中國腦科學的十年行旅_風聞
脑极体-脑极体官方账号-从技术协同到产业革命，从智能密钥到已知尽头2021-04-22 22:31
有許多讀者朋友，都是通過“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，在為大家提供人工智能的技術解析與產業觀察時，我們也始終無法忽視，當前人工智能蔚為大觀的火熱局勢下，埋藏着的隱憂。
AI功耗大、依賴數據、通用性低等現實問題，歸根結底是由於在仿真大腦上還有相當大的侷限。依靠深度神經網絡的算法與真實的大腦神經系統相距甚遠，AI自然也就無法接近人的能力。而近年來走紅的無監督學習、遷移學習、強化學習等等新技術趨勢，無不是在加強機器對大腦神經運動邏輯的模仿。
解開大腦之謎，是推動AI走向強人工智能的、必不可少的創新之源。而理想與現實之間的落差，也加速了腦科學研究、類腦智能等技術的蓬勃發展。
美國在1989年就率先推出了全國性的腦科學計劃，1991年“歐洲腦十年”計劃上線，1996年日本也制定了為期20年的“腦科學時代”計劃。而我國於1997年5月才召開了第一次以跨世紀腦科學為主題的科學討論會。
在這樣一場解鎖未來價值的科技競速中，中國腦科學研究者們是如何披星戴月、奮起直追的？當下在全世界又處於什麼水平，錨定了哪些研究方向？
我們想，也是時候，把這段故事講與諸公聽。
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先回答一個疑問，作為普通人，我們有必要關注腦科學的進展嗎？
宇宙和大腦，可能是需要人類路漫漫其修遠、不斷上下而求索的兩大終極科學。也許不是每個人都渴望追逐浩瀚深空，但每個人的生活都一定會因為腦科學的點滴突破而變得更好。
腦科學研究之於人類社會的意義，主要體現在以下幾個方面：
1. 腦疾病的診斷和干預
根據世界衞生組織推算，中國神經精神疾病負擔在2020年上升至疾病總負擔的四分之一，成為危害人類健康最嚴重、社會負擔最重的疾病。目前科學界對重大腦疾病的病因仍不瞭解，治療的措施也十分缺乏，腦科學研究將對開發新的神經精神藥物、降低腦疾病發病率，做出重要支撐。
2.強人工智能的突破契機
人工智能發展取得了巨大的成就，帶動這一輪人工智能浪潮的深度神經網絡就是抓住了人腦在腦區尺度進行層次化信息處理的機制而實現的，但總的來説，距離實現人類水平智能的目標仍然有很大的距離。腦科學研究進展，將為人工智能增加新的突破契機。
目前已經有大量智能機器人走進了人類社會，歐盟SPARC啓動了全球最大的民用機器人研發計劃，軟銀集團的孫正義提出2050年機器人拯救日本經濟，我國人口紅利的消失也迫切需要發展各種智能機器人。而目前的智能系統在感知、認知、控制等多方面存在的瓶頸，都可以對應於大腦功能，比如機器人依賴的傳感器、驅動器可以對應脊髓和各種末梢神經。
工業製造等領域可以從腦科學的融合與借鑑中得到巨大技術紅利，支撐國家經濟高速發展。
毫不誇張地説，無論是強化基礎研究，推動科學技術的進步，還是創造新興產業，尋找新的經濟增長點，腦科學都是本世紀的關鍵科技之一。
然而迄今為止，有關大腦認知以及智力形成等機制依然沒有取得根本性的突破，腦科學依舊是最富挑戰性的重大科學問題之一。這也直接導致國際競爭博弈日趨激烈。
目前，美國是腦科學研究投入最高的國家，歐盟是腦科學研究的主力，日本也佔有重要地位，中國也將其列為不容錯失的戰略高地。我國“十四五”規劃已將“腦科學與類腦研究”列入了科技前沿領域攻關項目之一。
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隨着各國腦計劃的實施，腦科學領域也進入了前所未有的高速發展期，湧現了一批顛覆性理論和革命性技術成果。
那麼，引無數英雄競折腰的腦科學研究，到底都在哪些方向上發力呢？
用最簡單的方式理解，其實腦科學研究主要就做三件事：“認識腦”（understanding the brain）”、“保護腦（protecting the brain）”及“創造腦（creating the brain）”。
具體到當下技術階段，三大方向也進一步聚焦在：洞察腦認知的神經原理、人腦重大疾病診斷與治療，以及發展以人工智能為導向的類腦智能——也就是中國腦科學“一體兩翼”的研究佈局。
但這樣似乎距離真實生活還是有一點遙遠，我們不妨將目光投擲到當下，看看今天中國的腦科學研究者們都在做些什麼？
比如中國科學技術大學薛天團隊的最新研究成果，首次詮釋了光在白晝和夜晚截然相反的情緒作用的內在機理，夜間光干擾（城市照明或手機、電腦等電子設備的使用）導致抑鬱等負性情緒的機理，對於現代人的生活、生理健康帶來了直接的指導意義。
2019年，北京師範大學IDG/麥戈文腦研究所的認知神經科學與學習國家重點實驗室，就將計算建模與腦功能磁共振成像相結合，破譯了催產素（一種九氨基酸神經肽）影響個體社會決策的計算神經機制，被國際同行評價為“對很多關於人類社會性的重要突出問題具有重要意義”。
2020開年，北京大學-IDG/麥戈文腦科學研究院PI、北京大學心理與認知科學學院周曉林教授課題組就發表了兩篇論文，在世界上首次揭示了在真實羣體互動中個體產生所謂的“集體內疚”時的神經活動模式，在內疚情緒產生的認知神經基礎上取得了重要突破。
其次，腦科學的突破也為其他科技領域的創新提供了助益。
比如北京大學心理與認知科學學院、北京大學- IDG/麥戈文腦科學研究院，揭示了多特徵注意加工的神經機制，首次發現了特徵空間中的“節律性探照燈”。
舉個例子，籃球運動員在準備傳球時，大腦會同時注意到多個視覺特徵，包括己方隊員和對方隊員的運動方向，並基於此做出傳球路線的最優決策。
人腦在複雜的視覺情境下對目標特徵的感知會變得更加敏鋭，解開了這一神經元機制的奧秘，對於人類更好地開展兒童教育、發展更聰敏的智能機器人等，都有極大啓發。
比如由中國科學院腦科學與智能技術卓越中心（神經科學研究所）等，以斑馬魚為模型，發現了大腦血管三維網絡的形成機制。來自清華-IDG/麥戈文腦科學研究院的魯白教授和郭煒博士課題組，則報道了一種針對神經退行性疾病的新策略，並研發了一款原創抗體藥，嘗試治療最具挑戰的人類疾病：阿爾茨海默病(AD)。
揭示腦的奧秘一直被認為是生命科學研究的"終極疆域"，從中國腦科學研究人員的創新徵程中，不難發現，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。
中國腦科學諸多“世界首次”的關鍵突破，也是不斷抵達極限的過程。
十年蹤跡十年心：點亮中國基礎科學的路標
今天中國腦科學界的諸多成果，有着絲毫不遜色於發達國家的水平。但可能很少有人想到，昔日的中國腦科學研究是怎樣的光景。
讓我們將時間軸向前推移，會發現在十多年前，中國腦科學研究之路，可謂是篳路藍縷、以啓山林。
美國腦科學成果論文在1973年就超過了2000篇，而中國論文數量從2008年才開始超過2000篇，晚了35年進入快速發展階段，更需要中國腦科學研究者加速追趕、縮小差距。
可是問題又來了，腦科學的突破很大程度建立在納米、生物、信息和認知等多學科交叉和新技術產生的基礎上，複雜課題需要不菲的資金投入。以日本的“腦科學時代”為例，總投資預算在2萬億日元，是該國“超級鋼材料開發計劃”的10倍。
反觀新千年之際的中國腦科學領域，受學科積累、經費、硬件等諸多限制，1994年中國神經科學學會第一屆學術會議召開時，到會人數僅500名左右。許多重要分支如發育神經生物學更是近乎空白，當時一些新興技術如分子生物學、PET成像法等都未能開展。
怎麼辦？只有硬着頭皮、惡補功課。
許多社會力量也加入進來，一起助力腦科學基礎研究，比如前文中提到的清華-IDG/麥戈文腦科學研究院，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後加入，如今該研究院已經擁有近20個獨立實驗室，搭建起了一支多學科的學術隊伍，展開深入的、開創性的研究。除清華大學外，IDG資本還捐建了北京大學和北京師範大學麥戈文腦科學研究院。十年間，IDG資本已累計為三所高校的腦科學研究捐贈了2億人民幣。
此外，要快速追趕上國際一流水平，還需要擴寬我國科學家的國際視野，積極參與國際腦科學計劃、國際大腦研究組織相關工作，提升國際影響力。
加強國際合作，除了需要中國走出去，來自海外組織的援手也起到了關鍵作用。比如在IDG資本的推動下，清華大學生命科學與醫學研究院就在2008年與麻省理工學院麥戈文人腦研究院簽署合作協議，在教師與學生交換、合作科研項目、信息與學術出版交流等方面進行合作。也多次資助清華大學、北京大學、北京師範大學等院校，定期舉辦腦科學研究的學術報告會和學術論壇，疫情爆發前還會採取互訪的形式加強科研人員的實地交流，加速中國腦科學隊伍的成長。
瞭解之後我發現，對於中國科技的支持，原來早就刻進了IDG資本的DNA。
2000年的時候，IDG董事長麥戈文先生就在母校麻省理工學院建立了麥戈文腦科學研究院。此後，他一直希望在亞洲開展腦科學的捐贈計劃，早在2006年，IDG創始人兼董事長麥戈文先生及夫人就專程到清華訪問。2011年，在清華成立100週年之際成立了清華-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議，各建設了IDG/麥戈文腦科學研究院。來自IDG資本的灌溉，讓那個中國腦科學相對荒蕪的歲月，開始在這片土地上生根發芽。
在硬件領域孵化出了小米、科沃斯、蔚來汽車等科技企業，與富士康共同成立了智能出行基金，投資自動駕駛、電池新能源等創業公司。在被大眾所熟知的“卡脖子”領域半導體，IDG資本也先後投資了中國的設備製造商中微半導體、芯片企業華燦光電等等。隨着十四五計劃而變得炙手可熱的碳中和領域，早在2007年就被IDG資本列入了投資版圖，先後投資了愛旭股份、鈞石能源、昆蘭新能源和天華太陽能等能源行業領先企業。
可以發現，IDG資本的視野並不侷限於短期商業收益，血液裏的“技術基因”讓它更注重對中國科技的長期價值投資，在這一過程中也助力中國產業更快實現技術創新與自立自強。
可以説，IDG資本與中國科技之間，是一場穿越了時間和代際的守望與承諾。
比起前輩們所處的時代，今天我們常常會感到一種幸運，中國正走在科技強國的路上，硬科技的“黃金十年”才剛剛開啓，新的希望與機遇都在醖釀。
恩格斯曾將“思維着的精神”比作“地球上最美的花朵”，如果説腦科學研究是人類擷花采蜜的過程，那麼或許幸運的背後，是因為在這條漫漫長路上，科研工作者們並不是齲齲獨行，而是有無數雙目光，也凝視着同一個方向；有無數個臂膀，願意在背後為他們撐起放飛想象力的蒼穹。