本报记者 文敏

　　4月2日，美国正式公布脑科研计划，以探索人类大脑工作机制、绘制脑活动全图，并最终开发出针对大脑不治之症的疗法。业内专家认为，这项计划的意义可与人类基因组计划相媲美。

　　这项计划全称为“推进创新神经技术脑研究计划”，启动资金达1亿多美元，分别由美国国家卫生研究院、国防部高级研究项目局、国家科学基金会提供。美国国家卫生研究院将成立由洛克菲勒大学教授巴格曼、斯坦福大学教授纽瑟姆担任联合主席的高层级工作组，开展相关伦理研究。

　　神奇大脑意味什么

　　大脑是一个充满液体和神经元的容器，上千亿个神经元之间通过发出微小的电脉冲相互交流，对人体运动大到行走、小到抬眉的一举一动“发号施令”。一直以来，这些神经信号就像一本“天书”，人类不知如何才能读懂它。上世纪90年代起，随着计算机等技术水平的迅速发展，人类读懂这本“天书”的希望越来越大。一种称为脑——机接口的技术迅速成为全球科学家最热门的研究领域之一，它致力于在大脑和外部设备（例如假肢）之间建立一条传输大脑指令的通道，实现即使在脊髓损伤发生神经通路损坏的情况下，脑部的信号也能通过外部设备有效到达身体各处，使行动障碍的人重获独立生活的能力。

　　理解人脑的运行机制不但有助于帕金森氏症、阿尔茨海默氏症等脑部疾病的诊断和治疗，还可揭示人脑的高能效、高可靠性之谜，对人工智能研发具有重大意义。同时，它还有助于破译人机界面智能化的世纪难题，开发全新的信息处理系统。在年初的国情咨文中，美国总统奥巴马特别提到为人脑绘图的计划：“现在是太空竞赛以来，美国的研发水平达到新高度的时候了。”一语道破美国出台“脑计划”的深层动机——抢占脑科学研究战略制高点。

　　欧盟委员会也在年初宣布，石墨烯和人脑工程两大科技入选“未来新兴旗舰技术项目”，并为此设立专项研发计划，每项计划将在未来10年内分别获得10亿欧元的经费。

　　正是在此大背景下，世界各国纷纷一掷千金，相继出台新的脑科研计划。鉴于此，脑科学被发达国家视为科研领域“皇冠上的明珠”，成为近20年来发展最快的学科之一。美国国会曾将20世纪最后10年命名为“脑的10年”，日本制定了“脑科学时代”计划，德国、英国、瑞士等也不甘落后，推出了本国的神经科学研究计划。

　　我们“抵达”大脑何处

　　目前，全球脑科研研究取得了爆炸性的发展：研究已深入到细胞和分子水平，一些重大问题已在分子水平上找到答案；认知科学、信息科学等不同学科开始进行学科交叉，并注重综合、整体研究。主要研究方向则包括：阐明神经元特殊的细胞和分子生物学特征；揭示神经元之间各种不同的连接方式；鉴别神经元间的差异；了解神经元如何产生、传导信号及这些信号如何改变靶细胞的活动；阐明神经系统疾患的病因、机制；探索新的治疗手段等。在神经活动的分子、细胞机制，在脑的整合性高级功能等方面，成果叠出，深刻地改变着人类对脑和神经系统的认识。另一方面，对脑的研究，不仅是对自然现象、客观世界的分析，也是对认识主体、主观世界的探索。

　　最近，来自美国、巴西和中国的科学家首次在小鼠身上实验了一种“脑对脑接口”，用微电极阵列将两只小鼠的大脑接通，让它们直接交流以解决简单的行为难题。通过多组精心设计的实验，研究人员发现感觉运动信息不仅能脑间共享，还能远程传输，两只小鼠即使远隔几千英里，也能做出同样选择。

　　研究人员指出，实验证明了“脑对脑接口”能在一对脑或多脑网络之间实现信息交流、处理和存储，由此可作为研究新型社会互动、生物计算设备的基础。相关论文发表在2月28日的《科学报告》杂志上。

　　科学家们用微电极阵列植入小鼠脑部处理运动信息的皮层区，并把两只小鼠的电极连接起来。其中一只作为编码器，另一只作为解码器。“编码鼠”负责接受视觉信息， 两只小鼠分别关在不同的“小房间”里。对于该按哪个杠杆，“解码鼠”并未看到任何指示线索，因此，要想按下正确的杠杆得到奖励，它只能依靠“编码鼠”发出的信息，而这些信息是经由脑对脑接口传入“解码鼠”脑中的。当“编码鼠”执行二选一任务时，它的脑活动以一种皮层内微电流刺激的方式，传递到“解码鼠”脑中相符的皮层区，“解码鼠”则会按下相同的杠杆。研究人员检验了“解码鼠”的破译成功率，结果发现最大成功率达到了70%。

　　“梦的解读”也给脑科学研究带来新的兴奋点。日本国际电气通信基础技术研究所的堀川友慈等人在美国《科学》杂志上发表报告说已开发出一种读梦程序，在实验中读取梦境内容的准确率高达60%以上。研究员说，这可能是世界上首次破译梦境内容。

　　这项实验在日本进行，三名志愿者被要求在功能磁共振成像机器下小睡。来自京都ATR计算神经科学实验室的科学家在堀川友慈博士的带领下，监测志愿者出现梦境迹象时的大脑活动。科学家将收集的数据编入计算机程序，以此识别大脑活动的特征，同时淘汰掉睡眠过程中非可视化的大脑活动。在第二轮的梦境监测中，该程序成功地预测了每个志愿者的梦境，准确率达到60％。

　　中国大脑科学如何

　　在中国科学院生物物理所研究员、脑与认知科学国家重点实验室副主任卓彦看来，探索人类大脑工作机制、绘制脑活动全图表明，脑科学研究进入到了一个新阶段，“原来我们更多的是进行大脑局部功能的研究，比如神经元的工作机理，或者什么样的行为反射在大脑哪个皮层等”，但现在这种分散的“点”状研究正在发展为整体“网络”的研究，“我们要搞清楚大脑的各个功能区是如何连接，如何协同工作的。”但卓彦也提醒说，这只是一项基础性的工作，即使全图绘制成功，要揭开大脑的奥秘也有一段相当长的路要走。

　　近年来，中国也在脑与认知科学上加强了部署。国家973项目先后启动了“脑结构与功能的可塑性研究”“人类智力的神经基础”等课题，国家自然科学基金委启动了“视听觉信息的认知计算”“情感和记忆的神经环路基础”等重大研究计划。中科院的“脑功能联结图谱”先导科技专项，则与美国“脑计划”有异曲同工之处，力求揭示脑的工作原理。这些项目或计划重要的研究目的之一，就是希望在脑与认知科学的基础理论上，取得原创性突破。

　　科学思想上的创新，必须在实验中通过仪器设备来实现。在美国的“脑计划”中，相关科学仪器的研发占有极重要的份额——仅美国国家自然科学基金会就将提供2000万美元，用于开发分子尺度的探测装置。而这，正是中国科学界的“短板”。在卓彦的实验室里，大部分高端的科研设备都是进口的，“国内产品做不到同等水平”。卓彦介绍，他们正在努力补齐这个短板。

　　有了设备，学术思想才是最核心、最重要、最复杂，更考验学术能力和水平的问题。脑与认知科学国家重点实验室学术委员会主任陈霖院士是脑与认知方面的专家，1982年他在《科学》杂志上就视知觉过程从哪里开始的根本问题，原创性地提出了“拓扑性质初期知觉”的理论，向半个世纪以来占统治地位的初期特征分析理论和视觉计算理论提出了挑战。