脑科学研究热潮正在全球兴起

数字大脑。信息图片

该图显示了为模拟人脑神经系统而制造的神经形态计算芯片。奥地利因斯布鲁克医科大学网站

大脑是人体最复杂的器官。破译大脑的操作代码和揭示生命的奥秘是无数科学家努力工作的艰巨任务。2013年，美国和欧洲相继宣布了战略性人脑研究计划。加速脑科学研究不仅有利于改善人类健康，而且可以促进相关产业的发展，刺激经济增长。

5月31日，欧洲“脑科学月”结束。在一个月内，19个欧洲国家的相关机构举行了50多次活动，解释脑科学对人类健康、经济发展和社会进步的重要性，并呼吁欧盟所有部门加强这一领域的研究和发展。

许多参与这项活动的科学家说，正如100年前很难想象今天的太空时代和信息时代一样，今天的人们也很难想象脑科学的进步将给世界带来什么样的变化。

美国和欧洲抢占战略制高点，科学家想绘制大脑导航图

在过去的一年里，尤其是自2013年以来，围绕人脑布局的科学研究在世界范围内显著增加。

2012年夏天，六名美国科学家提出了一项名为“人脑活动图谱”的计划，该计划受到奥巴马*的高度重视，并被修订为美国国家层面的一项重大科学计划。今年4月，奥巴马宣布将从2014财年*预算中拨款1亿美元，用于启动旨在揭开人脑奥秘的研究项目。

同样，欧盟委员会今年1月宣布，人脑工程已成为欧盟“未来新兴旗舰技术项目”之一，并将在未来10年获得10亿欧元的科研资金。

脑科学研究的热潮正在全世界兴起。

人脑是一个复杂的“小宇宙”，我们对此仍然知之甚少。

今年4月，当奥巴马会见科学家时，他说，“作为人类，我们可以识别几光年以外的星系，我们可以研究比原子小的粒子，但我们仍然无法揭示我们耳朵之间三磅重的物质的奥秘。”

如果把大脑比作一座城市，当前的技术只能使人们看到城市的大致轮廓，却无法理解里面正在发生的事情。

美国布朗大学神经科学教授约翰·多纳是“大脑活动图”项目的核心成员。他说:“最让我感兴趣和困惑的是大脑如何将想法转化为行动。我们仍然不太了解大脑是如何工作的。”

哥伦比亚大学神经科学教授拉斐尔·尤斯蒂(Raphael Yosti)表示，“大脑活动图”项目的目标是为大脑绘制导航图，而不是静态图，而是高分辨率的动态图。“我们可以清楚地看到大脑中的单个神经元在受到刺激时是如何反应的，它们是如何与其他神经元相互作用的，以及它们是如何转化为思想、情感甚至最终行动的。”

一些科学家认为人脑项目是第二个人类基因组项目。绘制人类基因组改变了遗传学，现在人们希望绘制人类大脑活动图能有类似的科学效果。

近年来，德国、英国、瑞士和其他欧洲国家也启动了自己的神经科学研究项目。然而，美国和欧盟今天仍然是脑科学研究领域的主要参与者。双方都希望在夺取战略制高点方面起带头作用，从而在未来的高科技竞争中起带头作用。

“现在是美国自太空竞赛以来达到研发新水平的时候了。”奥巴马自信地说。“如果欧洲想要建立强大的竞争地位，它必须现在就开始行动，”欧盟的“人类大脑项目”网站写道。

加速脑科学研究将有助于改善人类健康，促进相关产业的发展，刺激经济增长。

在全球经济普遍低迷的时候，为什么欧洲和美国的发达国家要花费巨额资金来加速脑科学研究？

首先是保护人类健康的需要。医学研究已经发现了500多种脑部疾病，从偏头痛到精神分裂症和阿尔茨海默病。在欧洲，大约三分之一的人口将患有与大脑相关的疾病，这影响到几乎所有的欧洲家庭。近年来，这一领域的医疗费用已经达到每年8000亿欧元，这个数字将随着老龄化社会的加深而上升。加强脑科学研究将有助于诊断和治疗帕金森病和阿尔茨海默病等脑部疾病，并改善人们的健康和生活质量。

第二是科学探索的需要。脑科学研究不仅可以揭开大脑高智能、高效率和低能耗的奥秘，而且在人工智能、遗传学、细胞生物学、生理学、生物信息学、解剖学、行为科学、信息技术、纳米技术和营养学等领域发挥着重要作用。

最后，这也是刺激经济的需要。人脑工程的工业前景非常广阔，而且不受资金限制。

20世纪90年代初实施的信息高速公路计划刺激了美国十多年的经济繁荣。经济界一直希望通过科技推动的工业革命，推动全球经济走出衰退，进入相对繁荣的时期。人脑计划被认为是这样一个启动引擎。

奥巴马曾经说过，“我们在人类基因图谱研究上每投资一美元，我们就能获得140美元的回报。”美国联邦*的一项分析指出，美国人类基因计划耗资38亿美元，到2010年，美国已获得8000亿美元的回报。由于投资大致相同，奥巴马将美国的“人类大脑项目”与人类基因组项目进行了比较，并期望获得更高的回报。

随着脑科学研究的深入，以基础研究为基础的新学科和新产业将大量涌现，并将创造大量就业机会。脑科学研究属于高技术附加值项目，以此为基础的产业必将产生可观的经济效益。一些研究报告显示，自2009年以来，人脑工程领域的产业规模持续增长，相关产业规模在2012年达到约10亿美元，预计2020年将增长至60亿美元。

脑科学是科学界最难攻克的堡垒之一，绘制人类大脑活动图是一项长期工程。

与人类基因组计划相比，“大脑计划”更加复杂和困难，因为人脑是人体中最复杂的器官，研究人员必须努力获取数据，分析和理解数据。

尽管近年来相关科学研究不断深入，但人脑科学仍然是现代人体科学中最未知因素的领域，是科学界最难攻克的“堡垒”之一。

人脑由100多亿个神经细胞组成(相当于银河系中恒星的总数)，是宇宙中已知的最复杂的组织结构。大脑的复杂性还在于神经细胞在形状和功能上的多样性，以及神经细胞在结构和分子组成上的巨大差异。目前，科学家们还不知道任何单个身体大脑的工作机制。即使一只拥有302个神经元的蠕虫也无法理解它的神经系统。目前，人类对小神经网络的工作机制知之甚少，而在细胞分析层面，人类对大脑结构的工作机制知之甚少。

中国复旦大学脑研究所学术委员会主任、中国科学院院士杨指出，“人们不可能像基因组计划那样给每个神经元贴上标签，因为基因组计划已经识别了每个基因。”。未来研究的困难不仅在于人类大脑中有大量的细胞，而且在于大脑活动是动态的，并且随着环境的变化而变化，在不同的水平上存在不同性质的问题。

北京师范大学脑与认知科学研究所所长罗跃佳认为，脑研究不仅需要理论进步，还需要技术设备的同步更新。目前，技术手段不足以支持动态脑的研究，技术装备的研发也不容忽视。“正如我们将要研究火星一样，我们必须首先建造一艘能够到达火星的宇宙飞船。”罗跃佳说。

杨认为，10年显然太短，无法绘制出完整的人类大脑活动图。从杨·李雄的研究经验来看，当一个人对一个问题有了更深的理解，就会出现大量的新问题。

“人类对大脑的认识是绝对真理。我们在某个历史时期所知道的是相对真理。我们可以无限期地探索大脑的奥秘，但我们不能穷尽它们。”杨对说道。(原标题:脑科学，探索“小宇宙”的奥秘)