“我們無法忍受人類仍舊對大腦如何工作知之甚少。”20多年前，DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)者之一、諾獎得主弗朗西斯·克里克曾如此抱怨。時至今日，人類大腦對于科學家而言，仍然還是一個尚未打開的“黑箱子”。

為揭開大腦謎團，腦科學研究成為各國科技發(fā)展的“兵家必爭之地”，我國也將“腦科學與類腦研究”上升為國家戰(zhàn)略。在今年的全國兩會上，全國政協(xié)副主席、科技部部長萬鋼表示，腦科學與類腦研究等重大項目實施方案編制已經(jīng)開始，預(yù)計兩年內(nèi)將會啟動實施。

腦計劃被認為是比人類基因組計劃更偉大的工程，中國如何取得這一工程的話語權(quán)？在3月11-12日于深圳召開的香山科學會議第588次學術(shù)討論會上，“非人靈長類腦與認知”成為科學家討論的焦點。

“有所為，有所不為”

腦科學被稱為是理解自然和人類本身的“終極疆域”。歐盟率先啟動“人腦工程”后，美國、日本緊隨其后啟動相關(guān)腦研究計劃，我國為爭得這場競賽的入場券也在積極謀劃“中國腦計劃”。

然而，我國雖然可以在語音識別、腦組織顯微成像等個別領(lǐng)域“領(lǐng)跑”國際，但在神經(jīng)科學整體研究上，相比歐美的深厚積淀也只能算蹣跚學步，想要進入腦科學“領(lǐng)跑”梯隊尚需時日。

大會執(zhí)行主席、中科院上海神經(jīng)科學研究所所長蒲慕明認為，中國腦科學計劃要遵循“有所為，有所不為”的原則，既要在重要前沿領(lǐng)域與先進國家競爭，又要發(fā)揮自身優(yōu)勢，在某些領(lǐng)域做到世界領(lǐng)先，最終主導(dǎo)大型國際合作計劃。

在他看來，中國腦科學研究的先天優(yōu)勢是種類和數(shù)量非常豐富的靈長類動物和豐富的腦疾病樣本，在非人靈長類轉(zhuǎn)基因動物研究及腦疾病模型研究方面，我國已走在世界前列。因此，非人靈長類腦認知科學研究是中國必須要抓住的機會。

“國內(nèi)的獼猴研究基礎(chǔ)是我們走向全面理解人類認知功能非常重要的一步。未來的方向是要把非人靈長類大腦網(wǎng)絡(luò)和它的結(jié)構(gòu)、功能搞清楚，最終理解人類大腦功能和神經(jīng)基礎(chǔ)。”蒲慕明表示，作為模擬動物，猴類可用于研究在靈長類才出現(xiàn)的腦結(jié)構(gòu)和功能及演化機制，為解析人類高級認知功能的神經(jīng)環(huán)路結(jié)構(gòu)和工作原理提供必要的實驗材料。

北京師范大學李武教授認為，獼猴和人類擁有高度相似的視覺系統(tǒng)，非人靈長類視覺系統(tǒng)是智能化信息加工的理想模型，深入揭示跨腦區(qū)、多層級、多線程的信息加工原理對于構(gòu)建和完善類腦的人工智能計算模型將有重要指導(dǎo)作用。

中科院上海神經(jīng)科學研究所研究員王征也表示，非人靈長類模擬動物一直被默認為是與人類腦功能結(jié)構(gòu)較為接近的物種，以此來構(gòu)建腦疾病模型具有天然優(yōu)勢，不僅可以篩選腦疾病藥物，也有助于探索和研發(fā)新一代生理、物理治療手段。

“本世紀生物科學最重要的就是搞清大腦圖譜，針對靈長類大腦圖譜的精準解析，恐怕只有我們中國可以實現(xiàn)。我們的優(yōu)勢給了我們前所未有的契機，如果能夠做起來，中國就會在這方面做到‘國際領(lǐng)跑’。”蒲慕明說。

瞄準主要突破口

中國腦計劃可以概括為“一體兩翼”：一體是以理解大腦的認知基礎(chǔ)為中心，兩翼分別是腦疾病診斷、治療和類腦智能技術(shù)的發(fā)展。要想“兩翼”豐碩，研究就要有所側(cè)重。

蒲慕明表示，非靈長類研究的意義及總體目標就是解析高級腦認知功能的神經(jīng)基礎(chǔ)及演化機制、腦重大疾病的機理和診斷干預(yù)手段的研發(fā)以及解析宏觀圖譜的真實意義，近期最有可能有重大貢獻的方向就是繪制細胞類型圖譜、神經(jīng)聯(lián)接圖譜和神經(jīng)元活動圖譜。

大會執(zhí)行主席、深圳先進技術(shù)研究院—麻省理工學院麥戈文聯(lián)合腦認知與腦疾病研究所研究員王立平根據(jù)與會專家的討論結(jié)果，將可以應(yīng)用于非人靈長類腦圖譜解析用的關(guān)鍵技術(shù)凝練為七個方面：基因編輯及干細胞技術(shù)，遺傳學標記與神經(jīng)環(huán)路示蹤技術(shù)，透明腦與快速光學成像及fMOST技術(shù)，單細胞轉(zhuǎn)錄組技術(shù)，光、電、磁等神經(jīng)調(diào)控技術(shù)，活動圖譜技術(shù)，靈長類腦認知范式的建立。

中國科學院院士、美國科學院外籍院士、香港科技大學副校長葉玉如以及中國科學院院士、中國醫(yī)學科學院基礎(chǔ)醫(yī)學研究所教授強伯勤也認為，這些方法交叉應(yīng)用于非人靈長類腦認知研究將成為未來腦科學發(fā)展的重要趨勢之一。

對于非靈長類基因編輯，大會執(zhí)行主席、昆明理工大學靈長類轉(zhuǎn)化醫(yī)學研究院教授季維智表示，利用基因編輯從靈長類胚胎發(fā)育早期乃至個體，圍繞影響神經(jīng)發(fā)育和相關(guān)疾病的致病機理開展研究，是探索腦功能的有效途徑。但他也指出，利用基因編輯技術(shù)在靈長類實現(xiàn)基因敲入至今仍是難題，加之人們所擔憂的脫靶效應(yīng)問題等都需要學界加強合作，尋求突破。

雙光子顯微成像技術(shù)是近年發(fā)展起來的用于研究活體情況下大腦功能活動的一種重要的光學成像技術(shù)，尤其適合活體組織深部成像，可以在動物認知行為的同時，以單個細胞的分辨率監(jiān)測腦皮層數(shù)千個神經(jīng)元的群體活動，也可以利用樹突成像或結(jié)合光遺傳學技術(shù)，研究腦皮層精細的神經(jīng)線路，這都給腦認知神經(jīng)科學研究提供了前所未有的新視角。

北京大學生命科學學院唐世明實驗室就在清醒猴認知行為條件下，實現(xiàn)了穩(wěn)定時間超過6個月的雙光子成像。在他看來，清醒猴雙光子成像技術(shù)在系統(tǒng)神經(jīng)科學研究特別是腦高級認知的神經(jīng)機制研究上，有極大的應(yīng)用潛力。

而對于以獼猴為代表的非人靈長類動物，最為經(jīng)典的試驗方法就是利用行為訓練的手段讓猴子學會某種具體的感知、動作或認知任務(wù)，然后用電生理的手段同步記錄神經(jīng)細胞電活動，由此建立行為和神經(jīng)活動的關(guān)系。

清華大學醫(yī)學院生物醫(yī)學工程系教授王小勤表示，這些經(jīng)典方法仍存在局限，如常用行為訓練模式大部分基于人類行為來設(shè)計、絕大部分試驗都在單個動物上完成。而新開發(fā)的神經(jīng)細胞無限記錄技術(shù)和高通量計算手段，使得在多個非人靈長類動物的大腦同時研究社會行為的神經(jīng)機制變?yōu)榭尚小?/p>

直面發(fā)展挑戰(zhàn)，形成共識

面臨巨大機遇的同時，非人靈長類研究的挑戰(zhàn)也前所未有，科學家對非人靈長類腦認知研究領(lǐng)域的骨干人才短缺的焦慮表現(xiàn)得尤為突出。

“最聰明的學生很少到做猴子的領(lǐng)域來，這是非�，F(xiàn)實的。這個領(lǐng)域出成績非常難，四五年才出一篇文章，高校允許它存在嗎？不可能。”某高校教授一臉無奈。此研究領(lǐng)域有特殊的高技術(shù)要求，認識猴子認知過程的時間要求導(dǎo)致研究過程漫長，在國內(nèi)常規(guī)的評審體系中，難免因“論文質(zhì)量和數(shù)量”而處于劣勢，與會科學家們呼吁社會理解此研究領(lǐng)域的規(guī)律。

在此次學術(shù)討論會上，根據(jù)目前國內(nèi)靈長類研究的基地和團隊基礎(chǔ)來建設(shè)國家級靈長類研究中心，逐步強化人才培養(yǎng)和培訓，也獲得專家普遍認同。研究中心不僅做腦與認知，還要覆蓋靈長類生物學，促進基礎(chǔ)醫(yī)學和轉(zhuǎn)化醫(yī)學研究，各個區(qū)域根據(jù)自身研究基礎(chǔ)和特色協(xié)調(diào)發(fā)展；同時加強實驗動物倫理的規(guī)范要求、社會宣傳和科普教育。

中國腦計劃要想在未來取得突破，不僅取決于個人實驗室的努力，還取決于來自不同學科的大型研究團隊的合作。“長遠來講，我們希望提出一個框架，能夠加強境外合作，包括香港優(yōu)勢研究力量的參與等。同時加強國內(nèi)優(yōu)勢團隊合作，為謀劃由我們中國人主導(dǎo)的腦科學領(lǐng)域國際大科學合作計劃做好準備。中國腦計劃還應(yīng)與國家重大需求和重大工程結(jié)合，比如‘上天入海’等；理論模型研究的引入對于理論框架的建立也非常重要。”王立平在概述與會專家的共識性的想法時總結(jié)說。