脑科学： 绘制认知原理图，探寻脑疾病“药方”

　　脑科学： 绘制认知原理图，探寻脑疾病“药方”

　　与欧美、日本的“脑计划”相比，“中国脑计划”更为全面。部署中所包括的儿童脑智发育和提升研究，是世界上最前沿的脑科学研究方向之一。

　　左西年 北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室教授

　　今年春节，一张张字迹书写规整的“福”和“牛”字春联张贴在天津大学医学工程与转化医学研究院里，这些春联并不寻常，都是出自脑电波操控的机械臂之“手”，是天津大学神经工程团队依靠脑—机接口技术，通过自主研发的“哪吒”多脑协控智臂系统完成的。

　　脑—机接口是人类探索大脑的前沿科学方向之一。时至今日，理解脑的工作机制，对于治疗重大脑疾病，对人脑功能进行开发、模拟和保护，以及抢占国际竞争的技术制高点具有重要意义。

　　早在2016年，“中国脑计划”——“脑科学与类脑研究”就作为重大科技项目被列入国家“十三五”规划。在最新出台的“十四五”规划纲要草案中，“脑科学与类脑研究”被继续列入重大科技项目之中。

　　1月19日，科技部公开征求科技创新2030—“脑科学与类脑研究”重大项目2020年度项目申报指南意见，为我国脑科学研究实现跨越式发展吹响了号角。

　　“中国脑计划”布局一体两翼

　　为加快我国脑科学研究，2014年3月召开的香山科学会议以“我国脑科学研究发展战略研究”为主题，探讨了中国脑科学研究计划的目标、任务和可行性。经多次论证，各领域科学家提出了“中国脑计划”一体两翼的布局建议，即以研究脑认知原理为“主体”，以研发脑重大疾病诊治新手段和脑机智能新技术为“两翼”。

　　“一体”在脑认知原理方面，主要解决3个层面的问题：一是大脑对外界环境的感官认知；二是对人类及非人灵长类自我意识的认知；三是对语言的认知，用以研究人工智能技术。

　　“‘两翼’中，在探索和治疗大脑疾病方面，攻克孤独症、抑郁症、老年痴呆症、帕金森病等疾病是首要目标。”中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心研究员仇子龙表示，各种脑疾病增加了社会和家庭的负担，且绝大多数脑疾病尚无有效治疗方法，亟须在诊断和治疗上有所突破。

　　“另一翼则是如何利用脑科学研究来推动新一代人工智能技术的发展，即类脑科学。当前类脑科学依赖两个关键领域，分别是仿脑计算和脑—机接口。”天津大学科研院常务副院长、医学工程与转化医学研究院院长、天津脑科学中心主任明东进一步介绍，目前仿脑计算的国际前沿技术研究主要包括类脑芯片、类脑计算体系结构等；脑—机接口的前沿技术研究主要是高通量脑信息传感技术、脑—机编解码关键技术等。

　　北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室教授左西年介绍，与欧美、日本的“脑计划”相比，“中国脑计划”更为全面。比如，“一体”部署中所包括的儿童脑智发育和提升研究，是世界上最前沿的脑科学研究方向之一，面向国家在儿童、青少年学习教育和健康发展方面的重大需求，建设大型学龄儿童的长期追踪队列，揭示脑智发育的一般规律和提升机制。

　　根据“中国脑计划”布局，北京、上海均已启动“脑科学与类脑智能”地区性计划，并分别成立脑科学与类脑研究中心。中国科学院也成立了包含20家院所80余个精英实验室的脑科学和智能技术卓越创新中心，各高校也纷纷成立类脑智能研究中心。

　　脑智提升计划将揭示脑发育神经科学机制

　　随着“中国脑计划”的实施，我国在“脑科学与类脑研究”领域取得多项世界性突破。

　　2020年4月，《自然》主刊在“自然聚焦—中国脑科学”栏目中，介绍了正在蓬勃发展的中国脑科学领域的研究机构现状、研究成果以及产业化情况。

　　“我国近些年在仿脑计算和脑—机接口方面发展迅猛，在仿脑计算方面，2019年，浙江大学发布了‘达尔文’二代神经拟态类脑芯片；2019年，清华大学成功研制出国际首款异构融合的类脑芯片‘天机芯’。”明东介绍，在脑—机接口方面，2014年，天津大学自主研发了全球首台人工神经康复机器人系统“神工一号”；2015年，清华大学研究团队设计了一套40指令的高速脑—机接口系统，单指令输出时间仅为1秒；2019年，天津大学研制的“脑语者”芯片问世，为无创脑—机接口的微型化和实用化开辟了道路。