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美国“脑计划”对中国的借鉴意义

来源:科技日报 2017-03-20     鲁白

  2013年4月,美国宣布启动“脑计划”。几乎在同时,欧盟宣布“人脑工程”。随后,日本和其他国家相继启动了自己的脑计划。一时间,世界各国开始了一场“脑科技”竞赛。在此大背景下,中国“脑计划”也将呼之欲出。回顾美国“脑计划”的起因和现状,特别是不久前召开的美国“脑计划”第三次年会新信息,对中国“脑计划”有着重要的借鉴意义。

  美国“脑计划”起因与发展

  美国“脑计划”有个奇葩的起始,是在科技界纷乱的反对声中才找到“方向”的。2012年初,白宫总统科技政策办公室希望,基因组学、脑科学、合成生物学和纳米技术等方面的科学家提一个类似人类基因组计划那样的脑科学计划。经过一番酝酿,这些人提出了名为大脑活动图谱绘制(Brain Activity Mapping,BAM)的计划,即通过记录各种脑活动中涉及的每一个神经元的每个动作,绘制出第一幅囊括大脑所有活动的详图,其最终的应用包括通过直接改变神经回路中的电活动来改变人脑功能和治疗脑疾病。同年4月,奥巴马在国情咨文中宣布要启动该计划。这即刻在美国科技界引起轩然大波。

  在众多科学家的反对声中,意见主要集中在两点:一是计划在设计BAM的过程中,没有经过广大科学家们的深入讨论,计划到底是不是可行,有多大意义,还值得商榷;二是白宫科技政策办公室可以决定要不要做并制定政策或提出法案,但不应该决定要做什么、怎么做,或者参与管理具体科学项目的实施。其中,反对最强烈的是一位做线虫研究的著名女遗传学家、洛克菲勒大学科林·巴格曼教授。

  面对批评,奥巴马点名任命美国国立健康研究院(NIH)院长柯林斯作为领导,组织协调脑计划,吸收平衡各方意见。此人曾领导美国的人类基因组计划,得到了科学家们的认可和各界的赏识。于是,柯林斯组织了由NIH牵头,能源部、自然科学基金会和国防部等部门共同参与的大型美国“脑计划”。一开始他就做了一件非常出色的工作,成立了一个由有全局观念和战略眼光,有公心的著名脑科学家组成的专家委员会。他认为,脑计划要做什么、如何做,要由科学家们讨论得出,不能由政府部门制定。在组织了专家委员会之后,他任命了两个科学家做共同主席,一个是德高望重的灵长类认知研究专家、斯坦福大学教授比尔·纽森;另一个就是对BAM提出尖锐批评的巴格曼教授。这是一个非常有趣的美国式化解意见方式:你的意见最大,就让你来做主席,参与和主持整个工作的进行。纽森和巴格曼作为共同主席,邀请了20多位世界公认的脑科学不同领域的学术领袖参加专业委员会。

  为了避嫌,专家委员会成员本人不能申请“脑计划”的基金。委员会还特别提出一个非常创新的组织研讨方法:每次会前先确定一个主题,广泛征集神经科学界对该主题的意见;开会时网上直播整个过程,全美国的科学家们可以看到委员会成员对每个主题的讨论;各地的科学家们还可进行网上互动,提出问题、看法和意见;会后又有书面提意见的机会。经过十几轮这样的讨论,最后形成了美国“脑计划”的定位、方向、目标以及时间表,并将整个计划向全社会公布。

  特别是,经过反复的讨论,专家委员会决定放弃之前提出的绘制大脑活动图谱的计划。他们认为,在脑科学中还没有一个像“全基因组测序”那样具有明确终点的大科学问题。而在有限的可预见的时间内完成“脑活动中涉及的每个神经元的每个动作”的记录,从技术上看是非常不切实际的。因此,“脑计划”决定以技术开发为主导,更名为 “BRAIN”,即“推进创新神经技术脑研究计划”。该计划将大致遵循先开发新技术、新工具和新方法,再实现从神经元普查、大脑工作动态图像、脑病治疗、人脑研究网络等七大目标。

  美国脑科研最新进展和成果

  2016年底召开的美国“脑计划”第三次年会,让人印象最深的是休斯研究所的斯沃博达教授的发言。他所在的Janelian Farm研究所,展示了美国“脑计划”的最新成果的几大鲜明特点:比较注重神经技术的开发;擅长“任务导向型”研究;引进了物理和工程方面专家,提倡学科交叉;经常做一些多学科协同作战的技术课题等。

  斯沃博达还提出一个观点:对新技术新方法的研究,不应该拿发表文章的数量和影响因子来衡量,而应看重技术的应用推广范围和速度。为此,所里建立起一套新的神经科学技术科研方式,研究者可以组织所内甚至所外的不同领域科学家,形成临时团队,设立非常具体的目标,开发完成后,团队立刻解散。开发的新技术不能只给自己用,必须要立刻传播给全世界各地,让大家免费使用。开发成功后,团队成员报酬丰厚,但是评价技术的标准只有一个:技术是否被快速而广泛地应用。

  实际上,三年以来美国的“脑计划”已经初见成效,在记录技术、刺激技术、分析技术,以及各种技术在脑功能和行为应用四大方面更是成果丰硕。

  对我国脑计划的借鉴意义

  首先,注重技术开发是中国“脑计划”需要借鉴的一个重要方面。从历史上来看,一个颠覆性新技术出现时,会推动神经科学的一个大的进步。以往是单个技术开花结果,现在是很多技术加在一起有可能使脑科学研究具有前所未有的爆发性发展,使我们更深一步认识高级脑功能,解释行为,也给脑疾病的诊断和治疗带来跨越式的进步。

  第二,设计新的鼓励机制和评价标准促进跨学科的合作尤为重要。跨界和学科交叉是美国“脑计划”的一大特点。很多之前不做脑研究的化学家、物理学家、工程师,被美国“脑计划”吸收,与神经科学家合作,他们从全新的角度,用过去几十年都无法想象的方法手段,从多个层次展示了脑的奥秘。这种学科交叉和跨界合作带来的创造力令人振奋。

  第三,以目标或任务导向定课题和项目值得借鉴。这种做法在美国“脑计划”中呈现出越来越多的不凡表现。目前,美国科研团队正在做鼠的大脑中所有抑制性神经元的形态、电生理、单细胞基因表达谱等研究。这类任务导向性的工作需要较大团队的协作,要运用现代化的项目管理方式,要求有明确而可衡量的目标,紧扣主题而可实现的计划,以及明确的方法和进程时间表。在中国的“脑计划”中,可以考虑一部分“任务导向性”课题,譬如中国人老年痴呆症大脑中单个神经元基因表达谱,以及灵长类皮层连接图等。

  第四,由科学家而不是政府官员或科技管理人员来定方向,是中国脑科学计划非常需要学习的做法。中国在科研管理上已有长足的进步,但只是在课题已经决定要做,大家申请的时候。在如何立项,如何管理,这些就非常欠缺,早期的咨询不够。如何组织由具全局观念和公心的、有国际学术地位而又还在科研一线工作的战略科学家组成的专家委员会;如何让广大科学家通过深入讨论来决定做什么、怎么做;如何来考核评价脑科学计划的成果,这些都是需要深入思考的。建议多聘请国外的已经参与美国“脑计划”的科学家,进行咨询和建议。

  第五,需要利用自身资源和新技术来规划中国特色的脑科研计划。长期以来,灵长类研究进展不大,其中很大一个原因是技术不够。中国具有丰富的灵长类资源。也许可以利用美国“脑计划”所开发的新技术来研究灵长类脑的连接、发育、电活动以及高级脑认知行为,为世界脑科学做出独特的贡献。

  此外,当下蓬勃发展的新技术可以引入“脑计划”。比如说,将互联网、大数据、人工智能,增强现实、虚拟现实等新技术,应用到脑科学研究中去。也许这样的结合,能够走出一条具有中国特色的脑科学研究。

  (作者系清华大学教授、“知识分子”微信公众号主编)