利用脑科学掀起最强大脑风潮

选择脑科学作为突破口是因为脑科学研究意义深远，不仅关乎人类的健康和福祉，而且关乎未来的生产力，有望深刻改变社会。脑科学研究不但可以揭开大脑高智能、高效率、低能耗之谜，提升人类健康水平，其研究成果也会为下一轮新技术革命提供重要支撑。尤其在工业创新领域，发展信息社会所必需的“脑型机器”，像人工智能、智能机器人、自动驾驶等，脑科学研究的成果正在改变创新模式并影响我们生活的各个方面。

健康医疗：疾病诊治新手段

脑科学研究首先是保障人类健康的需要。在医疗健康领域，重点解决社会老龄化的问题，由于信息社会快节奏所带来的各种脑疾患者以及由于其他原因所引起的各种脑疾患问题。

运用新的生物技术针对脑科学和脑疾病的研究是国际前沿热点方向。脑科学对人类的意义重大，可以说人类的一切行为都和大脑有关，聪颖与痴呆、学习与记忆、行为与障碍、衰老与再生⋯⋯迄今为止，医学研究已经发现超过500种脑部疾病，如人们熟知的阿尔茨海默综合征、癫痫、精神分裂症、偏头痛、脑血管疾病和脑肿瘤等。随着老龄化加剧，阿尔茨海默综合征对人类健康的威胁及对医疗保健设施和全球经济造成的负担越发严重，已成为不容忽视的社会问题。仅2010年，全球这一病症的医疗支出就达6040亿美元，远远超过癌症和心脏病的医疗支出。

在我国，脑相关疾病导致的死亡人数已占死亡总数的25％以上。据估算，中国未来的脑疾病负担可能达到每年上万亿元的水平。脑科学研究的突破，必将推动脑疾病防治的根本进步，提高人们的健康水平和生活质量。脑科学也必将带动中国产业转型和创新发展。2016年3月，深圳举办了“非人灵长类脑科学未来发展态势国际研讨会”，提出依托生物医药产业，将深圳打造成科学前沿和药物研发并重的脑科学城市，对深圳在生物医药产业，尤其是对脑科学、脑疾病和脑技术领域的学科发展起到了积极的催化作用。

人工智能：类脑智能新技术

近年来，植根于脑科学的人工智能研发取得了突破性进展，引爆了新的科技和产业革命。国际高科技产业巨头已开启大规模投入，一大批创新产品已经推出，后续竞争异常激烈。2011年，“谷歌大脑”项目在人类历史上首次实现了机器系统对各种不同类型猫图像的自动识别，正确率与人类似。随着新型人工智能被快速推广到公共安全、金融投资与风险调控、医疗诊断、新药开发等关系国计民生的重要领域，势必带来新一轮的产业革命。

人工智能近年的突破主要归功于类脑的初步模拟、大数据和强大的计算能力。目前取得突破的人工智能更多地沿用经典的计算框架，如何借助脑科学的研究成果，突破现阶段模拟计算中的“瓶颈”，是人工智能推向新阶段（类脑人工智能）的必然路径。另外，类脑人工智能也将有助于破解当前脑科学研究中的核心难题，对真实神经系统的计算模拟将为脑功能的认识提供崭新的思路。

在企业层面，目前参与人工大脑研究的信息技术企业如IBM、谷歌，以及一批中小型创新企业如Emotiv、Neuro Sky等，率先在前沿技术领域取得成绩。通过对人脑的结构、动态、功能和行为进行研究， IBM领导的“认知计算”研究小组期望打破传统的机器语言编程模式，为神经键和神经元开发出纳米级的设备，从而挑战大脑的超低能耗和超小体积。2011年，IBM研究人员就已研制出第一代神经突触计算机芯片，可以模拟大脑认知和活动等能力，完全不同于计算机设计与制造的传统理念。2016年，IBM使用相变材料，制造出了能存储和处理数据的随机脉冲神经元。这种神经元集群与人造突触等纳米计算元件联合，或是制造可用于认知计算领域的下一代超密集神经形态计算系统的关键。相变材料的人工神经元不但能执行多种计算，如检测数据关联等，而且速度快、能耗低。

2016年，谷歌AlphaGo打败韩国棋手李世石后，人工智能概念引爆全球。谷歌、脸书等科技巨头还专门成立了人工智能实验室，布局人工智能，想在深度神经网络计算等领域中有所突破。Google X实验室开发出了模拟人脑并具备自我学习功能的“谷歌虚拟大脑”。“谷歌虚拟大脑”是为模拟人脑细胞之间的相互交流、影响而设计的，通过模拟人脑中相互连接、相互沟通、相互影响的“神经元”，由1000台计算机、16000个处理器、10亿个内部节点相连接，形成一个“神经网络”。谷歌“神经网络”具有学习和记忆的功能，可以根据某一概念自己决定数据特征，从而形成“领域”能力。

新一代信息技术的战略性和前瞻性，一直是全球科技界和产业界关注的焦点。人类社会也正在成为信息社会，每个人都越来越频繁地与各种信息处理系统打交道。为了实现脑科学与人工智能的有效结合，深入了解大脑的信息处理机制以及其与现有计算机实现人工智能方法的差异是非常有必要的。未来人工大脑的进一步发展，有望加快研究人工大脑相关计算模型，促进相关标准、指导方针和技术工具的发展，使多个人工大脑研究平台实现相互协作，从而使得脑科学真正成为塑造和构建“最强大脑”的基石。

专栏3-1(www.xing528.com)

脑科学的八大最新重要进展

动物之间“心灵融合”成为可能。2015年夏天，《星际迷航》的粉丝异常兴奋，因为科学家们将几只老鼠或猴子的大脑连接起来，创造了堪称“首个心灵融合”的效果（当然，也有一些科学家认为这是夸大其词）。现实中，杜克大学的神经科学家已经缔造了一个脑网（Brainet），用电记录和电刺激，将4只老鼠大脑的电信号连接起来。他们还在2只猴子身上做了相同的实验。根据这项研究，连在一起后，这些动物学会了共同解决一些问题，如预测天气或者移动机械手臂，表现得比单只动物好。该成果发表在2015年7月的Scientific Reports （《科学报告》）上。应该说，我们离《星际迷航》中瓦肯人的心灵融合还有很长的路要走，因为现阶段研究中传输的脑信号还非常初级，且只做了动物实验，并未在人身上开展相关实验。

人们对色彩的认知竟然完全不同。关于人类如何感知色彩，神经科学家已经研究了很长时间。2015年2月，互联网上一张神奇的图片几乎颠覆了人们对色彩的认知。有人称图中的裙子是白金色，有的说是蓝黑色，各执一词。有3组科学家分别研究了这一现象，发现对这条裙子色彩的不同感知是因为大脑在不同光照条件下对色彩的感知不同。看到白金色裙子的人，其大脑假定光照条件十分明亮，而认定裙子为蓝黑色的人，他们的大脑则判断在暗淡或者人造光照（呈现黄色）条件下拍摄的。

并没有男性大脑和女性大脑之别。长期以来，不少人认为男性和女性的大脑有着本质区别，但最近的研究成果否定了这一观点。2015年11月，《美国国家科学院院刊》发表了一篇论文，揭示了一组科学家对1400人大脑的研究进展。该研究将人们按照性格特点、活跃度等因素分为男性和女性类别，结果发现，一半以上的人都同时拥有男性和女性的特点，这意味着人脑不可能被划分到单一的类别中。

为睡眠中的老鼠注入虚假的记忆。2015年，人们离科学恐怖片又更近了一步，因为一组科学家在老鼠睡觉时，在它们的大脑中创造出了虚假的记忆。这项研究成果发表在2015年3月的Nature Neuroscience（《自然神经科学》）。人们已知睡眠中大脑会重播当天的日常活动，但这一切是如何发生的，依然是个谜。法国科学家将电极植入了40只老鼠大脑中与空间导航记忆有关的区域中。当老鼠睡觉时，他们开始刺激与某个空间位置有关（即位于该区域时，该脑区会被激活）的老鼠脑区。当老鼠醒来时，完成了它们曾经去过某个地方的虚假记忆。

大脑会自我清洁。以往神经科学家认为，大脑缺乏神经系统，因此无法将废物排除出去。2015年7月，一组科学家在Nature（《自然》）上发表论文，声称找到了一些证据，能证明脑膜的最外层存在着淋巴管，脑膜是围绕着大脑的保护层。他们发现的这些“管”拥有淋巴系统的特征，将免疫细胞和其他液体输送到邻近的淋巴结，并在那里滤除废物。这一研究成果动摇了大脑免疫功能及其相关疾病的一些基本假说。

锻炼对大脑很重要。科学家发现了越来越多的证据，证明锻炼不仅对身体很重要，对大脑也很重要。2015年12月，《纽约时报》报告了一项来自期刊Neuroimage（《神经影像学》）的研究成果。这项研究测量了60名日本老年男性在进行需要集中注意力的活动时的大脑活动。接着，他们将这些脑扫描图像与年轻人作比较，发现了一些令人惊讶的事情：那些在健身测试中表现更好的老年人，其大脑更像年轻人。这一发现证明，锻炼可以使大脑更健康、更年轻。

人造的大脑细胞。2015年6月，一组科学家宣布创造出了第一个功能齐全的人脑神经元。这项研究发表在Biosensors and Bioelectronics （《生物传感器与生物电子》）。科学家们将蛋白质生物传感器与电子离子泵连接在一起，创造出一个神经元。这种神经元能够模拟人脑细胞的功能，包括将化学信号转变成电信号以及与其他细胞交流。这项研究的愿景是将这些神经元植入人的大脑中，修复由于脊柱受伤或疾病（例如帕金森病）所带来的损伤。

大脑功能连接与人格有关。人类连接组计划（Human Connectorne Project）是一项大工程，旨在绘制1000多个活人的脑细胞之间的连接地图。该计划发表的第一项研究成果揭开了大脑连接与性格特征之间的联系，并发表在2015年9月的《自然》。科学家扫描了461个人的大脑，以查看哪些区域总是同时被激活，或者叫作功能连接（functionally connected）。将这些扫描结果与人的特征（例如收入、教育水平、药物使用、IQ测试和记忆等）相比较，结果发现，功能连接更多的人拥有更好的人格特征（如IQ更高），同时负面特征（如酗酒的倾向）更少。当然，这些发现还很初级，但依然反映出关于大脑连接的有趣事实。

资料来源：根据《机器之心》的相关报告整理改写