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腦科學研究邁入跨學科多層次時代
  • 點擊數(shù):749     發(fā)布時間:2015-04-27 22:44:00
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    正試圖利用基因遺傳機制揭開心理學的種種謎團

    國際社會神經(jīng)科學第五次年會近日在美國首府華盛頓召開。大會的研究成果表明,目前的腦科學已邁入從分子到行為的跨學科、多層次研究的時代,正試圖利用基因遺傳機制揭開心理學的種種謎團。

    2013年美國正式公布了一項被認為可與人類基因組計劃相媲美的“腦計劃”,以探索人類大腦工作機制、繪制腦活動全圖、針對目前無法治愈的大腦疾病開發(fā)新療法。這一計劃將打開探索大腦如何記錄、處理、使用、存儲、找回海量信息的大門,加深對大腦功能和復雜行為的理解。

    據(jù)前來參加年會的國際社會神經(jīng)科學學會理事及中國分會會長、深圳大學情緒與社會認知科學研究所所長羅躍嘉教授介紹,美國腦計劃執(zhí)行一年來,研究進展十分迅猛。從本次會議的研究成果來看,有如下特點。一是以動物為研究對象的成果較多,如加州大學戴維斯醫(yī)學院的研究人員發(fā)現(xiàn),懷孕母猴的免疫反應導致其后代出現(xiàn)大腦炎。二是認知神經(jīng)科學關注社會認知和社會行為諸如決策、道德等問題的腦機制研究,如美國國立衛(wèi)生研究院(NIH)與馬里蘭大學醫(yī)學院合作的青少年發(fā)展研究項目發(fā)現(xiàn),青少年的大腦發(fā)育如何導致酗酒和吸毒等危險行為。羅教授的實驗室也發(fā)現(xiàn),特質(zhì)焦慮與符合決策行為所激活的“情感”系統(tǒng)是在杏仁核,“理性”系統(tǒng)是在背側(cè)扣帶前回。而更為重要的一個特點是,認知神經(jīng)科學開始邁入分子—細胞—腦—行為,直至社會的多水平研究,試圖利用基因遺傳機制,揭秘先天和環(huán)境對心理的影響,如德克薩斯大學西南醫(yī)學中心的研究人員發(fā)現(xiàn)了結(jié)節(jié)性硬化癥基因缺陷小鼠與自閉癥的關系。

    羅躍嘉介紹說,現(xiàn)代心理學發(fā)端于德國,傳統(tǒng)心理學研究更多的是哲學層面上的研究。上個世紀50年代,由美國發(fā)起了認知心理學。當時占主導地位的是黑箱理論,主要通過輸入和輸出來研究心理學問題,而不考慮大腦如何發(fā)揮作用。隨著技術的進步,科學家開始利用腦成像技術來打開大腦黑箱,這是心理學的一次革命。而通過基因遺傳機制來研究究竟是先天因素,還是后天因素影響心理,將開啟心理學一個更大的革命。

    羅教授表示,隨著人口的老齡化,老年癡呆等疾病越來越引起人們的關注。社會的進步,情緒型疾病也越來越引起人們的重視。加強對腦科學的研究,可以預防和延緩腦疾病的發(fā)生和發(fā)展,并在治療方面取得進展。另一方面是對人類大腦的開發(fā),還包括對機器人的使用,即如何讓機器人具有思維能力,這也是人類的一個夢想。在認知神經(jīng)科學的應用方面,還包括讓失明的人重見光明,讓癱瘓的人重新站起來等等。

    美國的認知神經(jīng)科學研究世界領先,其研究力量比較均衡,先進的實驗室數(shù)以百計,研究人員數(shù)以千計,所有知名的大學都有一個甚至多個認知科學學科或者實驗室。中國最好實驗室的水平與美國相比,差距不大,但研究機構(gòu)和人員的數(shù)量有限,中國的腦科學研究還需奮起直追。 (記者何屹)

    腦科學會是下一個工業(yè)創(chuàng)新點嗎?

    “只要大腦的奧秘尚未大白于天下,宇宙仍將是一個謎。”1906年諾貝爾獎獲得者、西班牙神經(jīng)組織學家拉蒙-卡哈爾說。腦科學的研究一旦獲得突破,影響將是深遠的。

    腦是自然界最復雜的系統(tǒng)之一。直至今天,人類還沒有真正了解自己的大腦。在全球范圍內(nèi),關于腦科學研究的競爭與角力早已展開

    記者日前獲悉,中國學者正在積極參與推進腦科學研究和轉(zhuǎn)化應用。復旦大學牽頭聯(lián)合浙江大學、華中科技大學、同濟大學、上海交通大學等十幾所高校及中科院研究所,成立了“腦科學協(xié)同創(chuàng)新中心”。上海市政府已將腦科學與人工智能列為重大科技項目,作為建設具有全球影響力的科技創(chuàng)新中心的一個重要舉措。

    2013年,歐盟啟動10億歐元“人腦計劃”;同年,美國宣布啟動45億美元美國“腦計劃”;2014年,日本也啟動了大型腦研究計劃??梢哉f,腦科學是21世紀最富有挑戰(zhàn)性的重大科學問題,也是當前國際科學前沿的熱點領域,被視為新的經(jīng)濟增長點和引領新革命的重要引擎。

    隱秘的“兵家必爭之地”

    為什么時隔幾十年我們?nèi)阅芾卫斡涀∫粋€人?為什么我們可以計算復雜的數(shù)學題?當我們高興時、生氣時,大腦又是怎樣工作的?大腦是人類最復雜的一個系統(tǒng),它由860億個神經(jīng)元組成,每個神經(jīng)元又生出1000個分支。如此龐大精細的網(wǎng)絡,將全世界的計算機放在一起運行都無法逾越。

    因此,腦科學的研究愈顯重要與迫切。認識大腦,就是認識人類自身,認識腦的奧秘是對人類的終極挑戰(zhàn)。腦科學的發(fā)展,對腦疾病的防治、信息和智能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有著巨大的推動作用。有數(shù)據(jù)顯示,在我國,腦相關疾病導致的死亡人數(shù)已占死亡總數(shù)的25%以上。據(jù)估算,我國未來的腦疾病負擔可能達到每年上萬億元的水平。腦科學研究的突破,必將推動腦疾病防治的根本進步。

    記者了解到,近年來,世界多個國家加快了腦科學研究的步伐。腦科學研究已成“兵家必爭之地”,吸引全球眾多頂尖科學家投身其中。在了解人腦的結(jié)構(gòu)和功能的共識下,各國的“腦計劃”有所不同。歐盟的計劃側(cè)重從腦連接圖譜以超級計算機技術來模擬腦功能,美國的計劃更關注研發(fā)新型腦研究技術,而日本的計劃則聚焦以狨猴為模型研究各種腦功能和腦疾病的機理。

    腦科學的突破將帶來深遠影響

    “只要大腦的奧秘尚未大白于天下,宇宙仍將是一個謎。”1906年諾貝爾獎獲得者、西班牙神經(jīng)組織學家拉蒙-卡哈爾說。

    而腦科學研究一旦有所突破,影響也將是深遠的。2005年,美國《科學》雜志創(chuàng)刊125周年,曾公布未來25年的125個重大科學問題,有18個屬于腦科學領域。到目前為止,有四分之一的諾貝爾生理學或醫(yī)學獎頒給了腦科學。

    相關科學家表示,近三年來,植根于腦科學的人工智能研發(fā)取得了突破性進展,引爆了新的科技和產(chǎn)業(yè)革命。國際高科技產(chǎn)業(yè)巨頭已開啟大規(guī)模投入,一大批創(chuàng)新產(chǎn)品已經(jīng)推出,后續(xù)競爭異常激烈。2011年,“谷歌大腦”項目在人類歷史上首次實現(xiàn)了機器系統(tǒng)對各種不同類型貓圖像的自動識別,正確率與人類似。隨著新型人工智能被快速推廣到公共安全、金融投資與風險調(diào)控、醫(yī)療診斷、新藥開發(fā)等關系國計民生的重要領域,勢必帶來新一輪的產(chǎn)業(yè)革命。

    記者了解到,類腦計算和人工智能研究將是上海腦計劃的重要組成部分。學者判斷,類腦計算和人工智能研究二者的相互促進將成為未來科學研究和產(chǎn)業(yè)革命新的爆發(fā)點和增長點。

    腦科學需要多學科交叉攻關

    目前,各國腦計劃都面臨著同樣的一個難題——人腦數(shù)百億個神經(jīng)元以毫秒的時間尺度在工作,并隨時調(diào)整結(jié)構(gòu)與功能,復雜度堪比宇宙,解析腦就必須發(fā)展新技術、新理論、新方法,并通過多學科交叉進行有效的科學攻關。

    上海數(shù)學中心首席專家、復旦大學數(shù)學科學學院特聘教授馮建峰介紹,人工智能近年的突破主要歸功于類腦的初步模擬、大數(shù)據(jù)和強大的計算能力。目前取得突破的人工智能更多沿用經(jīng)典的計算框架,如何借助腦科學的研究成果,突破現(xiàn)階段模擬計算中的瓶頸,是人工智能推向新階段(類腦人工智能)的必然路徑。另一方面,類腦人工智能也將有助于破解當前腦科學研究中的核心難題,對真實神經(jīng)系統(tǒng)的計算模擬將為腦功能的認識提供嶄新的思路。

    疾病輔助診斷、新藥研發(fā)、智能機器人、自動駕駛、金融投資與風險調(diào)控、醫(yī)學影像……腦科學研究的成果正在進入人們的生活。“腦科學會是下一個工業(yè)創(chuàng)新點嗎?我的回答是肯定的。除了宇宙,這或許是我們要探究的最后的奧秘。”馮建峰說。 (光明日報記者 顏維琦 曹繼軍)

    摘自 科技日報 

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