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▲奧巴馬近日宣佈,公立和私營的科研機構共同參與破解人腦活動的奧祕,欲搶佔這塊未來科學制高點,贏得商業與科研的鉅額回報本版圖片GJ
美國總統奧巴馬日前宣佈,投入1億美元用於繪製人腦活動圖的相關研究。《紐約時報》稱,這一耗時10年、總投資數十億美元的計劃,可與人類基因組計劃相媲美。誰能真正破解“人腦活動圖”,誰就能掌握腦科學皇冠上這顆最閃亮的明珠,誰就能佔得未來科學領域重要制高點。爲“腦”而狂,絕非頭腦發熱,其背後蘊藏着一座價值數千億美元的寶藏。美巨資啓動“腦計劃”
美國總統奧巴馬4月2日宣佈,已要求國會明年投入1億美元用於一項旨在治療阿爾茨海默氏症(早老性癡呆症)等疾病的大腦研究項目。對於科學界而言,奧巴馬這一決定無異於宣佈美國打開一扇通往未知領域的大門,一個龐大且影響深遠的科學探索計劃啓動。
奧巴馬希望這項名爲“利用先進創新神經技術研究腦部計劃”的項目將加速一些新技術的開發和應用。這些新技術能夠使研究人員繪製顯示腦細胞和複雜神經迴路如何快速相互作用的腦部動態圖像,有助於研究大腦對大量消息的記錄、處理、應用、存儲和檢索,瞭解大腦功能和行爲的複雜聯繫。
根據美國官方公佈的計劃,美國多家聯邦公立機構將爲此撥款,國家衛生研究院在2014財年投入約4000萬美元,國家科學基金會提供2000萬美元,用於開發分子尺度的探測裝置,力爭能感知並記錄神經網活動。此外,軍方也將參與,國防部高級研究項目局計劃投入5000萬美元,着重開發一系列能捕捉、處理神經元和染色體活動狀態的工具,建立相應的信息處理系統和修復機制。
計劃具有重大意義
在今年初的國情諮文中,奧巴馬特別提到爲人腦繪圖的計劃。“現在是太空競賽以來,美國的研發水平達到新高度的時候了”。奧巴馬一語道破美國出臺“腦計劃”的深層動機——搶佔腦科學研究戰略高地。
對人類而言,大腦的複雜程度及發揮的作用是其他任何器官無法比擬的。理解人腦的運行機制不但有助於各種腦部疾病的診斷和治療,還可揭示人腦的高能效、高可靠性之謎,對人工智能研發具有重大意義。同時,它還有助於破譯人機界面智能化的世紀難題,開發全新的信息處理系統。
如今全球腦科研已進入較高的水準:研究已深入到細胞和分子水平,一些重大問題已初步找到答案。不過,在研究不斷取得突破的同時,人類對腦功能的認知依然存在不少空白。奧巴馬說:“作爲人類,我們能夠確認數光年外的星系,我們能研究比原子還小的粒子,但我們仍無法揭示只有3磅重大腦的奧祕。”
白宮在一份報告中稱,這一項目的意義在於治療帕金森氏症、孤獨症等疾病,幫助消除中風後遺症,改善全球數以十億計民衆的生活。對任何一個國家來說,誰破解了大腦活動圖密碼,無異於佔據了腦科學的制高點。
探索大腦剛剛起步
過去10年中,科學家已在腦科學領域取得一系列重要發現,爲實施“腦計劃”打下基礎。這些發現包括人類基因組測序、研製出爲神經連接繪圖的新工具、提高造影技術的分辨率等。現在科學家已能利用光脈衝確認大腦中具體的細胞活動如何影響行爲,還可利用高分辨率造影技術觀測大腦如何在架構和功能上連接。
不過,未來人腦科學向前推進的難度日益加大。雖然只有1.5公斤左右,卻由100多億個神經細胞組成的大腦是人體中最複雜的部分,也是宇宙中已知的最複雜的組織結構。大腦是人體的神經中樞,人體的一切生理活動都是由大腦支配和指揮的。大腦的複雜性,還在於神經細胞在形狀和功能上的多樣性,以及神經細胞結構和分子組成上的千差萬別。
一些科學家承認,一個多世紀以來對大腦的探索纔剛剛觸及表層。這類研究的慣例是從動物模型出發,動物研究當前的最高水平是可以同時從約1000個神經元中取樣,但人腦有850億到1000億個神經元,被認爲是宇宙中已知的最爲複雜的組織結構。部分學者稱,目前人類對於人腦的研究非常有限,“甚至連一隻蒼蠅的腦部都沒有研究清楚”。
此外,和克隆技術一樣,倫理方面的擔憂也不言而喻。“腦計劃”中的一些技術設想如果實現,便可操縱神經元,這不僅讓人擔心會產生“讀心術”,還對大腦是否被控制感到疑慮。
對奧巴馬大力推動的“腦計劃”,外界最質疑的是整個計劃的可行性。“雖然方案已確立,但細節仍非常模糊。”匹茲堡大學生物物理學家伯格說。神經學家拉斐爾則表示,最終公佈的計劃背離了初衷,“這個項目由傳統神經學家把持——而不是由包括納米學家、視覺遺傳學家和合成生物學家等跨領域科學家組成,我們擔心資源會被帶離創新性工作。”
《赫芬頓郵報》認爲,聯邦資源是否能“優化配置”存在疑問,政府不應該在單獨一個項目上投入巨資,更何況該項目還缺乏明確目標。“大型項目並不利於以個人探索發現爲動力的科學發展”。另外,由於當下美國政府財源緊張,該項目最終能獲得多少撥款,尚不可知。正因爲如此,有美國媒體認爲,奧巴馬設定的10年目標,難度或許比結束阿富汗戰爭或與共和黨對手尋求共識還艱鉅。
期盼獲得巨大回報
奧巴馬曾在今年的國情諮文演說中說明政府應該如何對最好的想法進行投資。“我們對繪製人類基因組圖譜的每1美元投資,都獲得了140美元的回報。”
始於1990年的人類基因組計劃累計耗資38億美元,目的是繪製完整的人類基因組圖圖譜,它在2003年4月提前實現。美國政府一項分析指出,到2010年它已獲得8000億美元的驚人收益。不少經濟學家都認爲,人腦活動圖的商業前景幾乎完全可以比照基因圖。
據獨立研究機構SHARPBRAINS發佈的研究報告顯示,自2009年金融危機開始以來,人腦工程領域的產業規模持續增長,2012年相關產業規模約爲10億美元,2020年有望增至60億美元。一旦人腦活動圖的研究有了突破,該領域產業規模有望迎來井噴式的增長。
正是由於該計劃潛在的巨大經濟和社會效益,一些美國媒體將其與之前的人類基因組計劃和阿波羅登月計劃相提並論。不過,科學家們也表示,“人腦活動圖計劃”的制定過程,雖與人類基因組計劃如出一轍,但相比之下,繪製、瞭解大腦活動圖的挑戰要大得多。人腦科學仍然是現代人體科學中未知因素最多的領域,儘管是一座“金礦”,也是科學界最難攻克的一個“堡壘”。駐美記者徐東海