中国脑科学研究

中国脑科学研究有许多读者朋友，都是通过“在大脑悬崖眺望未知”这句话，选择与脑极体一起踏上了泛科技的旅程。几年来，在为大家提供人工智能的技术解析与产业观察时，我们也始终无法忽视，当前人工智能蔚为大观的火热局势下，埋藏着的隐忧。AI功耗大、依赖数据、通用性低等现实问题，归根结底是由于在仿真大脑上还有相当大的局限。依靠深度神经网络的算法与真实的大脑神经系统相距甚远，AI自然也就无法接近人的能力。而近年来走红的无监督学习、迁移学习、强化学习等等新技术趋势，无不是在加强机器对大脑神经运动逻辑的模仿。解开大脑之谜，是推动AI走向强人工智能的、必不可少的创新之源。而理想与现实之间的落差，也加速了脑科学研究、类脑智能等技术的蓬勃发展。众所周知的是，发达国家开启脑科学研究的进程要比中国早很多，几乎所有的发达国家都启动了自己的脑科学计划。美国在1989年就率先推出了全国性的脑科学计划，1991年“欧洲脑十年”计划上线，1996年日本也制定了为期20年的“脑科学时代”计划。而我国于1997年5月才召开了第一次以跨世纪脑科学为主题的科学讨论会。在这样一场解锁未来价值的科技竞速中，中国脑科学研究者们是如何披星戴月、奋起直追的？当下在全世界又处于什么水平，锚定了哪些研究方向？我们想，也是时候，把这段故事讲与诸公听。上九天揽月：逐梦近乎无限远的未来先回答一个疑问，作为普通人，我们有必要关注脑科学的进展吗？宇宙和大脑，可能是需要人类路漫漫其修远、不断上下而求索的两大终极科学。也许不是每个人都渴望追逐浩瀚深空，但每个人的生活都一定会因为脑科学的点滴突破而变得更好。脑科学研究之于人类社会的意义，主要体现在以下几个方面：1.脑疾病的诊断和干预根据世界卫生组织推算，中国神经精神疾病负担在2020年上升至疾病总负担的四分之一，成为危害人类健康最严重、社会负担最重的疾病。目前科学界对重大脑疾病的病因仍不了解，治疗的措施也十分缺乏，脑科学研究将对开发新的神经精神药物、降低脑疾病发病率，做出重要支撑。2.强人工智能的突破契机人工智能发展取得了巨大的成就，带动这一轮人工智能浪潮的深度神经网络就是抓住了人脑在脑区尺度进行层次化信息处理的机制而实现的，但总的来说，距离实现人类水平智能的目标仍然有很大的距离。脑科学研究进展，将为人工智能增加新的突破契机。3.社会智能系统的建设目前已经有大量智能机器人走进了人类社会，欧盟SPARC启动了全球最大的民用机器人研发计划，软银集团的孙正义提出2050年机器人拯救日本经济，我国人口红利的消失也迫切需要发展各种智能机器人。而目前的智能系统在感知、认知、控制等多方面存在的瓶颈，都可以对应于大脑功能，比如机器人依赖的传感器、驱动器可以对应脊髓和各种末梢神经。工业制造等领域可以从脑科学的融合与借鉴中得到巨大技术红利，支撑国家经济高速发展。毫不夸张地说，无论是强化基础研究，推动科学技术的进步，还是创造新兴产业，寻找新的经济增长点，脑科学都是本世纪的关键科技之一。然而迄今为止，有关大脑认知以及智力形成等机制依然没有取得根本性的突破，脑科学依旧是最富挑战性的重大科学问题之一。这也直接导致国际竞争博弈日趋激烈。目前，美国是脑科学研究投入最高的国家，欧盟是脑科学研究的主力，日本也占有重要地位，中国也将其列为不容错失的战略高地。我国“十四五”规划已将“脑科学与类脑研究”列入了科技前沿领域攻关项目之一。不破楼兰终不还：中国科研的大脑野望随着各国脑计划的实施，脑科学领域也进入了前所未有的高速发展期，涌现了一批颠覆性理论和革命性技术成果。那么，引无数英雄竞折腰的脑科学研究，到底都在哪些方向上发力呢？用最简单的方式理解，其实脑科学研究主要就做三件事：“认识脑”（understandingthebrain）”、“保护脑（protectingthebrain）”及“创造脑（creatingthebrain）”。具体到当下技术阶段，三大方向也进一步聚焦在：洞察脑认知的神经原理、人脑重大疾病诊断与治疗，以及发展以人工智能为导向的类脑智能——也就是中国脑科学“一体两翼”的研究布局。但这样似乎距离真实生活还是有一点遥远，我们不妨将目光投掷到当下，看看今天中国的脑科学研究者们都在做些什么？就拿近两年来的神经科学重大进展来说，一些领先业界的突破，也集中在上述三大研究领域中：首先，让人类对大脑神经元机制有了更深入的了解。比如中国科学技术大学薛天团队的最新研究成果，首次诠释了光在白昼和夜晚截然相反的情绪作用的内在机理，夜间光干扰（城市照明或手机、电脑等电子设备的使用）导致抑郁等负性情绪的机理，对于现代人的生活、生理健康带来了直接的指导意义。2019年，北京师范大学IDG/麦戈文脑研究所的认知神经科学与学习国家重点实验室，就将计算建模与脑功能磁共振成像相结合，破译了催产素（一种九氨基酸神经肽）影响个体社会决策的计算神经机制，被国际同行评价为“对很多关于人类社会性的重要突出问题具有重要意义”。2020开年，北京大学-IDG/麦戈文脑科学研究院PI、北京大学心理与认知科学学院周晓林教授课题组就发表了两篇论文，在世界上首次揭示了在真实群体互动中个体产生所谓的“集体内疚”时的神经活动模式，在内疚情绪产生的认知神经基础上取得了重要突破。其次，脑科学的突破也为其他科技领域的创新提供了助益。比如北京大学心理与认知科学学院、北京大学-IDG/麦戈文脑科学研究院，揭示了多特征注意加工的神经机制，首次发现了特征空间中的“节律性探照灯”。举个例子，篮球运动员在准备传球时，大脑会同时注意到多个视觉特征，包括己方队员和对方队员的运动方向，并基于此做出传球路线的最优决策。人脑在复杂的视觉情境下对目标特征的感知会变得更加敏锐，解开了这一神经元机制的奥秘，对于人类更好地开展儿童教育、发展更聪敏的智能机器人等，都有极大启发。同时，在脑疾病方面，最新研究也使人类看到了更多治愈的希望。比如由中国科学院脑科学与智能技术卓越中心（神经科学研究所）等，以斑马鱼为模型，发现了大脑血管三维网络的形成机制。来自清华-IDG/麦戈文脑科学研究院的鲁白教授和郭炜博士课题组，则报道了一种针对神经退行性疾病的新策略，并研发了一款原创抗体药，尝试治疗最具挑战的人类疾病：阿尔茨海默病(AD)。揭示脑的奥秘一直被认为是生命科学研究的"终极疆域"，从中国脑科学研究人员的创新征程中，不难发现，研究人类大脑如同拆解一座摩天大楼，工程浩大，且精妙绝伦。中国脑科学诸多“世界首次”的关键突破，也是不断抵达极限的过程。十年踪迹十年心：点亮中国基础科学的路标今天中国脑科学界的诸多成果，有着丝毫不逊色于发达国家的水平。但可能很少有人想到，昔日的中国脑科学研究是怎样的光景。让我们将时间轴向前推移，会发现在十多年前，中国脑科学研究之路，可谓是筚路蓝缕、以启山林。美国脑科学成果论文在1973年就超过了2000篇，而中国论文数量从2008年才开始超过2000篇，晚了35年进入快速发展阶段，更需要中国脑科学研究者加速追赶、缩小差距。可是问题又来了，脑科学的突破很大程度建立在纳米、生物、信息和认知等多学科交叉和新技术产生的基础上，复杂课题需要不菲的资金投入。以日本的“脑科学时代”为例，总投资预算在2万亿日元，是该国“超级钢材料开发计划”的10倍。反观新千年之际的中国脑科学领域，受学科积累、经费、硬件等诸多限制，1994年中国神经科学学会第一届学术会议召开时，到会人数仅500名左右。许多重要分支如发育神经生物学更是近乎空白，当时一些新兴技术如分子生物学、PET成像法等都未能开展。怎么办？只有硬着头皮、恶补功课。在投入上，国家重点基础研究发展计划（973计划）先后启动了“脑结构与功能的可塑性研究”等44项脑科学与脑疾病相关的课题，总投入近12亿。许多社会力量也加入进来，一起助力脑科学基础研究，比如前文中提到的清华-IDG/麦戈文脑科学研究院，就由IDG资本在2011年捐建，吸引了三百多名在读研究生与博士后加入，如今该研究院已经拥有近20个独立实验室，搭建起了一支多学科的学术队伍，展开深入的、开创性的研究。除清华大学外，IDG资本还捐建了北京大学和北京师范大学麦戈文脑科学研究院。十年间，IDG资本已累计为三所高校的脑科学研究捐赠了2亿人民币。此外，要快速追赶上国际一流水平，还需要扩宽我国科学家的国际视野，积极参与国际脑科学计划、国际大脑研究组织相关工作，提升国际影响力。加强国际合作，除了需要中国走出去，来自海外组织的援手也起到了关键作用。比如在IDG资本的推动下，清华大学生命科学与医学研究院就在2008年与麻省理工学院麦戈文人脑研究院签署合作协议，在教师与学生交换、合作科研项目、信息与学术出版交流等方面进行合作。也多次资助清华大学、北京大学、北京师范大学等院校，定期举办脑科学研究的学术报告会和学术论坛，疫情爆发前还会采取互访的形式加强科研人员的实地交流，加速中国脑科学队伍的成长。看到这里，大家是不是觉得自己眼花了？IDG资本不是一个风险投资机构吗，为什么不是跟各种创业者打交道，反而会出现在与商业回报十分遥远的基础科研领域呢？为什么中国三所名校的脑科学研究院都有个IDG/麦戈文的前缀？而且它与中国脑科学的渊源，居然长达十年之久？了解之后我发现，对于中国科技的支持，原来早就刻进了IDG资本的DNA。2000年的时候，IDG董事长麦戈文先生就在母校麻省理工学院建立了麦戈文脑科学研究院。此后，他一直希望在亚洲开展脑科学的捐赠计划，早在2006年，IDG创始人兼董事长麦戈文先生及夫人就专程到清华访问。2011年，在清华成立100周年之际成立了清华-IDG/麦戈文研究院。同年11月份，又相继在北大和北师大签署了捐建协议，各建设了IDG/麦戈文脑科学研究院。来自IDG资本的灌溉，让那个中国脑科学相对荒芜的岁月，开始在这片土地上生根发芽。而在IDG资本的投资业务中，也鼎力支持着中国人工智能、自动驾驶、芯片等前沿企业的发展。在硬件领域孵化出了小米、科沃斯、蔚来汽车等科技企业，与富士康共同成立了智能出行基金，投资自动驾驶、电池新能源等创业公司。在被大众所熟知的“卡脖子”领域半导体，IDG资本也先后投资了中国的设备制造商中微半导体、芯片企业华灿光电等等。随着十四五计划而变得炙手可热的碳中和领域，早在2007年就被IDG资本列入了投资版图，先后投资了爱旭股份、钧石能源、昆兰新能源和天华太阳能等能源行业领先企业。可以发现，IDG资本的视野并不局限于短期商业收益，血液里的“技术基因”让它更注重对中国科技的长期价值投资，在这一过程中也助力中国产业更快实现技术创新与自立