蒲慕明:從實(shí)用出發(fā)做腦科學(xué)

文章來(lái)源:瞭望 扈永順  |  發(fā)布時(shí)間:2021-02-20  |  【打印】 【關(guān)閉

  

  我們的科學(xué)研究應從實(shí)用出發(fā),率先解決世界(尤其是第三世界國家)面臨的重大問(wèn)題。如傳染病、慢性病、氣候變遷、環(huán)境污染等,這會(huì )帶來(lái)跟西方不一樣的科學(xué)發(fā)展走向。 

    在某一領(lǐng)域的新技術(shù)沒(méi)有突破之前,我們需要做“探險家”。探險總會(huì )看到新天地,新天地就是新領(lǐng)域,是從0到1的新發(fā)現,之后這些“探險家”就可以做“導游”,可以帶著(zhù)別人在這一領(lǐng)域做科研,并成長(cháng)為新領(lǐng)域的領(lǐng)軍科學(xué)家。 

    在非人靈長(cháng)類(lèi)動(dòng)物基因編輯和克隆方面,中國以“黑馬”的姿態(tài)領(lǐng)先,但要成為神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的領(lǐng)跑者,必須要有不斷產(chǎn)生重大突破的持續創(chuàng )新力,要有更多科研無(wú)人區的“探險家”。 

  腦科學(xué)被看作自然科學(xué)研究的“最后疆域”。當前主要科技大國都高度重視腦科學(xué)研究,美國、歐盟國家、日本等國相繼啟動(dòng)腦科學(xué)研究計劃,并發(fā)起成立國際大腦聯(lián)盟。

  我國也有自己的腦科學(xué)計劃,并在2016年將腦科學(xué)與類(lèi)腦研究納入科技創(chuàng )新2030-重大項目,搶占腦科學(xué)前沿研究制高點(diǎn)?!吨泄仓醒腙P(guān)于制定國民經(jīng)濟和社會(huì )發(fā)展第十四個(gè)五年規劃和二〇三五年遠景目標的建議》明確提出,瞄準人工智能、量子信息、集成電路、生命健康、腦科學(xué)、生物育種、空天科技、深地深海等前沿領(lǐng)域,實(shí)施一批具有前瞻性、戰略性的國家重大科技項目。

  中科院院士、中科院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng )新中心學(xué)術(shù)主任蒲慕明是中國腦科學(xué)領(lǐng)域領(lǐng)軍人物,他帶領(lǐng)團隊取得一系列開(kāi)創(chuàng )性成果:在上海創(chuàng )建中科院神經(jīng)科學(xué)研究所(下稱(chēng)神經(jīng)所),構建出世界首個(gè)非人靈長(cháng)類(lèi)自閉癥模型,參與籌劃中國腦計劃并發(fā)起全腦介觀(guān)神經(jīng)聯(lián)接圖譜國際大科學(xué)計劃,誕生世界上第一個(gè)體細胞克隆猴、進(jìn)一步鞏固中國科學(xué)家在非人靈長(cháng)類(lèi)動(dòng)物模型研制中的主導地位。

  近日,蒲慕明接受《瞭望》新聞周刊專(zhuān)訪(fǎng),講述中國在腦科學(xué)研究領(lǐng)域的戰略布局。

    從實(shí)用出發(fā) 是中國將來(lái)科學(xué)發(fā)展的重要方向 

    《瞭望》:中國腦計劃是如何布局的?

    蒲慕明:人腦因其復雜性被很多人稱(chēng)為是“內在的宇宙”,腦科學(xué)已成為科學(xué)前沿的必爭之地。過(guò)去幾年里,全世界掀起腦科學(xué)研究浪潮,歐美、日本都發(fā)起了國家腦科學(xué)計劃,中國也有一個(gè)腦科學(xué)計劃,并已形成非常明確的發(fā)展藍圖。

  中國腦科學(xué)計劃是一個(gè)“一體兩翼”的結構?!耙惑w”指研究腦認知的神經(jīng)原理為基礎,理解人類(lèi)大腦認知功能是怎么來(lái)的。而想要理解人的大腦,必須知道它的結構,有什么樣的規則,怎樣處理信息,因此又需要在介觀(guān)層面(有細胞分辨度)繪制全腦的神經(jīng)聯(lián)接圖譜。

  “兩翼”指的是對腦科學(xué)基礎研究的應用。其中一翼,是研發(fā)重大腦疾病的診斷和治療方法。目前,不管是幼兒的自閉癥,還是成年人的抑郁癥、老年人的帕金森病和阿爾茨海默病,各種腦疾病的社會(huì )負擔都非常沉重,而且絕大多數腦疾病尚沒(méi)有有效治療方法,亟需在診斷和治療上有所突破。

  另一翼則是如何利用腦科學(xué)研究來(lái)推動(dòng)新一代人工智能技術(shù)的發(fā)展?,F在的人工智能是專(zhuān)用人工智能,比如做人臉識別、語(yǔ)音識別等的人工智能,這些人工智能都只能做一種特定任務(wù)。但是我們人腦是通用的,人腦可以做各式各樣的事情。所以我們要研發(fā)新一代人工智能,就要從腦科學(xué)得到啟發(fā),把專(zhuān)用人工智能變成通用人工智能,即類(lèi)腦人工智能。

   《瞭望》:為什么要從實(shí)用出發(fā)做腦科學(xué)?

    蒲慕明:我們當初建立神經(jīng)所的目的就是要打造一個(gè)基礎研究的園區,科學(xué)家能夠在這里自由探索。我們做了二十年,取得不錯的成績(jì),也在國際一流學(xué)術(shù)期刊發(fā)表了一些論文,國際科學(xué)界也都知道上海有一個(gè)神經(jīng)所。

  但在過(guò)去十年,我的想法有了一些變化——我認為,在我們國家自由探索的科研是需要的,但是不夠,我們的自由探索還要能夠充分滿(mǎn)足社會(huì )需求。

  腦科學(xué)現在有很多社會(huì )任務(wù),比如腦疾病就是我國乃至全球人口健康正面臨的重大挑戰。隨著(zhù)壽命越來(lái)越長(cháng),90歲以上的老年人越來(lái)越多,但其中三分之一的老人患有阿爾茨海默病,這給家庭、醫療系統等都造成很大負擔,這些社會(huì )需求都是腦科學(xué)基礎研究的出口。

  所以我希望神經(jīng)所也要做出對社會(huì )有貢獻的成果,而不單是純基礎理論的探索。我們需要根據社會(huì )需求,適當調整我們的研究模式。

  科學(xué)研究要從實(shí)用出發(fā),這也是中國將來(lái)科學(xué)發(fā)展的重要方向。我認為,中國科學(xué)將來(lái)的發(fā)展方向不是跟西方并跑,也不是走同樣的路。西方科學(xué)很發(fā)達,歷年諾貝爾生理學(xué)或醫學(xué)獎中大約三分之一是跟神經(jīng)科學(xué)相關(guān)的,但是為什么重大腦疾病沒(méi)有一個(gè)得到解決?在我看來(lái),這是因為自由探索僅是做出了新發(fā)現,許多科學(xué)家并沒(méi)有努力去針對社會(huì )需求作出直接貢獻。

  我們的科學(xué)研究應從實(shí)用出發(fā),率先解決世界尤其是第三世界國家面臨的重大問(wèn)題。如傳染病、慢性病、氣候變遷、環(huán)境污染等,這也會(huì )帶來(lái)跟西方不一樣的科學(xué)發(fā)展走向。

   建成世界科技創(chuàng )新強國 應該在一些領(lǐng)先科技領(lǐng)域主導一些國際大科學(xué)計劃 

    《瞭望》:全腦介觀(guān)神經(jīng)聯(lián)接圖譜國際大科學(xué)計劃是一個(gè)什么樣的計劃?

    蒲慕明:無(wú)論是抑郁癥、自閉癥等腦疾病研究還是開(kāi)發(fā)人工智能,都必須充分認識大腦。好比你要解析計算機的工作原理,一定要把里面的芯片和線(xiàn)路連接搞清楚,才能知道它是怎么處理信息的。

  介觀(guān)神經(jīng)聯(lián)接圖譜是相對宏觀(guān)腦圖譜來(lái)說(shuō)的。所謂宏觀(guān)腦圖譜,就是我們在醫院里使用的、通過(guò)核磁成像解析大腦結構,能看到哪個(gè)腦區跟哪個(gè)腦區之間有神經(jīng)束聯(lián)接,但是核磁成像所看到的神經(jīng)束包含了成千上萬(wàn)的神經(jīng)纖維,我們分不清楚神經(jīng)聯(lián)接的走向以及細胞種類(lèi),所以很難在介觀(guān)層面來(lái)理解大腦的工作原理。

  介觀(guān)神經(jīng)聯(lián)接圖譜就是要在細胞層面把神經(jīng)細胞的聯(lián)接繪制出來(lái),等于說(shuō)我們要繪制大腦的地圖。我們將使用最接近人類(lèi)的非人靈長(cháng)類(lèi)動(dòng)物模型,在單細胞分辨率上繪制具有神經(jīng)元類(lèi)型特異性的全腦聯(lián)結圖譜。

  但這是一個(gè)非常宏大的計劃,需要集中全球相關(guān)腦科學(xué)家共同攻關(guān)。經(jīng)過(guò)長(cháng)期醞釀,我和中科院院士、海南大學(xué)校長(cháng)駱清銘共同發(fā)起全腦介觀(guān)神經(jīng)聯(lián)接圖譜國際大科學(xué)計劃。這一大科學(xué)計劃面向世界科學(xué)前沿,為解析高級認知功能的神經(jīng)環(huán)路原理提供必要的支撐;面向人民生命健康,為重大腦疾病的診斷和治療提供精確的神經(jīng)環(huán)路靶點(diǎn);面向經(jīng)濟主戰場(chǎng),為類(lèi)腦計算和腦機智能技術(shù)提供創(chuàng )新架構和模擬的基礎。

  2020年9月,我們在上海召開(kāi)這一大科學(xué)計劃的國內前期工作啟動(dòng)會(huì ),明確了該計劃的推進(jìn)路徑,宣布中國工作組的成立,并就該計劃的具體實(shí)施思路和舉措進(jìn)行研討。我們將依托上海市腦科學(xué)與類(lèi)腦研究中心和松江G60腦智科創(chuàng )基地,采取聯(lián)合攻關(guān)、逐步推進(jìn)的方式實(shí)施,積極吸引國際團隊開(kāi)展合作。力爭在2025年完成小鼠、2035年完成獼猴的全腦介觀(guān)神經(jīng)聯(lián)接圖譜繪制。

   《瞭望》:我國為何能發(fā)起這樣一個(gè)國際大科學(xué)計劃? 

    蒲慕明:國際大科學(xué)計劃發(fā)起方必須是一個(gè)在該領(lǐng)域科技實(shí)力領(lǐng)先的國家,其他國家科學(xué)家也愿意參與、合作完成這一大科學(xué)計劃。此前我國已經(jīng)參與了一些國際大科學(xué)計劃,比如說(shuō)國際熱核聚變實(shí)驗堆(ITER)計劃。

  我國要想在2050年建成世界科技創(chuàng )新強國,應該在一些領(lǐng)先科技領(lǐng)域主導一些國際大科學(xué)計劃。在腦科學(xué)研究領(lǐng)域,雖然我們體量不大,但我們現在的大腦神經(jīng)聯(lián)接圖譜繪制技術(shù)已是國際領(lǐng)先,做腦圖譜的時(shí)候要通過(guò)基因操作標記這些神經(jīng)元,這也是我國的優(yōu)勢領(lǐng)域。

  我們還有世界領(lǐng)先的基因編輯猴和克隆猴技術(shù)。以前很多藥物研發(fā)是以小鼠作為動(dòng)物模型的,但在腦疾病的藥物研發(fā)中,人類(lèi)大腦跟小鼠大腦差別很大,在小鼠模型上花費巨大資源篩選到的候選藥物用在病人身上大都無(wú)效或有不可接受的副作用。

  非人靈長(cháng)類(lèi)動(dòng)物可能是研究人類(lèi)腦疾病的最優(yōu)模型,我國在該領(lǐng)域具有明顯優(yōu)勢。2018年末,世界首個(gè)體細胞克隆猴“中中”和其妹妹“華華”的誕生,實(shí)現了我國在非人靈長(cháng)類(lèi)動(dòng)物研究領(lǐng)域由國際“并跑”到“領(lǐng)跑”的轉變;一年后,首批生物節律紊亂體細胞克隆猴面世,開(kāi)啟了批量化、標準化創(chuàng )建疾病克隆猴模型的新時(shí)代。

  體細胞克隆猴以及基于體細胞克隆猴的疾病模型的創(chuàng )建,好處在于猴的基因背景一樣,在做藥物篩選時(shí)不會(huì )受到遺傳背景的干擾,這將有效縮短藥物研發(fā)周期,提高藥物研發(fā)成功率,使我國率先發(fā)展出基于非人靈長(cháng)類(lèi)疾病動(dòng)物模型的全新醫藥研發(fā)產(chǎn)業(yè)鏈,促進(jìn)針對阿爾茨海默病、自閉癥等腦疾病,以及免疫缺陷、腫瘤、代謝性疾病的新藥研發(fā)進(jìn)程。

  我國擁有基因編輯猴與克隆猴技術(shù),將率先開(kāi)啟以獼猴作為實(shí)驗動(dòng)物模型的時(shí)代,這一突破也真正實(shí)現了我國在生命科學(xué)特定領(lǐng)域的領(lǐng)先地位,實(shí)際上這也是我們能夠發(fā)起這一國際大科學(xué)計劃的重要支撐。

   成為領(lǐng)跑者 就要有更多科研無(wú)人區的“探險家”  

    《瞭望》:你曾說(shuō)在開(kāi)拓到科研無(wú)人區的時(shí)候,要做“探險家”和“導游”,而不是做“游客”。怎么理解?

  蒲慕明:在某一領(lǐng)域的新技術(shù)沒(méi)有突破之前,我們需要做“探險家”。探險總會(huì )看到新天地,新天地就是新領(lǐng)域,是從0到1的新發(fā)現,之后這些“探險家”就可以做“導游”了,可以帶著(zhù)別人在這一領(lǐng)域做科研,并成長(cháng)為新領(lǐng)域的領(lǐng)軍科學(xué)家。目前,很多科學(xué)領(lǐng)域的“導游”都是國外科學(xué)家,他們帶著(zhù)我們做某些領(lǐng)域的工作,我們都是“游客”。

  在非人靈長(cháng)類(lèi)動(dòng)物基因編輯和克隆方面,中國以“黑馬”的姿態(tài)領(lǐng)先,但要成為神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的領(lǐng)跑者,必須要有不斷產(chǎn)生重大突破的持續創(chuàng )新力,要有更多科研無(wú)人區的“探險家”,做出更多創(chuàng )新的東西,爭取當上“導游”。

  我們要有“探險家”。探險不見(jiàn)得能成功,但是一定要投入、要堅持,要有冒險的膽識。探險常常是年輕人做的,他們初生牛犢不怕虎,有沖勁。在我們的團隊中,可以發(fā)現很多年輕面孔。

  神經(jīng)所在培養年輕科學(xué)家方面進(jìn)行了一些探索,主要是給年輕人創(chuàng )造良好環(huán)境,讓他們能夠安心科研。此前,一個(gè)博士生從畢業(yè)到成為研究員,每一個(gè)晉升都要有評審,我們打破條條框框,不看是否能馬上出論文。只要科研人員努力去探險,不管成功失敗我們都要保證他們有發(fā)展前途。

   《瞭望》:你對年輕科研人員成長(cháng)有何建議?

   蒲慕明:現在很多年輕人都說(shuō)干事創(chuàng )業(yè)要遵循自己的興趣,但興趣是怎么來(lái)的?通常就是因為你在做第一件事時(shí)獲得成功。之后,興趣越來(lái)越高,也建立了信心,就越來(lái)越肯鉆研并為之付出。

  科研領(lǐng)域也是同樣道理。你要真正對科研有興趣,興趣來(lái)源是你要做成功、要有成就。所以,早期成就對年輕人很重要。這個(gè)早期成就,并不是說(shuō)第一步就要達到多大成就,而是說(shuō)做科研一定要專(zhuān)注,要盡自己最大能力把起步的第一件科研工作做成功,不輕易放棄。