前沿

中國腦計劃助力產業發展

腦科學研究是當今國際科技前沿領域的研究熱點，我國經濟、科技、社會的發展都對神經科學和人工智能技術有很高的發展要求，而如何將腦科學和類腦研究的成果與產業融合發展，就成為擺在科技管理部門、神經科學研究機構以及生物制藥和人工智能領域相關人員面前的一大難題。

2016年，“腦科學與類腦研究”被“十三五”規劃綱要確定為重大科技創新項目和工程之一。目前，“腦科學與類腦研究”作為“科技創新2030重大項目”啟動的4個試點之一，已進入編制項目實施方案階段。中國科學院院士、中國科學院上海分院副院長張旭認為：類腦科學和類腦研究正處在重大的歷史窗口期，中國不容錯過！

神經科學和人工智能在理論和技術上的發展和對接將對相關產業和社會經濟生活產生越來越重要的影響，對此，張旭說：“吸取了腦科學研究精華的類腦人工智能及其應用，將給世界帶來重大的突破性變革。”

我國歷來重視神經科學和人工智能的發展，各類規劃綱要均進行了部署，重點布局的實驗室和研發平臺正在蓬勃發展，科技部、國家自然科學基金委、中國科學院等機構投入了大量資金，北京市和上海市政府也啟動了相關戰略規劃。我國對該領域的主要經費投入，從2010年的每年約3.48億元人民幣，增長到2013年的每年近5億元人民幣。

神經科學與人工智能要從國家戰略落實到每一步，還存在很多問題與挑戰。例如，怎樣平衡基礎研究、應用研究、技術研發和轉化應用之間的關系？研究的重心應當放在何處？如何科學地預期科技目標？圍繞科技目標，如何配置經費、項目等創新資源？學科之間、部門之間、地區之間、不同團隊之間的定位和協同作用如何發揮？

我國在語音識別、腦組織顯微成像等個別技術領域比較領先，但是，要在更多的領域達到世界領先水平，還有很長的路要走。

神經旁路系統治愈癱瘓

近年來，借助腦植入芯片來影響或者改善大腦活動的研究已經取得了顯著的進展。現在，借助腦植入芯片來治愈癱瘓也已經成為可能。瑞士洛桑聯邦理工大學、美國哈佛大學韋斯生物和神經工程中心、美國匹茲堡大學以及美國凱斯西儲大學聯合研發的電子植入設備被認為能夠通過無線腦—體電子元件繞過神經系統的損傷來實現運動，有望拯救全球數百萬被癱瘓所折磨的患者。這項技術被《麻省理工科技評論》（MIT Technology Review）評為2017年“十大突破技術”之一。

研究人員通過一套“神經旁路系統”，使得人們能夠用意念來控制四肢的運動。人類控制運動的中樞位于大腦皮層，全身的肌肉受到大腦皮層的支配。當神經系統受到損傷的時候，由于信號傳遞通路被切斷，患者就會失去運動功能。由于神經損傷很難修復，科學家試圖繞過損傷的神經系統來傳遞信號。通過在患者大腦和癱瘓部位安裝芯片和電極，癱瘓部位就能夠從外部信號通路直接接收大腦的信息。例如，凱斯西儲大學團隊就曾對一個四肢癱瘓患者進行了一次試驗。他們在患者手臂和手掌肌肉上安裝了多個電極，在大腦安裝了兩個電極陣列來控制四肢的活動，借助這個“神經旁路”，患者可以緩慢地抬起手臂，甚至將水杯遞到嘴邊。

韋斯生物和神經工程中心的負責人約翰?多諾霍（John Donohoe）的首要任務是制造一個超級緊湊的、能夠以網絡速度從大腦收集數據的無線設備，他說：“這是世界上最復雜的大腦通信器。”

未來，希望通過神經科學家、技術人員和臨床醫生的合作，能夠盡快將這項技術商業化，幫助更多的患者恢復他們的正常生活。

培育“仿真大腦”，闡明疾病機理

大腦內有無數的神經元，只有每個神經元的分裂和生長都被準確地調控才有可能保證大腦有序而精密的構造，這也是神經傳導通路能夠精確傳遞神經沖動的前提。如果這種調控機制遭到破壞，會對患者的智力造成嚴重的影響。

瑞士諾華生物醫學研究中心（NIBR）研究小組的神經科學家阿基米特?卡卡斯（Ajamete Kaykas）和麥克斯?薩里克（Max Salick）將誘導多能干細胞技術和三維細胞培養技術相結合，構建了一個微型類大腦結構，用來研究大腦的調控機制。例如結節性硬化癥（TSC），這類疾病患者由于體內的基因突變導致神經細胞不停地生長和分裂，破壞大腦的神經網絡。NIBR的研究人員將TSC患者和健康人的細胞重新編程培育成神經元，并模仿大腦皮層的結構，這樣的器官模型能夠使科學家在類似大腦的自然三維結構中研究TSC的發展情況，同時這個模型也可用來測試治療方法與效果。

卡卡斯說：“將人的皮膚或者血液細胞還原到胚胎干細胞的狀態繼而將其誘導成其他任意人體細胞這一技術，就像‘游戲規則改變者’一樣極大地改進了我們構建人類疾病模型的能力。”