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中科院院士段树民:中国“脑计划”应尽快启动

    今年2月,一条科技新闻吸引了国人目光——浙江大学胡海岚教授在国际名刊《自然》发文揭开抗抑郁核心谜团。
    这项研究为寻找新型抗抑郁药物将起到极大的推动作用,其转化效应以及临床运用前景广阔。这项研究及后续的深入得以进行,与公众向浙大捐献的人脑标本功不可没。
    为了推动“人脑库”在全国范围内建设,全国政协委员、中科院院士、神经生物学家段树民已经呼吁多年。2013年,他参与发起的浙江大学人脑库付诸实践,到2017年已经陆续有一百多例人脑标本捐献,开始接受研究者对脑组织使用的申请。
    “发展的速度超出了我们的预期,但仍不能满足研究需要”。近日,段树民委员在全国“两会”期间接受南方都市报记者专访,他建议中国尽快启动脑科学研究国家计划,同时在国家层面搭建人脑库平台。
 
    美欧等国已经启动“脑计划”,脑研究成果将助推人工智能的发展
 
    记者:多年来,你一直在关注中国的脑科学研究计划。科学家是如何研究大脑的?
 
    段树民:脑的研究可以从三个层面去理解。一是宏观层面,把大脑当做黑箱,只研究大脑的输入和输出的关系和规律。科学家给予各种刺激,然后观察动物或人的行为反应,或者大脑不同区域的反应,而不关注大脑内部是如何加工这些信息并发出指令的。
    另一个层面的研究是微观上研究一个脑细胞是如何工作的,这是过去一百多年科学家的主要研究方向。现在我们对脑细胞如何感受和整合信息、如何编码信息并传递给其他脑细胞等机理已经非常清楚了。
    虽然我们了解了单个脑细胞的工作原理,却并不能解释大量的脑细胞如何相互联系、协调工作而完成复杂的脑功能和行为,如语言、思考等。这就要求我们从神经环路(或称网络)的层面去探索脑的工作原理。
 
    记者:在复杂的神经环路的研究中,我们已经取得了什么进展?
 
    段树民:目前研究结果能够明确各种脑功能在大脑的定位区域,比如语言区在脑的哪个部分,这个脑区受损后,语言功能就会出现障碍。但这个脑区是如何工作而完成语言功能的,我们并不清楚,而要搞清楚这样的问题,必须从环路水平去解析。
    人脑约有1000亿个神经元,一个简单脑功能的实现可能就会牵涉到上万甚至上千万的神经元,一个神经元又与成百上千的神经元发生联系。可想而知,要想搞清楚如此复杂的神经环路是如何工作而完成脑的功能,是非常困难的。因此,过去很长时期内科学家较少从这个层面去研究脑。
    近些年来,脑研究的一些关键技术的突破,科学家开始从环路水平上研究脑的功能是如何实现的,取得了一些令人振奋的进展,脑科学的研究面临重大突破的机遇。虽然我们要在神经环路水平上解开大脑之谜依然面临巨大困难,但我们已经看到了曙光,我们相信,随着交叉学科的渗透,一些更具有颠覆性技术会取得突破,从而大大加速我们对脑科学研究的速度。
 
    记者:从目前的进展推测,我们距离完全解开脑功能的环路机制还有多远?
 
    段树民:很难说。简单的生物,如线虫,我们已经清楚它的神经网络的连接,因为线虫的神经元数量少、层次简单。再复杂一些,果蝇、斑马鱼等也许很快就能解析出来。小鼠是最常用的模式动物,它的脑部环路已经非常复杂,可能要耗时较久。然后是猴子,最后是人类。
    由于人脑不能进行创伤性研究,目前我们主要是通过影像学等方法间接的研究,其精度还远远达不到神经环路水平。正因为如此,脑库的建立才显得非常重要,虽然去世后的人脑标本不能进行功能研究,但可以进行精细的结构解析。我们期待不久的将来有更精细、更直接的手段对人脑进行无创伤的研究。
 
    记者:在“科技创新2030重大项目”中,“脑科学与类脑研究”入选。 对中国的脑科学研究有何重大意义?
 
    段树民:目前脑科学研究面临重大突破的机遇,我国的脑科学研究队伍不管是数量上和整体水平上也都有很快的提高。我们期望中国的脑科学研究不要错过这一发展机遇,这一项目的实施一方面将为我国脑科学研究在经费上提供保障,脑库等大的科研平台也可以得到顺利建设,从而支撑我国整体脑科学的研究。另一方面,这一项目的启动也将吸引交叉学科优秀的科学家加入到脑科学研究中来,这不仅促进脑科学新技术的研发,也对人们交叉合作,碰撞新思维,从不同角度探索大脑具有重大意义。
 
    记者:为什么把“脑科学”与“类脑”放在一起?
 
    段树民:首先要指出类脑和人工智能是有区别的。人工智能近年来之所以发展迅猛,主要是由于“神经网络”、“深度学习”等算法的应用,在一定程度上受到了大脑研究成果的启发,但实际上目前人工智能的工作模式和人脑的差别还是巨大的。
    现在的人工智能其实不太关心大脑是如何工作的,真正用到人脑工作原理的地方还很少,主要是因为我们目前对人脑的解析还不够。正因为如此,科学家们希望能够在人脑研究中取得重大进展,以更深入地解析人脑工作的模式,为人工智能发展的革命性突破提供基础。而类脑就是连接大脑研究成果应用到人工智能的一个桥梁。类脑研究直接关注大脑的工作原理,通过借鉴脑结构及信息处理机制,制造出“模拟人脑思维”的人工智能系统,打造人工智能的“升级版”。因此,中国的脑计划强调类脑和大脑研究的融合,有非常重要的意义。
    和类脑研究密切相关的一个领域是脑机交互,或者叫脑机接口,他致力于让人工智能和大脑直接对话,二者密切协作互补,强化大脑,突破人类极限。
 
    脑疾病基础研究需继续加强,精神类疾病的研究或取得突破性进展
 
    记者:对脑疾病的研究和治疗所面临的问题?
 
    段树民:脑科学研究不仅是重大基础研究,也有重要的实际意义。神经精神疾病已经成为危害我国国民身心健康最严重的疾病,其发病率、致残率、致死率都名列前茅。如随着老年社会的到来,脑中风、老年痴呆、帕金森等老年性神经疾病发病率增高。另一方面,随着经济发展,社会竞争压力的增加,焦虑、抑郁等精神心理疾病发病率快速增高。这些都是脑科学研究工作者所面临的挑战。
    目前我们对这些疾病的治疗手段还很有限,一方面是由于我们对这些疾病的发病机制还了解得不够,另一方面,科学家利用动物模型所研发的神经精神疾病的药物,很多用到人身上后就没有效了。一些大公司甚至放弃了对脑疾病治疗药物的研发。当然,国家和政府是不会放弃对脑疾病治疗的研究的。我们期待脑科学研究取得的重大突破将为治疗脑疾病带来曙光。
 
    记者:就目前脑研究的进展,哪些脑疾病可能率先被攻破?
    
    段树民:攻克有几个层面的含义:一种是研究分析出发病的原理;还有一种是彻底根治。我们把脑疾病分为两类,神经疾病是指在脑内能找到明显的神经组织病理变化,如脑中风,脑和脊髓外伤、帕金森等,精神疾病是指在脑内还找不到明显的神经组织病理变化,如抑郁症、精神分裂症等。 现在看来,精神类疾病并不是脑内没有病变,而可能是一些微观上的病变,如神经连接方面出现了异常,即神经环路上出现了问题。由于目前神经环路方面的研究进展非常快,可以期待,精神类疾病的病理机制研究和诊治手段的开发可能会取得很快的突破。
 
    呼吁建立中国人脑库,意义重大时机已成熟
 
    记者:你呼吁建设人脑库多年,人脑组织样本在脑研究中到底有什么用?
 
    段树民:人脑库收集的人类大脑主要用于科研。人之所以是万物之灵,就是灵在大脑,所以我们仅仅研究动物的大脑是远远不够的。同时,一些人类的脑疾病,在动物上是不存在的,也没有很好的动物模型,导致大多数基于动物模型研发的脑疾病药物的失败。由于人脑不能通过创伤性的方式进行研究,目前更多采用影像学分析,如核磁共振、CT等。但这些还是比较间接的,也不够精细。对去世后病人的脑组织进行解析和最后的诊断的确认都非常重要。
 
    记者:目前组建国家层面的人脑库时机是否成熟?
 
    段树民:我认为当下组建人脑库的时机已成熟。从目前经验看,一些地方在没有国家支持的情况下,已小规模地组建起成型的脑库。
    上世纪90年代就已有建立人脑库的呼吁,直到20年后才有实质的进展。一旦启动,进展速度是比较快的。比如,我们浙大人脑库从2013年底开始付诸实践,从刚开始几例,发展到十几例,到去年速度加快了,达到一百多例。实践说明条件已经成熟,如果再有国家层面的组织和支持,人脑库的建设会更迅速。
 
    记者:经过5年发展,浙大脑库已有100多例标本,是否已经开始向科学家开放申请?
 
    段树民:浙大脑库目前已开始给科学家提供人脑组织进行研究,当然,还不能大规模开放,因为非常珍贵,我们要经过严谨的审核,只有那些有望真正解决问题的项目才提供,不允许有丝毫浪费。
 
    记者:人脑捐献和其他的器官捐献、遗体捐献有什么不同?
 
    段树民:实际上去世后的大脑捐献也属于遗体捐献,没有太大的不同,只是要求去世后较短时间内要取得脑组织,一般24小时之内,最好12小时之内,这样才能保证脑组织的保存可以用于科研。当然,如果有病人生前完整的病史等各种资料更好。
    许多人不太理解遗体捐献,包括脑组织的捐献。事实上,捐献遗体在国外普及程度非常高,比如在考驾照时就会有一个选项是否愿意遗体捐献,这样以后出现意外去世时,就可以很方便地实现遗体捐献。当然,我们在动员公众支持理解脑库的建设时,自己也应该做到,包括我自己在内的很多脑库工作人员都签了捐献意向书。我相信,随着社会的发展,人们对公益事业的理解和参与也会随之加强。
 
 

上海脑立方,脑立方,全脑教育,全脑开发,右脑开发,最强大脑,导图思维,记忆力训练 2018-03-21 10:00:07 阅读:

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