中國(guó)腦科學(xué)的十年行旅

原標(biāo)題：中國(guó)腦科學(xué)的十年行旅

有許多讀者朋友，都是通過(guò)“在大腦懸崖眺望未知”這句話，選擇與腦極體一起踏上了泛科技的旅程。

幾年來(lái)，在為大家提供人工智能的技術(shù)解析與產(chǎn)業(yè)觀察時(shí)，我們也始終無(wú)法忽視，當(dāng)前人工智能蔚為大觀的火熱局勢(shì)下，埋藏著的隱憂。

AI功耗大、依賴數(shù)據(jù)、通用性低等現(xiàn)實(shí)問題，歸根結(jié)底是由于在仿真大腦上還有相當(dāng)大的局限。依靠深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的算法與真實(shí)的大腦神經(jīng)系統(tǒng)相距甚遠(yuǎn)，AI自然也就無(wú)法接近人的能力。而近年來(lái)走紅的無(wú)監(jiān)督學(xué)習(xí)、遷移學(xué)習(xí)、強(qiáng)化學(xué)習(xí)等等新技術(shù)趨勢(shì)，無(wú)不是在加強(qiáng)機(jī)器對(duì)大腦神經(jīng)運(yùn)動(dòng)邏輯的模仿。

解開大腦之謎，是推動(dòng)AI走向強(qiáng)人工智能的、必不可少的創(chuàng)新之源。而理想與現(xiàn)實(shí)之間的落差，也加速了腦科學(xué)研究、類腦智能等技術(shù)的蓬勃發(fā)展。

眾所周知的是，發(fā)達(dá)國(guó)家開啟腦科學(xué)研究的進(jìn)程要比中國(guó)早很多，幾乎所有的發(fā)達(dá)國(guó)家都啟動(dòng)了自己的腦科學(xué)計(jì)劃。

美國(guó)在1989年就率先推出了全國(guó)性的腦科學(xué)計(jì)劃，1991年“歐洲腦十年”計(jì)劃上線，1996年日本也制定了為期20年的“腦科學(xué)時(shí)代”計(jì)劃。而我國(guó)于1997年5月才召開了第一次以跨世紀(jì)腦科學(xué)為主題的科學(xué)討論會(huì)。

在這樣一場(chǎng)解鎖未來(lái)價(jià)值的科技競(jìng)速中，中國(guó)腦科學(xué)研究者們是如何披星戴月、奮起直追的？當(dāng)下在全世界又處于什么水平，錨定了哪些研究方向？

我們想，也是時(shí)候，把這段故事講與諸公聽。

上九天攬?jiān)拢褐饓?mèng)近乎無(wú)限遠(yuǎn)的未來(lái)

先回答一個(gè)疑問，作為普通人，我們有必要關(guān)注腦科學(xué)的進(jìn)展嗎？

宇宙和大腦，可能是需要人類路漫漫其修遠(yuǎn)、不斷上下而求索的兩大終極科學(xué)。也許不是每個(gè)人都渴望追逐浩瀚深空，但每個(gè)人的生活都一定會(huì)因?yàn)槟X科學(xué)的點(diǎn)滴突破而變得更好。

腦科學(xué)研究之于人類社會(huì)的意義，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1. 腦疾病的診斷和干預(yù)

根據(jù)世界衛(wèi)生組織推算，中國(guó)神經(jīng)精神疾病負(fù)擔(dān)在2020年上升至疾病總負(fù)擔(dān)的四分之一，成為危害人類健康最嚴(yán)重、社會(huì)負(fù)擔(dān)最重的疾病。目前科學(xué)界對(duì)重大腦疾病的病因仍不了解，治療的措施也十分缺乏，腦科學(xué)研究將對(duì)開發(fā)新的神經(jīng)精神藥物、降低腦疾病發(fā)病率，做出重要支撐。

2.強(qiáng)人工智能的突破契機(jī)

人工智能發(fā)展取得了巨大的成就，帶動(dòng)這一輪人工智能浪潮的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)就是抓住了人腦在腦區(qū)尺度進(jìn)行層次化信息處理的機(jī)制而實(shí)現(xiàn)的，但總的來(lái)說(shuō)，距離實(shí)現(xiàn)人類水平智能的目標(biāo)仍然有很大的距離。腦科學(xué)研究進(jìn)展，將為人工智能增加新的突破契機(jī)。

3.社會(huì)智能系統(tǒng)的建設(shè)

目前已經(jīng)有大量智能機(jī)器人走進(jìn)了人類社會(huì)，歐盟SPARC啟動(dòng)了全球最大的民用機(jī)器人研發(fā)計(jì)劃，軟銀集團(tuán)的孫正義提出2050年機(jī)器人拯救日本經(jīng)濟(jì)，我國(guó)人口紅利的消失也迫切需要發(fā)展各種智能機(jī)器人。而目前的智能系統(tǒng)在感知、認(rèn)知、控制等多方面存在的瓶頸，都可以對(duì)應(yīng)于大腦功能，比如機(jī)器人依賴的傳感器、驅(qū)動(dòng)器可以對(duì)應(yīng)脊髓和各種末梢神經(jīng)。

工業(yè)制造等領(lǐng)域可以從腦科學(xué)的融合與借鑒中得到巨大技術(shù)紅利，支撐國(guó)家經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展。

毫不夸張地說(shuō)，無(wú)論是強(qiáng)化基礎(chǔ)研究，推動(dòng)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，還是創(chuàng)造新興產(chǎn)業(yè)，尋找新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，腦科學(xué)都是本世紀(jì)的關(guān)鍵科技之一。

然而迄今為止，有關(guān)大腦認(rèn)知以及智力形成等機(jī)制依然沒有取得根本性的突破，腦科學(xué)依舊是最富挑戰(zhàn)性的重大科學(xué)問題之一。這也直接導(dǎo)致國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)博弈日趨激烈。

目前，美國(guó)是腦科學(xué)研究投入最高的國(guó)家，歐盟是腦科學(xué)研究的主力，日本也占有重要地位，中國(guó)也將其列為不容錯(cuò)失的戰(zhàn)略高地。我國(guó)“十四五”規(guī)劃已將“腦科學(xué)與類腦研究”列入了科技前沿領(lǐng)域攻關(guān)項(xiàng)目之一。

不破樓蘭終不還：中國(guó)科研的大腦野望

隨著各國(guó)腦計(jì)劃的實(shí)施，腦科學(xué)領(lǐng)域也進(jìn)入了前所未有的高速發(fā)展期，涌現(xiàn)了一批顛覆性理論和革命性技術(shù)成果。

那么，引無(wú)數(shù)英雄競(jìng)折腰的腦科學(xué)研究，到底都在哪些方向上發(fā)力呢？

用最簡(jiǎn)單的方式理解，其實(shí)腦科學(xué)研究主要就做三件事：“認(rèn)識(shí)腦”（understanding the brain）”、“保護(hù)腦（protecting the brain）”及“創(chuàng)造腦（creating the brain）”。

具體到當(dāng)下技術(shù)階段，三大方向也進(jìn)一步聚焦在：洞察腦認(rèn)知的神經(jīng)原理、人腦重大疾病診斷與治療，以及發(fā)展以人工智能為導(dǎo)向的類腦智能——也就是中國(guó)腦科學(xué)“一體兩翼”的研究布局。

但這樣似乎距離真實(shí)生活還是有一點(diǎn)遙遠(yuǎn)，我們不妨將目光投擲到當(dāng)下，看看今天中國(guó)的腦科學(xué)研究者們都在做些什么？

就拿近兩年來(lái)的神經(jīng)科學(xué)重大進(jìn)展來(lái)說(shuō)，一些領(lǐng)先業(yè)界的突破，也集中在上述三大研究領(lǐng)域中：首先，讓人類對(duì)大腦神經(jīng)元機(jī)制有了更深入的了解。

比如中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)薛天團(tuán)隊(duì)的最新研究成果，首次詮釋了光在白晝和夜晚截然相反的情緒作用的內(nèi)在機(jī)理，夜間光干擾（城市照明或手機(jī)、電腦等電子設(shè)備的使用）導(dǎo)致抑郁等負(fù)性情緒的機(jī)理，對(duì)于現(xiàn)代人的生活、生理健康帶來(lái)了直接的指導(dǎo)意義。

2019年，北京師范大學(xué)IDG/麥戈文腦研究所的認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)與學(xué)習(xí)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，就將計(jì)算建模與腦功能磁共振成像相結(jié)合，破譯了催產(chǎn)素（一種九氨基酸神經(jīng)肽）影響個(gè)體社會(huì)決策的計(jì)算神經(jīng)機(jī)制，被國(guó)際同行評(píng)價(jià)為“對(duì)很多關(guān)于人類社會(huì)性的重要突出問題具有重要意義”。

2020開年，北京大學(xué)-IDG/麥戈文腦科學(xué)研究院PI、北京大學(xué)心理與認(rèn)知科學(xué)學(xué)院周曉林教授課題組就發(fā)表了兩篇論文，在世界上首次揭示了在真實(shí)群體互動(dòng)中個(gè)體產(chǎn)生所謂的“集體內(nèi)疚”時(shí)的神經(jīng)活動(dòng)模式，在內(nèi)疚情緒產(chǎn)生的認(rèn)知神經(jīng)基礎(chǔ)上取得了重要突破。

其次，腦科學(xué)的突破也為其他科技領(lǐng)域的創(chuàng)新提供了助益。

比如北京大學(xué)心理與認(rèn)知科學(xué)學(xué)院、北京大學(xué)- IDG/麥戈文腦科學(xué)研究院，揭示了多特征注意加工的神經(jīng)機(jī)制，首次發(fā)現(xiàn)了特征空間中的“節(jié)律性探照燈”。

舉個(gè)例子，籃球運(yùn)動(dòng)員在準(zhǔn)備傳球時(shí)，大腦會(huì)同時(shí)注意到多個(gè)視覺特征，包括己方隊(duì)員和對(duì)方隊(duì)員的運(yùn)動(dòng)方向，并基于此做出傳球路線的最優(yōu)決策。

人腦在復(fù)雜的視覺情境下對(duì)目標(biāo)特征的感知會(huì)變得更加敏銳，解開了這一神經(jīng)元機(jī)制的奧秘，對(duì)于人類更好地開展兒童教育、發(fā)展更聰敏的智能機(jī)器人等，都有極大啟發(fā)。

同時(shí)，在腦疾病方面，最新研究也使人類看到了更多治愈的希望。

比如由中國(guó)科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越中心（神經(jīng)科學(xué)研究所）等，以斑馬魚為模型，發(fā)現(xiàn)了大腦血管三維網(wǎng)絡(luò)的形成機(jī)制。來(lái)自清華-IDG/麥戈文腦科學(xué)研究院的魯白教授和郭煒博士課題組，則報(bào)道了一種針對(duì)神經(jīng)退行性疾病的新策略，并研發(fā)了一款原創(chuàng)抗體藥，嘗試治療最具挑戰(zhàn)的人類疾?。喊柎暮Ｄ?AD)。

揭示腦的奧秘一直被認(rèn)為是生命科學(xué)研究的"終極疆域"，從中國(guó)腦科學(xué)研究人員的創(chuàng)新征程中，不難發(fā)現(xiàn)，研究人類大腦如同拆解一座摩天大樓，工程浩大，且精妙絕倫。

中國(guó)腦科學(xué)諸多“世界首次”的關(guān)鍵突破，也是不斷抵達(dá)極限的過(guò)程。

十年蹤跡十年心：點(diǎn)亮中國(guó)基礎(chǔ)科學(xué)的路標(biāo)

今天中國(guó)腦科學(xué)界的諸多成果，有著絲毫不遜色于發(fā)達(dá)國(guó)家的水平。但可能很少有人想到，昔日的中國(guó)腦科學(xué)研究是怎樣的光景。

讓我們將時(shí)間軸向前推移，會(huì)發(fā)現(xiàn)在十多年前，中國(guó)腦科學(xué)研究之路，可謂是篳路藍(lán)縷、以啟山林。

美國(guó)腦科學(xué)成果論文在1973年就超過(guò)了2000篇，而中國(guó)論文數(shù)量從2008年才開始超過(guò)2000篇，晚了35年進(jìn)入快速發(fā)展階段，更需要中國(guó)腦科學(xué)研究者加速追趕、縮小差距。

可是問題又來(lái)了，腦科學(xué)的突破很大程度建立在納米、生物、信息和認(rèn)知等多學(xué)科交叉和新技術(shù)產(chǎn)生的基礎(chǔ)上，復(fù)雜課題需要不菲的資金投入。以日本的“腦科學(xué)時(shí)代”為例，總投資預(yù)算在2萬(wàn)億日元，是該國(guó)“超級(jí)鋼材料開發(fā)計(jì)劃”的10倍。

反觀新千年之際的中國(guó)腦科學(xué)領(lǐng)域，受學(xué)科積累、經(jīng)費(fèi)、硬件等諸多限制，1994年中國(guó)神經(jīng)科學(xué)學(xué)會(huì)第一屆學(xué)術(shù)會(huì)議召開時(shí)，到會(huì)人數(shù)僅500名左右。許多重要分支如發(fā)育神經(jīng)生物學(xué)更是近乎空白，當(dāng)時(shí)一些新興技術(shù)如分子生物學(xué)、PET成像法等都未能開展。

怎么辦？只有硬著頭皮、惡補(bǔ)功課。

在投入上，國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（973計(jì)劃）先后啟動(dòng)了“腦結(jié)構(gòu)與功能的可塑性研究”等44項(xiàng)腦科學(xué)與腦疾病相關(guān)的課題，總投入近12億。

許多社會(huì)力量也加入進(jìn)來(lái)，一起助力腦科學(xué)基礎(chǔ)研究，比如前文中提到的清華-IDG/麥戈文腦科學(xué)研究院，就由IDG資本在2011年捐建，吸引了三百多名在讀研究生與博士后加入，如今該研究院已經(jīng)擁有近20個(gè)獨(dú)立實(shí)驗(yàn)室，搭建起了一支多學(xué)科的學(xué)術(shù)隊(duì)伍，展開深入的、開創(chuàng)性的研究。除清華大學(xué)外，IDG資本還捐建了北京大學(xué)和北京師范大學(xué)麥戈文腦科學(xué)研究院。十年間，IDG資本已累計(jì)為三所高校的腦科學(xué)研究捐贈(zèng)了2億人民幣。

此外，要快速追趕上國(guó)際一流水平，還需要擴(kuò)寬我國(guó)科學(xué)家的國(guó)際視野，積極參與國(guó)際腦科學(xué)計(jì)劃、國(guó)際大腦研究組織相關(guān)工作，提升國(guó)際影響力。

加強(qiáng)國(guó)際合作，除了需要中國(guó)走出去，來(lái)自海外組織的援手也起到了關(guān)鍵作用。比如在IDG資本的推動(dòng)下，清華大學(xué)生命科學(xué)與醫(yī)學(xué)研究院就在2008年與麻省理工學(xué)院麥戈文人腦研究院簽署合作協(xié)議，在教師與學(xué)生交換、合作科研項(xiàng)目、信息與學(xué)術(shù)出版交流等方面進(jìn)行合作。也多次資助清華大學(xué)、北京大學(xué)、北京師范大學(xué)等院校，定期舉辦腦科學(xué)研究的學(xué)術(shù)報(bào)告會(huì)和學(xué)術(shù)論壇，疫情爆發(fā)前還會(huì)采取互訪的形式加強(qiáng)科研人員的實(shí)地交流，加速中國(guó)腦科學(xué)隊(duì)伍的成長(zhǎng)。

看到這里，大家是不是覺得自己眼花了？IDG資本不是一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)投資機(jī)構(gòu)嗎，為什么不是跟各種創(chuàng)業(yè)者打交道，反而會(huì)出現(xiàn)在與商業(yè)回報(bào)十分遙遠(yuǎn)的基礎(chǔ)科研領(lǐng)域呢？為什么中國(guó)三所名校的腦科學(xué)研究院都有個(gè)IDG/麥戈文的前綴？而且它與中國(guó)腦科學(xué)的淵源，居然長(zhǎng)達(dá)十年之久？

了解之后我發(fā)現(xiàn)，對(duì)于中國(guó)科技的支持，原來(lái)早就刻進(jìn)了IDG資本的DNA。

2000年的時(shí)候，IDG董事長(zhǎng)麥戈文先生就在母校麻省理工學(xué)院建立了麥戈文腦科學(xué)研究院。此后，他一直希望在亞洲開展腦科學(xué)的捐贈(zèng)計(jì)劃，早在2006年，IDG創(chuàng)始人兼董事長(zhǎng)麥戈文先生及夫人就專程到清華訪問。2011年，在清華成立100周年之際成立了清華-IDG/麥戈文研究院。同年11月份，又相繼在北大和北師大簽署了捐建協(xié)議，各建設(shè)了IDG/麥戈文腦科學(xué)研究院。來(lái)自IDG資本的灌溉，讓那個(gè)中國(guó)腦科學(xué)相對(duì)荒蕪的歲月，開始在這片土地上生根發(fā)芽。

而在IDG資本的投資業(yè)務(wù)中，也鼎力支持著中國(guó)人工智能、自動(dòng)駕駛、芯片等前沿企業(yè)的發(fā)展。

在硬件領(lǐng)域孵化出了小米、科沃斯、蔚來(lái)汽車等科技企業(yè)，與富士康共同成立了智能出行基金，投資自動(dòng)駕駛、電池新能源等創(chuàng)業(yè)公司。在被大眾所熟知的“卡脖子”領(lǐng)域半導(dǎo)體，IDG資本也先后投資了中國(guó)的設(shè)備制造商中微半導(dǎo)體、芯片企業(yè)華燦光電等等。隨著十四五計(jì)劃而變得炙手可熱的碳中和領(lǐng)域，早在2007年就被IDG資本列入了投資版圖，先后投資了愛旭股份、鈞石能源、昆蘭新能源和天華太陽(yáng)能等能源行業(yè)領(lǐng)先企業(yè)。

可以發(fā)現(xiàn)，IDG資本的視野并不局限于短期商業(yè)收益，血液里的“技術(shù)基因”讓它更注重對(duì)中國(guó)科技的長(zhǎng)期價(jià)值投資，在這一過(guò)程中也助力中國(guó)產(chǎn)業(yè)更快實(shí)現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新與自立自強(qiáng)。

可以說(shuō)，IDG資本與中國(guó)科技之間，是一場(chǎng)穿越了時(shí)間和代際的守望與承諾。

比起前輩們所處的時(shí)代，今天我們常常會(huì)感到一種幸運(yùn)，中國(guó)正走在科技強(qiáng)國(guó)的路上，硬科技的“黃金十年”才剛剛開啟，新的希望與機(jī)遇都在醞釀。

恩格斯曾將“思維著的精神”比作“地球上最美的花朵”，如果說(shuō)腦科學(xué)研究是人類擷花采蜜的過(guò)程，那么或許幸運(yùn)的背后，是因?yàn)樵谶@條漫漫長(zhǎng)路上，科研工作者們并不是齲齲獨(dú)行，而是有無(wú)數(shù)雙目光，也凝視著同一個(gè)方向；有無(wú)數(shù)個(gè)臂膀，愿意在背后為他們撐起放飛想象力的蒼穹。

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