中国脑计划：“一体两翼”

导读：

中国脑计划以阐释人类认知的神经基础(认识脑)为主体和核心 (一体)，同时展现“两翼”:其中一翼是大力加强预防、诊断和治疗脑重大疾病的研究(保护脑);另一翼是在大数据快速发展的时代背景下，受大脑运作原理及机制的启示，通过计算和系统模拟推进人工智能的研究(模拟脑)。本文讨论一些中国脑计划相关的新主题，重点是其独特的方面。

背景介绍

大脑研究的重要性在全球范围内得到了重视，欧洲、美国和日本的脑计划项目就是例证。中国科学家在中国科学技术和自然科学部基金会组织的许多战略会议上对此进行了讨论，并达成了共识，即理解人类认知的神经基础是神经科学的一个普遍目标，应该成为中国脑计划的核心支柱。此外，中国还应利用自己的资源和研究能力来满足当前的社会需求。严重脑部疾病日益加重的社会负担需要发展新的预防、诊断和治疗方法。在新的大数据时代，人工智能（AI）的研究日益重要。中国脑计划项目的“一体两翼”方案因此形成。

中国脑计划：一体两翼

人类认知的神经基础

理解人类的认知过程是理解自然的终极挑战。它不仅需要描述不同层次的认知现象，从行为到神经系统到神经环路，再到细胞和分子，还需要对不同层次现象之间因果联系的机制进行理解。由于脑成像技术和分子细胞生物学的迅速发展，在宏观和微观层面上对大脑的理解已取得了很大进展。然而，在介观层面上，我们的认识存在着巨大的差距。我们很少知道神经环路是如何从不同脑区的特定类型的神经元聚集起来的，以及特定的神经环路是如何在认知过程和行为中发挥其信号处理功能的。对大脑介观层次的理解，必须确定所有神经元的类型。近年来，单细胞RNA测序技术的发展，加快了细胞类型识别的步伐，即根据不同的蛋白质表达谱对神经元进行分类。根据日本脑计划项目对猕猴的研究重点，中国脑计划项目对猕猴的认知研究具有重要意义，介观结构和功能定位的猕猴神经回路需要通过单细胞RNAseq和单神经元连接体分析进行细胞类型识别。

脑部疾病的早期诊断与干预

据估计，目前中国13亿人口中约有1/5患有慢性神经精神疾病或神经退行性疾病。中国脑计划的目的是研究脑部疾病的致病机制，并制定有效的诊断和治疗方法，这些脑部疾病包括发育障碍（如自闭症和精神发育迟滞）、神经精神疾病（如抑郁和成瘾）和神经退行性疾病（如阿尔茨海默病和帕金森病）。现在迫切需要减少与这些疾病有关的日益增加的社会负担，然而，鉴于目前的治疗大多无效，这就需要在症状出现的前驱阶段进行早期诊断，采取早期干预措施来制止或延缓疾病的进展。早期诊断受益于在分子、细胞和神经环路水平上揭示疾病病理生理学的研究。鉴于大多数脑部疾病常因共同的神经回路损害而表现出重叠症状，因此对特定脑功能的定量分析将为识别高危人群提供宝贵的信息。早期诊断和干预方法的研究需要从健康和高危人群中收集纵向数据。这只能通过科学家、临床医生和公共卫生组织之间的精心组织来实现。在中国，几乎所有的脑部疾病都是世界上最大的患者人群，迫切需要早期诊断和干预。随着生活水平的提高、公共卫生体系的不断完善、政府对全民医疗的坚定承诺，中国脑计划有着良好的条件，能够组织大规模的旨在有效地进行早期诊断和干预的方案。

类脑智能研究

人脑是目前唯一的真正的智能系统，能够以极低的能量消耗来应对不同的认知功能。学习大脑的信息处理机制显然是建立更强大的人工智能的一个很有希望的方法。大脑是进化而成的一个高效能系统，其结构和基本机制可能为未来计算基础设施的设计提供启示。中国脑计划项目旨在更好地了解脑部的多层次机制和原理，并有望促进神经科学家和人工智能研究人员之间的深入和密切合作。认知计算模型和大脑启发的芯片将是智能分支的主要焦点。在过去几十年里，人工智能取得了显著成就，包括最近的深度学习模式，均部分地受到神经科学的启发。中国脑计划项目将把重点放在开发认知机器人，将其作为整合大脑的计算模型和设备平台。目标是建立与人类高度互动并在不确定环境中有适当反应的智能机器人，具备通过互动学习解决各种问题的技能，以及传递和推广从不同任务获得的知识的能力，甚至与其他机器人分享所学知识。

总结

完全了解人脑的结构和功能是神经科学的一个有吸引力但却很遥远的目标。然而，神经科学对大脑的有限认识对于解决我们社会面临的一些紧迫问题已经是很有帮助的。中国脑计划的目标是在基础和应用神经科学之间取得平衡，在这一平衡中，一些科学家探求大脑的秘密，而其他人可能会应用已有的知识来预防和治疗脑部疾病，以及开发类脑智能技术。

参考文献

Poo MM, Du JL, et al. China Brain Project: Basic Neuroscience, Brain Diseases, and Brain-Inspired Computing. Neuron. 2016 Nov 2;92(3):591-596.

转自：神经调控