōu)勢(shì)是種類和數(shù)量非常豐富的靈長(zhǎng)類動(dòng)物和豐富的腦疾病樣本，在非人靈長(zhǎng)類轉(zhuǎn)基因動(dòng)物研究及腦疾病模型研究方面，我國已走在世界前列。因此，非人靈長(zhǎng)類腦認(rèn)知科學(xué)研究是中國必須要抓住的機(jī)會(huì)。

“國內(nèi)的獼猴研究基礎(chǔ)是我們走向全面理解人類認(rèn)知功能非常重要的一步。未來的方向是要把非人靈長(zhǎng)類大腦網(wǎng)絡(luò)和它的結(jié)構(gòu)、功能搞清楚，最終理解人類大腦功能和神經(jīng)基礎(chǔ)。”蒲慕明表示，作為模擬動(dòng)物，猴類可用于研究在靈長(zhǎng)類才出現(xiàn)的腦結(jié)構(gòu)和功能及演化機(jī)制，為解析人類高級(jí)認(rèn)知功能的神經(jīng)環(huán)路結(jié)構(gòu)和工作原理提供必要的實(shí)驗(yàn)材料。

北京師范大學(xué)李武教授認(rèn)為，獼猴和人類擁有高度相似的視覺系統(tǒng)，非人靈長(zhǎng)類視覺系統(tǒng)是智能化信息加工的理想模型，深入揭示跨腦區(qū)、多層級(jí)、多線程的信息加工原理對(duì)于構(gòu)建和完善類腦的人工智能計(jì)算模型將有重要指導(dǎo)作用。

中科院上海神經(jīng)科學(xué)研究所研究員王征也表示，非人靈長(zhǎng)類模擬動(dòng)物一直被默認(rèn)為是與人類腦功能結(jié)構(gòu)較為接近的物種，以此來構(gòu)建腦疾病模型具有天然優(yōu)勢(shì)，不僅可以篩選腦疾病藥物，也有助于探索和研發(fā)新一代生理、物理治療手段。

“本世紀(jì)生物科學(xué)最重要的就是搞清大腦圖譜，針對(duì)靈長(zhǎng)類大腦圖譜的精準(zhǔn)解析，恐怕只有我們中國可以實(shí)現(xiàn)。我們的優(yōu)勢(shì)給了我們前所未有的契機(jī)，如果能夠做起來，中國就會(huì)在這方面做到‘國際領(lǐng)跑’。”蒲慕明說。

瞄準(zhǔn)主要突破口

中國腦計(jì)劃可以概括為“一體兩翼”：一體是以理解大腦的認(rèn)知基礎(chǔ)為中心，兩翼分別是腦疾病診斷、治療和類腦智能技術(shù)的發(fā)展。要想“兩翼”豐碩，研究就要有所側(cè)重。

蒲慕明表示，非靈長(zhǎng)類研究的意義及總體目標(biāo)就是解析高級(jí)腦認(rèn)知功能的神經(jīng)基礎(chǔ)及演化機(jī)制、腦重大疾病的機(jī)理和診斷干預(yù)手段的研發(fā)以及解析宏觀圖譜的真實(shí)意義，近期最有可能有重大貢獻(xiàn)的方向就是繪制細(xì)胞類型圖譜、神經(jīng)聯(lián)接圖譜和神經(jīng)元活動(dòng)圖譜。

大會(huì)執(zhí)行主席、深圳先進(jìn)技術(shù)研究院—麻省理工學(xué)院麥戈文聯(lián)合腦認(rèn)知與腦疾病研究所研究員王立平根據(jù)與會(huì)專家的討論結(jié)果，將可以應(yīng)用于非人靈長(zhǎng)類腦圖譜解析用的關(guān)鍵技術(shù)凝練為七個(gè)方面：基因編輯及干細(xì)胞技術(shù)，遺傳學(xué)標(biāo)記與神經(jīng)環(huán)路示蹤技術(shù)，透明腦與快速光學(xué)成像及fMOST技術(shù)，單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組技術(shù)，光、電、磁等神經(jīng)調(diào)控技術(shù)，活動(dòng)圖譜技術(shù)，靈長(zhǎng)類腦認(rèn)知范式的建立。

中國科學(xué)院院士、美國科學(xué)院外籍院士、香港科技大學(xué)副校長(zhǎng)葉玉如以及中國科學(xué)院院士、中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究所教授強(qiáng)伯勤也認(rèn)為，這些方法交叉應(yīng)用于非人靈長(zhǎng)類腦認(rèn)知研究將成為未來腦科學(xué)發(fā)展的重要趨勢(shì)之一。

對(duì)于非靈長(zhǎng)類基因編輯，大會(huì)執(zhí)行主席、昆明理工大學(xué)靈長(zhǎng)類轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究院教授季維智表示，利用基因編輯從靈長(zhǎng)類胚胎發(fā)育早期乃至個(gè)體，圍繞影響神經(jīng)發(fā)育和相關(guān)疾病的致病機(jī)理開展研究，是探索腦功能的有效途徑。但他也指出，利用基因編輯技術(shù)在靈長(zhǎng)類實(shí)現(xiàn)基因敲入至今仍是難題，加之人們所擔(dān)憂的脫靶效應(yīng)問題等都需要學(xué)界加強(qiáng)合作，尋求突破。

雙光子顯微成像技術(shù)是近年發(fā)展起來的用于研究活體情況下大腦功能活動(dòng)的一種重要的光學(xué)成像技術(shù)，尤其適合活體組織深部成像，可以在動(dòng)物認(rèn)知行為的同時(shí)，以單個(gè)細(xì)胞的分辨率監(jiān)測(cè)腦皮層數(shù)千個(gè)神經(jīng)元的群體活動(dòng)，也可以利用樹突成像或結(jié)合光遺傳學(xué)技術(shù)，研究腦皮層精細(xì)的神經(jīng)線路，這都給腦認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)研究提供了前所未有的新視角。

北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院唐世明實(shí)驗(yàn)室就在清醒猴認(rèn)知行為條件下，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定時(shí)間超過6個(gè)月的雙光子成像。在他看來，清醒猴雙光子成像技術(shù)在系統(tǒng)神經(jīng)科學(xué)研究特別是腦高級(jí)認(rèn)知的神經(jīng)機(jī)制研究上，有極大的應(yīng)用潛力。

而對(duì)于以獼猴為代表的非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物，最為經(jīng)典的試驗(yàn)方法就是利用行為訓(xùn)練的手段讓猴子學(xué)會(huì)某種具體的感知、動(dòng)作或認(rèn)知任務(wù)，然后用電生理的手段同步記錄神經(jīng)細(xì)胞電活動(dòng)，由此建立行為和神經(jīng)活動(dòng)的關(guān)系。

清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程系教授王小勤表示，這些經(jīng)典方法仍存在局限，如常用行為訓(xùn)練模式大部分基于人類行為來設(shè)計(jì)、絕大部分試驗(yàn)都在單個(gè)動(dòng)物上完成。而新開發(fā)的神經(jīng)細(xì)胞無限記錄技術(shù)和高通量計(jì)算手段，使得在多個(gè)非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物的大腦同時(shí)研究社會(huì)行為的神經(jīng)機(jī)制變?yōu)榭尚小?/p>

直面發(fā)展挑戰(zhàn)，形成共識(shí)

面臨巨大機(jī)遇的同時(shí)，非人靈長(zhǎng)類研究的挑戰(zhàn)也前所未有，科學(xué)家對(duì)非人靈長(zhǎng)類腦認(rèn)知研究領(lǐng)域的骨干人才短缺的焦慮表現(xiàn)得尤為突出。

“最聰明的學(xué)生很少到做猴子的領(lǐng)域來，這是非�，F(xiàn)實(shí)的。這個(gè)領(lǐng)域出成績(jī)非常難，四五年才出一篇文章，高校允許它存在嗎？不可能。”某高校教授一臉無奈。此研究領(lǐng)域有特殊的高技術(shù)要求，認(rèn)識(shí)猴子認(rèn)知過程的時(shí)間要求導(dǎo)致研究過程漫長(zhǎng)，在國內(nèi)常規(guī)的評(píng)審體系中，難免因“論文質(zhì)量和數(shù)量”而處于劣勢(shì)，與會(huì)科學(xué)家們呼吁社會(huì)理解此研究領(lǐng)域的規(guī)律。

在此次學(xué)術(shù)討論會(huì)上，根據(jù)目前國內(nèi)靈長(zhǎng)類研究的基地和團(tuán)隊(duì)基礎(chǔ)來建設(shè)國家級(jí)靈長(zhǎng)類研究中心，逐步強(qiáng)化人才培養(yǎng)和培訓(xùn)，也獲得專家普遍認(rèn)同。研究中心不僅做腦與認(rèn)知，還要覆蓋靈長(zhǎng)類生物學(xué)，促進(jìn)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)和轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究，各個(gè)區(qū)域根據(jù)自身研究基礎(chǔ)和特色協(xié)調(diào)發(fā)展；同時(shí)加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物倫理的規(guī)范要求、社會(huì)宣傳和科普教育。

中國腦計(jì)劃要想在未來取得突破，不僅取決于個(gè)人實(shí)驗(yàn)室的努力，還取決于來自不同學(xué)科的大型研究團(tuán)隊(duì)的合作。“長(zhǎng)遠(yuǎn)來講，我們希望提出一個(gè)框架，能夠加強(qiáng)境外合作，包括香港優(yōu)勢(shì)研究力量的參與等。同時(shí)加強(qiáng)國內(nèi)優(yōu)勢(shì)團(tuán)隊(duì)合作，為謀劃由我們中國人主導(dǎo)的腦科學(xué)領(lǐng)域國際大科學(xué)合作計(jì)劃做好準(zhǔn)備。中國腦計(jì)劃還應(yīng)與國家重大需求和重大工程結(jié)合，比如‘上天入海’等；理論模型研究的引入對(duì)于理論框架的建立也非常重要。”王立平在概述與會(huì)專家的共識(shí)性的想法時(shí)總結(jié)說。