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2019年09月17日 星期二

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脑图谱成功绘制 人脑工程再获突破

  □本报记者 李波

  继美国总统奥巴马宣布“推进创新神经技术脑研究计划”(简称BRAIN计划或脑计划)一年后,美国科学家成功给“整个大脑”做了图谱。4月3日出版的英国《自然》杂志发表两项相关研究,介绍了哺乳动物大脑中完整的基因表达图谱和神经元联系图谱。此次的图谱对于研究人类大脑发育和神经回路,从而理解人类的行为和认知过程的健康状态与疾病状态提供了极其重要的资源。除了美国之外,中国和欧洲也纷纷投入脑科学研究,今年年初中科院启动脑科学卓越创新中心,标志着中国国家层面科学院进军人脑工程领域。人脑研究不仅有助于保障人类健康、探索科学奥秘,也将产生可观的经济效益。

  美总统力挺人脑工程

  人类大脑的结构和功能在很大程度上是由胎儿时期基因转录启动的基因表达决定,但是人们对于大脑的发育过程了解甚少。为此,2013年4月2日,奥巴马政府宣布了一项致力于对人脑进行绘图的长期研究工作,这项计划全名“使用先进革新型神经技术的人脑研究(Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies,BRAIN)”,旨在探索人类大脑工作机制、绘制脑活动全图,并最终开发出针对大脑疾病的疗法,其重要程度被认为可与人类基因组计划相媲美。

  该项目2014年启动计划注资1亿美元,由美国国家卫生研究院、国防部先进研究项目局、国家科学基金会共同支持。这个项目能够让研究人员探索脑细胞间的协作方式,对于治愈老年痴呆症、癫痫等能够提供帮助。美国国防部高级研究计划局希望能够开发出记录和分析脑功能的工具,未来能够对遭遇脑损伤及创伤后压力的军人提供治疗。而国家科学基金会则希望了解神经网络的运作模式,并借此开发出能够处理海量信息的数据处理工具。

  奥巴马在其2013美国国情演说中强调了科学研究和开发的重要性,详述了人脑绘图工程的部分细节。美国并非唯一一个投资进行人脑研究工作的国家。早前,欧盟就将人脑工程(Human Brain Project)作为其未来与新兴科技旗舰的一部分工作,初期投资了7200万美元进行研究,目标与美国的人脑绘图工程基本相似。

  4月3日出版的英国《自然》杂志发表两项相关研究,介绍了哺乳动物大脑中完整的基因表达图谱和神经元联系图谱。其中,美国华盛顿州西雅图艾伦脑科学研究所的艾德·雷恩与他的科研团队,提供了人类胎儿妊娠中期详细的大脑基因表达图谱,填补该领域的知识空白。由他们发现的转录标记与不同的解剖特点和发育过程相关。这些数据也识别出了许多和神经或精神障碍相关的基因表达动态。

  另一篇论文中,同是艾伦脑科学研究所的曾红葵与她的研究团队提供了一个小鼠大脑连接图谱,此图谱是第一个哺乳动物全脑神经元连接图谱,也是至今为止最全面的脊椎动物的大脑连接图谱,为了解大脑的不同区域如何沟通与交流提供了新的见解。这篇论文的作者们认为,这一研究结果将有助于探索人类大脑的神经元网络,从而加深人们对于人类大脑连接方式和相关疾病的了解

  中国欧洲纷纷投入脑科学研究

  与人类基因组计划相比,“脑计划”更加复杂而艰难,因为人类大脑是人体中最复杂的器官,研究者必须要费很大力气来取得数据并分析、理解数据。

  去年10月,欧洲130多家研究机构联合瑞士洛桑联邦理工学院推出了“人脑项目(Human Brain Project)”,即利用一台超级计算机模拟人脑,进而协助完成各类疾病的治疗工作以及创建全新的计算机技术。在接下来的30个月内,研究人员将对多个平台不断地进行测试。等到2016年,科研人员将交出一份最终的研究报告。如果一切顺利,那么将意味着有史以来最为精确的模拟人脑诞生。

  我国在人脑科学方面的研究也在提速。今年1月9日,中国科学院举行新闻发布会,宣布中科院决定实施卓越创新中心建设计划,首批5个卓越创新中心将于近期正式启动实施,其中脑科学卓越创新中心位列其中之一,标志着中国国家层面科学院将进军人脑工程领域。

  业内人士指出,美、欧以及我国之所以加速人脑科学研究,其原因有三。首先是保障人类健康的需要。各国老龄化程度在加深,加强脑科学研究将有助于帕金森氏症、阿尔茨海默氏症等脑部疾病的诊断和治疗,提高人们的健康水平和生活质量。其次是科学探索的需要。脑科学研究不但可以揭开大脑高智能、高效率、低能耗之谜,对人工智能、基因学、细胞生物学、生理学、生物信息学、解剖学、行为科学、信息技术、纳米技术和营养学都有重要拉动作用。最后,人脑工程的产业前景十分广阔,“钱途”不可限量。脑科学研究属于具有高科技附加值的项目,以此为基础的产业必将产生可观的经济效益。有研究报告显示,自2009 年以来,人脑工程领域的产业规模持续增长,2012年相关产业规模约为10亿美元,2020年有望增长至60亿美元。

  在A股市场,人脑概念这一题材曾反复被爆炒。由于欧美发达国家最早涉足人脑工程技术研发,因此,海外研究人脑技术的进展情况往往成为A股市场人脑概念股活跃的导火索。今年年初脑科学卓越创新中心的启动实施,标志着中国国家层面科学院将进军人脑工程领域,对A股人脑工程概念股构成利好。此次美国科学家成功绘制大脑基因表达图谱和神经元联系图谱,或再度令人脑工程概念获得资金青睐。

  新华社图片

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