開發(fā)新技術(shù)，探秘腦奧秘

主講人：威廉·莫布里

開發(fā)新技術(shù)，探秘腦奧秘

主講人：威廉·莫布里

我給大家介紹一下美國(guó)的大腦計(jì)劃。簡(jiǎn)言之，美國(guó)的腦計(jì)劃旨在應(yīng)用新的科技，更好地加速大腦的研究速度，幫助我們更好地理解單個(gè)大腦細(xì)胞之間是怎么樣通過(guò)復(fù)雜的神經(jīng)電路系統(tǒng)進(jìn)行互動(dòng)的。

（一）

我們?nèi)说拇嬖冢旧硎怯洃浀囊幌盗械拇鎯?chǔ)過(guò)程。大腦究竟是怎么樣工作的呢？

毫無(wú)疑問(wèn)，它是有千億計(jì)的神經(jīng)元之間進(jìn)行互動(dòng)的結(jié)果，我們需要了解它們之間的微電路怎樣工作的，通過(guò)學(xué)習(xí)怎樣去進(jìn)行修正，怎樣去創(chuàng)造人類的行為等等。

大家知道，每一個(gè)神經(jīng)元有三個(gè)主要的組成部分。第一個(gè)就是樹突，它是接受信息的一部分。長(zhǎng)的一段叫軸突，它是發(fā)送信息的一部分。我們可以把樹突看成一根天線，把細(xì)胞體看成是一個(gè)處理器，軸突是一個(gè)發(fā)送器，可以看到，在這個(gè)軸突的最終端的部分是進(jìn)行信息傳遞的過(guò)程。

神經(jīng)元是怎么樣通過(guò)微電路進(jìn)行連接的？可以看到所有不同的神經(jīng)元是通過(guò)突觸來(lái)進(jìn)行連接的。

比如說(shuō)你去看神經(jīng)科醫(yī)生的時(shí)候，可以看到很多的醫(yī)生會(huì)做這樣一個(gè)檢查，用一個(gè)小木錘在你膝上敲打一下，這相當(dāng)于一個(gè)信號(hào)的觸發(fā)，這個(gè)信號(hào)會(huì)發(fā)送到中間神經(jīng)元這樣一個(gè)單位，讓大腿肌肉進(jìn)行收縮，這就是神經(jīng)電路經(jīng)典的案例。在座各位可能會(huì)說(shuō)，這種有什么大不了的，但你去想一下，如果人體沒有這樣一些神經(jīng)電路系統(tǒng)的話，我們?nèi)司透緹o(wú)法直立行走，會(huì)不斷地摔跤。

我們大腦當(dāng)中的神經(jīng)元系統(tǒng)是多么的復(fù)雜，涉及到在分子層面的細(xì)胞結(jié)構(gòu)到神經(jīng)元突觸結(jié)構(gòu)，再到電路結(jié)構(gòu)。我們所說(shuō)的這些不同的結(jié)構(gòu)數(shù)量級(jí)之間的跨度是非常大的，從長(zhǎng)度來(lái)講，長(zhǎng)度的單位可以從納米一直到米，時(shí)間的話，可以從一秒鐘的10的負(fù)9次方到一年時(shí)間。

談到復(fù)雜性，也是毫無(wú)疑問(wèn)的，隨著人的身體健康狀態(tài)，會(huì)影響到神經(jīng)元處理和發(fā)送信息以及得了疾病之后的情況。所以，我們必須要把這些不同的數(shù)量等級(jí)連接起來(lái)，每一個(gè)數(shù)量等級(jí)都是非常重要的。我們不僅僅要建立起學(xué)術(shù)的理論，同時(shí)還需要建立起模型，這樣可以更好地去了解到突觸以及神經(jīng)元這些結(jié)構(gòu)。

威廉·莫布里

（二）

我們?yōu)槭裁匆@么做呢？在過(guò)去二十年的時(shí)間當(dāng)中，在神經(jīng)科學(xué)研究上已經(jīng)產(chǎn)生了很多的進(jìn)步，我們已經(jīng)有很多生物化學(xué)研究，更好地幫助我們?nèi)チ私馔挥|的復(fù)雜性。除此之外，我們還可以去觀察單個(gè)神經(jīng)元以及整個(gè)的神經(jīng)元電路的活動(dòng)。此外，我們?cè)谶^(guò)去 20年之內(nèi)，也了解到了怎么樣通過(guò)基因?qū)ι窠?jīng)元電路進(jìn)行準(zhǔn)確的基因控制微創(chuàng)手術(shù)。

借助現(xiàn)代技術(shù)，我們已經(jīng)可以在三維空間展現(xiàn)單個(gè)神經(jīng)元的工作原理——軸突怎樣跟樹突進(jìn)行溝通，這是加州大學(xué)圣地亞哥分校的兩位教授完成的研究，他們對(duì)于實(shí)驗(yàn)室的小白鼠在顯微鏡的層面上進(jìn)行體內(nèi)的研究，他們把這個(gè)小白鼠放到實(shí)驗(yàn)裝置當(dāng)中，如果小白鼠能夠成功地對(duì)于某一個(gè)任務(wù)做出回應(yīng)，會(huì)得到一些獎(jiǎng)勵(lì)。最后實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，這個(gè)實(shí)驗(yàn)小鼠能夠很好地去了解怎么樣完成所給的任務(wù)，它一旦得到提示之后，它的大腦可以幫助分析怎么完成任務(wù)。

非常激動(dòng)人心的一點(diǎn)，我們已經(jīng)可以發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室小鼠大腦活動(dòng)的規(guī)律以及它的連接性，我們可以看到很多的活動(dòng)是具有高度的模塊化規(guī)律，而且在這個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，我們還可以看到實(shí)驗(yàn)室小鼠的樹突棘發(fā)生了變化，小鼠大腦內(nèi)出現(xiàn)了新的樹突棘。

我們?cè)?jīng)讓一位研究人員戴上裝置，他大腦神經(jīng)元活動(dòng)的信息可以被實(shí)時(shí)展現(xiàn)出來(lái)。

以上就是我們美國(guó)腦計(jì)劃的主要目的，也就是希望能夠使神經(jīng)元科學(xué)上升到一個(gè)新的高度，可以從分子以及細(xì)胞的角度更好地了解大腦。

（三）

去年4月奧巴馬先生說(shuō)過(guò)這樣一段話，我們希望通過(guò)這樣一個(gè)計(jì)劃，可以改變我們對(duì)于人類大腦的認(rèn)識(shí)方式，可以讓我們更好地了解人類是如何記憶如何思考的，有了這樣一些新的認(rèn)識(shí)之后，可以為社會(huì)帶來(lái)巨大的影響。

美國(guó)腦計(jì)劃的成員來(lái)自于斯坦福大學(xué)、加州大學(xué)等各個(gè)大學(xué)。這不僅是一個(gè)政府的項(xiàng)目，也得到了很多私營(yíng)企業(yè)的幫助，民間的一些組織也參與當(dāng)中。

這樣一個(gè)大腦計(jì)劃的主要目的就是能夠持續(xù)地推進(jìn)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，可以使人類更好地了解大腦神經(jīng)元的工作原理，更好地幫助我們治療大腦疾病，而且對(duì)于神經(jīng)元電路的分析，也可以幫我們更好地去發(fā)掘具有突破性、革命性的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。

大家知道，大腦的微電路有不同的類型，就像我們委員會(huì)所說(shuō)的通過(guò)了解神經(jīng)回路，來(lái)了解它們的聯(lián)系。我們要了解這個(gè)網(wǎng)絡(luò)，了解它里面的神經(jīng)電活性，了解神經(jīng)之間的相互作用，回路是如何相互作用形成行為的。

這個(gè)腦計(jì)劃里有一些關(guān)鍵的重點(diǎn)。第一是找出不同類型的大腦細(xì)胞；第二是在不同的水平進(jìn)行研究；第三是產(chǎn)生大腦動(dòng)態(tài)的圖像；第四是要顯示因果關(guān)系，要了解到產(chǎn)生某種行為需要有哪些腦行動(dòng)；第五找出最基本的原理，找出大腦活動(dòng)的基本概念，從而形成我們基本的原理和數(shù)據(jù)分析；第六是要促進(jìn)神經(jīng)科學(xué)的發(fā)現(xiàn)，了解如何處理和治療疾病，促成神經(jīng)科學(xué)的研究網(wǎng)絡(luò)；第七將上述綜合，形成一個(gè)計(jì)劃，了解神經(jīng)回路的活動(dòng)以及這些活動(dòng)如何產(chǎn)生行為、認(rèn)知、感情。

這里面有七個(gè)基本的原則。第一要同步進(jìn)行人類研究和非人類研究；第二要進(jìn)行多學(xué)科的協(xié)作，和其他人使用不同的科學(xué)工具解決問(wèn)題；第三要把時(shí)間和空間進(jìn)行整合，以建立從一個(gè)水平的活動(dòng)到另外一個(gè)水平的連接；第四要分享數(shù)據(jù)，分享數(shù)據(jù)是非常有價(jià)值的，讓我們更好地加速研究，避免重復(fù)研究；第五要驗(yàn)證和分享技術(shù)，讓所有的人都可以使用這個(gè)技術(shù)，讓大家都可以得到最新的技術(shù)；第六要考察神經(jīng)科學(xué)研究的倫理問(wèn)題，必須要考察受試者的安全性，確保對(duì)公眾負(fù)責(zé)，要進(jìn)行開放的、負(fù)責(zé)的研究；第七，這個(gè)委員會(huì)同時(shí)認(rèn)識(shí)到，這個(gè)研究從2016年開始，十年計(jì)劃，最初的五年當(dāng)中主要是開發(fā)新技術(shù)，在第二個(gè)五年把這些技術(shù)綜合起來(lái)，進(jìn)行腦科學(xué)的研究和發(fā)現(xiàn)。

所以，前面的五年開發(fā)技術(shù)，后面五年使用新的技術(shù)推動(dòng)神經(jīng)科學(xué)的研究。今天NIH已經(jīng)宣布，要開始使用 4 000萬(wàn)美元，然后是 1億美元。

總結(jié)一下，神經(jīng)疾病是在美國(guó)和全球都是主要的疾病。最近我們已經(jīng)有了一些技術(shù)的突破，能夠讓我們進(jìn)行大腦功能和結(jié)構(gòu)的研究。這個(gè)大腦的研究項(xiàng)目，能夠建立在現(xiàn)有的研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上，來(lái)加速我們了解大腦，了解大腦的疾病。這個(gè)項(xiàng)目是非常好的，真正的挑戰(zhàn)是我們能否充分利用現(xiàn)在的科技進(jìn)行腦科學(xué)的研究。