从认识脑到创造脑：探索创造力的奥秘

大脑作为人体最复杂的机体器官，其复杂程度难以想象，其功能之强大也远未被我们所认识。脑科学研究的终极目的是“认识脑”，从而“保护脑”，并最终“创造脑”。“认识脑”就是要揭示脑功能的本质，“保护脑”就是要预防和治疗脑的疾病，“创造脑”就是要激发人脑的潜在能力，开发人工智能。“认识脑”应是其他两个研究类别的基础，并贯穿于所有脑科学研究领域之中。

“认识脑”：阐明脑功能

“认识脑”的战略目标由两部分组成：一是阐明行使“感知”“情感”和“意识”的脑区结构和功能；二是阐明脑通信功能。人类跟动物最大的区别在于人类有大脑皮层，它的面积很大且具有非常复杂的结构。大脑皮层分为6层，共有约860亿个神经元细胞，互相连接形成了复杂网络。人脑在处理信息的时候，大脑皮层的不同区域，会处理不同的任务。有些是处理视觉的，有些是处理听觉的。在信息技术或者人工智能处理中，图像、语音、文字、触觉都是分离的。非常有趣的是，人脑处理不是这样的，通过脑通信功能，视觉、触觉和听觉会交叉，能够形成“记忆”。值得注意的是，记忆和存储是不一样的，记忆能够体现出信息抽象的特征。

大脑皮层具有超强的记忆功能，并且能够实现预测，而计算机的工作原理则是通过运算和存储实现的。“记忆”具有自联想的回忆模式。例如，当看到人脸的上半部分，马上能想到脸的下半部分是什么样子；当听到句子前半部分的时候，就能够预测到句子的后半部分。大脑记忆能够实现人脸自动识别，不需要复杂的计算过程。因为记忆有预测功能，这与使用计算机通过运算实现人脸识别的过程完全不同。

在直接研究脑联结图谱条件尚未成熟的情况下，目前需要通过对低等哺乳动物模型的探索，了解脑神经元联结模式的基本特点，这对研究成熟人脑有重要的参考意义。此外，无创伤大脑成像技术为人们认识活体脑的活动及分析其机制提供了前所未有的有效工具。

“保护脑”：征服脑疾病

人类大脑大约有860亿个神经元，它们是如何连接以及是如何导致精神错乱，或是如何出现神经性疾病的，目前人类还尚未得知。随着全球人口老龄化时代的到来，阿尔茨海默综合征、帕金森综合征以及亨廷顿综合征等神经衰退性疾病日益威胁着人类的健康，“保护脑”成为脑科学的研究重点。一些常见的脑功能障碍疾病，如自闭症、精神类疾病、阿尔茨海默综合征等都是全世界的难题，也都与大脑的奥秘有关。所以，“保护脑”的战略目标就是要征服脑疾病：一是控制脑发育和衰老的过程；二是神经性和精神性疾病的康复和预防。

脑科学研究成果应用的首要目标是脑疾病的诊断和治疗，通过研究大脑的工作机理，以及通过建立动物模型研究大脑神经回路技术，从而更好地诊断以及治疗大脑疾病。通过脑科学研究，未来人类有望通过分子、影像以及相关标记物，既可在大脑疾病的早期诊断和干预上发挥重要作用，也可通过大脑疾病的遗传、表观遗传以及病理性功能失调等方面的研究，掌握大脑疾病的发生机制。随着脑科学的发展，一些困扰人类已久的脑疾病，如自闭症、心理障碍、抑郁症、上瘾以及神经衰退性疾病、阿尔茨海默综合征、帕金森等都会有望被最终攻克。

脑科学、神经科学的研究，就是要为人类自身服务，治病救人就是一个重要的方面。然而这些年国内外很多基于大脑科学的基础研究——尤其是神经科学，却存在严重的与临床治病救人相脱节的现象。更有甚者，很多从事临床治疗的医生也没有将治病和最新的研究成果相结合。例如，一些从事神经科学研究的人，从来就没有和临床有过接触，比如研究自闭症，却不与自闭症患者打交道，这是非常不可取的。尽管当前人类对自身大脑的认识还十分肤浅，但这并不影响研究人员利用相应的研究成果为人类服务。对专门研究人员而言，只要踏踏实实地做一些研究，了解大脑的某些活动，就可以帮助患有阿尔茨海默综合征、自闭症等脑部疾病的患者。而对相应的医生而言，如果他们能够和本领域的前沿研究相结合，并围绕病例进行一些研究，脑科学研究就会发挥出更大的作用。

“创造脑”：开发人工智能

“创造脑”的战略目标是开发仿脑计算机，由两部分组成：一是发展脑型器件和结构；二是脑型信息产生和处理系统的设计和开发。“创造脑”的重要应用方向就是“类脑智能”，也就是时下非常热门的人工智能，即通过对脑的理解，受脑工作原理的启发，人类设计出精巧的、具有部分人类智力的机器或计算机程序。脑科学研究成果将促进人工智能等技术的研发，这一领域的研究突破将引领新一轮的科技革命，并促使经济社会发展呈现出崭新的局面。(www.xing528.com)

在健康医疗领域，可以将传感器植入瘫痪患者脑部，患者就能够用大脑意念操控机械手臂，这大大便利了患者的日常生活。大脑传感技术依靠一个由数百个接触点组成的传感器实现，每个接触点对应大脑中特定的位置，能够即时“解码”从脑细胞和神经中传来的信号。信号被传递到电脑之后，由特定软件对照人体运动模式进行解码分析，并生成操作机械手臂的代码。

在工业创新领域，汽车制造企业路虎推出了“意识传感项目”，旨在研究汽车能否有效解读脑电波，从而判断驾驶者是在专注于驾驶，还是处于昏昏欲睡或注意力不集中的状态。通常监测脑电波的方法，是在头部戴上安装有传感器的头带，但这并不适用于驾驶员。于是，路虎采用了嵌入方向盘的传感器，通过手部感应来监测脑电波，即便传感源远离驾驶者头部，也能借助软件把信号放大，将脑电波从各种干扰中过滤出来。对于脑电波的监测利用远不止于此，最近宝马公司的研发人员就借此成功改装了一辆宝马i3电动汽车，使其能够仅凭一个人的意念来远程驾驶。在展示中，通过将脑电波翻译成驾驶指令，可以控制这辆车在一个曲线跑道上行驶。

总之，脑科学研究以“认识脑”为基础，“保护脑”能够有助于帕金森综合征、阿尔茨海默综合征等脑疾病的诊断和治疗，改善脑疾病患者的生活质量；“创造脑”将为人工智能和机器人技术带来实质性的突破，实现人机交互，让人类可以完全按自己的意识来操作机器。

脑科学和类脑研究的全球性热潮反映了科学界和各国政府的三点共识。

脑科学是人类理解自然界现象和人类本身的终极领域，也是最重要的前沿学科之一。

脑疾病所带来的社会经济负担已超过心血管病和癌症，脑科学的发展对脑疾病的诊断治疗将有关键性的贡献。

计算机技术和人工智能发展至今已面临“瓶颈”，对人脑认知神经机制的理解可能为新一代人工智能算法和机器的研发带来新的启示。

各国的脑科学研究机构，正在对不同层次有关脑的研究数据进行检索、比较、分析、整合、建模和仿真，并绘制出脑功能、结构和神经网络图谱，以此来解决神经科学所面临的海量数据问题，最终达到“认识脑、保护脑和创造脑”的战略目标。

图3-2 从“认识脑”到“创造脑”：脑科学的主要研究领域