開發新技術，探秘腦奧秘

主講人：威廉·莫布里

開發新技術，探秘腦奧秘

主講人：威廉·莫布里

我給大家介紹一下美國的大腦計劃。簡言之，美國的腦計劃旨在應用新的科技，更好地加速大腦的研究速度，幫助我們更好地理解單個大腦細胞之間是怎么樣通過復雜的神經電路系統進行互動的。

（一）

我們人的存在，本身是記憶的一系列的存儲過程。大腦究竟是怎么樣工作的呢？

毫無疑問，它是有千億計的神經元之間進行互動的結果，我們需要了解它們之間的微電路怎樣工作的，通過學習怎樣去進行修正，怎樣去創造人類的行為等等。

大家知道，每一個神經元有三個主要的組成部分。第一個就是樹突，它是接受信息的一部分。長的一段叫軸突，它是發送信息的一部分。我們可以把樹突看成一根天線，把細胞體看成是一個處理器，軸突是一個發送器，可以看到，在這個軸突的最終端的部分是進行信息傳遞的過程。

神經元是怎么樣通過微電路進行連接的？可以看到所有不同的神經元是通過突觸來進行連接的。

比如說你去看神經科醫生的時候，可以看到很多的醫生會做這樣一個檢查，用一個小木錘在你膝上敲打一下，這相當于一個信號的觸發，這個信號會發送到中間神經元這樣一個單位，讓大腿肌肉進行收縮，這就是神經電路經典的案例。在座各位可能會說，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電路系統的話，我們人就根本無法直立行走，會不斷地摔跤。

我們大腦當中的神經元系統是多么的復雜，涉及到在分子層面的細胞結構到神經元突觸結構，再到電路結構。我們所說的這些不同的結構數量級之間的跨度是非常大的，從長度來講，長度的單位可以從納米一直到米，時間的話，可以從一秒鐘的10的負9次方到一年時間。

談到復雜性，也是毫無疑問的，隨著人的身體健康狀態，會影響到神經元處理和發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量等級連接起來，每一個數量等級都是非常重要的。我們不僅僅要建立起學術的理論，同時還需要建立起模型，這樣可以更好地去了解到突觸以及神經元這些結構。

威廉·莫布里

（二）

我們為什么要這么做呢？在過去二十年的時間當中，在神經科學研究上已經產生了很多的進步，我們已經有很多生物化學研究，更好地幫助我們去了解突觸的復雜性。除此之外，我們還可以去觀察單個神經元以及整個的神經元電路的活動。此外，我們在過去 20年之內，也了解到了怎么樣通過基因對神經元電路進行準確的基因控制微創手術。

借助現代技術，我們已經可以在三維空間展現單個神經元的工作原理——軸突怎樣跟樹突進行溝通，這是加州大學圣地亞哥分校的兩位教授完成的研究，他們對于實驗室的小白鼠在顯微鏡的層面上進行體內的研究，他們把這個小白鼠放到實驗裝置當中，如果小白鼠能夠成功地對于某一個任務做出回應，會得到一些獎勵。最后實驗的結果表明，這個實驗小鼠能夠很好地去了解怎么樣完成所給的任務，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。

非常激動人心的一點，我們已經可以發現實驗室小鼠大腦活動的規律以及它的連接性，我們可以看到很多的活動是具有高度的模塊化規律，而且在這個實驗過程中，我們還可以看到實驗室小鼠的樹突棘發生了變化，小鼠大腦內出現了新的樹突棘。

我們曾經讓一位研究人員戴上裝置，他大腦神經元活動的信息可以被實時展現出來。

以上就是我們美國腦計劃的主要目的，也就是希望能夠使神經元科學上升到一個新的高度，可以從分子以及細胞的角度更好地了解大腦。

（三）

去年4月奧巴馬先生說過這樣一段話，我們希望通過這樣一個計劃，可以改變我們對于人類大腦的認識方式，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識之后，可以為社會帶來巨大的影響。

美國腦計劃的成員來自于斯坦福大學、加州大學等各個大學。這不僅是一個政府的項目，也得到了很多私營企業的幫助，民間的一些組織也參與當中。

這樣一個大腦計劃的主要目的就是能夠持續地推進科學技術的進步，可以使人類更好地了解大腦神經元的工作原理，更好地幫助我們治療大腦疾病，而且對于神經元電路的分析，也可以幫我們更好地去發掘具有突破性、革命性的科學發現。

大家知道，大腦的微電路有不同的類型，就像我們委員會所說的通過了解神經回路，來了解它們的聯系。我們要了解這個網絡，了解它里面的神經電活性，了解神經之間的相互作用，回路是如何相互作用形成行為的。

這個腦計劃里有一些關鍵的重點。第一是找出不同類型的大腦細胞；第二是在不同的水平進行研究；第三是產生大腦動態的圖像；第四是要顯示因果關系，要了解到產生某種行為需要有哪些腦行動；第五找出最基本的原理，找出大腦活動的基本概念，從而形成我們基本的原理和數據分析；第六是要促進神經科學的發現，了解如何處理和治療疾病，促成神經科學的研究網絡；第七將上述綜合，形成一個計劃，了解神經回路的活動以及這些活動如何產生行為、認知、感情。

這里面有七個基本的原則。第一要同步進行人類研究和非人類研究；第二要進行多學科的協作，和其他人使用不同的科學工具解決問題；第三要把時間和空間進行整合，以建立從一個水平的活動到另外一個水平的連接；第四要分享數據，分享數據是非常有價值的，讓我們更好地加速研究，避免重復研究；第五要驗證和分享技術，讓所有的人都可以使用這個技術，讓大家都可以得到最新的技術；第六要考察神經科學研究的倫理問題，必須要考察受試者的安全性，確保對公眾負責，要進行開放的、負責的研究；第七，這個委員會同時認識到，這個研究從2016年開始，十年計劃，最初的五年當中主要是開發新技術，在第二個五年把這些技術綜合起來，進行腦科學的研究和發現。

所以，前面的五年開發技術，后面五年使用新的技術推動神經科學的研究。今天NIH已經宣布，要開始使用 4 000萬美元，然后是 1億美元。

總結一下，神經疾病是在美國和全球都是主要的疾病。最近我們已經有了一些技術的突破，能夠讓我們進行大腦功能和結構的研究。這個大腦的研究項目，能夠建立在現有的研究進展的基礎上，來加速我們了解大腦，了解大腦的疾病。這個項目是非常好的，真正的挑戰是我們能否充分利用現在的科技進行腦科學的研究。