蒲慕明:從實用出發做腦科學

文章来源:瞭望 扈永顺  |  发布时间:2021-02-20  |  【打印】 【關閉

  

  我們的科學研究應從實用出發,率先解決世界(尤其是第三世界國家)面臨的重大問題。如傳染病、慢性病、氣候變遷、環境汙染等,這會帶來跟西方不一樣的科學發展走向。 

    在某一領域的新技術沒有突破之前,我們需要做“探險家”。探險總會看到新天地,新天地就是新領域,是從0到1的新發現,之後這些“探險家”就可以做“導遊”,可以帶著別人在這一領域做科研,並成長爲新領域的領軍科學家。 

    在非人靈長類動物基因編輯和克隆方面,中國以“黑馬”的姿態領先,但要成爲神經科學領域的領跑者,必須要有不斷産生重大突破的持續創新力,要有更多科研無人區的“探險家”。 

  腦科學被看作自然科學研究的“最後疆域”。當前主要科技大國都高度重視腦科學研究,美國、歐盟國家、日本等國相繼啓動腦科學研究計劃,並發起成立國際大腦聯盟。

  我國也有自己的腦科學計劃,並在2016年將腦科學與類腦研究納入科技創新2030-重大項目,搶占腦科學前沿研究制高點。《中共中央關于制定國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和二〇三五年遠景目標的建議》明確提出,瞄准人工智能、量子信息、集成電路、生命健康、腦科學、生物育種、空天科技、深地深海等前沿領域,實施一批具有前瞻性、戰略性的國家重大科技項目。

  中科院院士、中科院腦科學與智能技術卓越創新中心學術主任蒲慕明是中國腦科學領域領軍人物,他帶領團隊取得一系列開創性成果:在上海創建中科院神經科學研究所(下稱神經所),構建出世界首個非人靈長類自閉症模型,參與籌劃中國腦計劃並發起全腦介觀神經聯接圖譜國際大科學計劃,誕生世界上第一個體細胞克隆猴、進一步鞏固中國科學家在非人靈長類動物模型研制中的主導地位。

  近日,蒲慕明接受《瞭望》新聞周刊專訪,講述中國在腦科學研究領域的戰略布局。

    從實用出發 是中國將來科學發展的重要方向 

    《瞭望》:中國腦計劃是如何布局的?

    蒲慕明:人腦因其複雜性被很多人稱爲是“內在的宇宙”,腦科學已成爲科學前沿的必爭之地。過去幾年裏,全世界掀起腦科學研究浪潮,歐美、日本都發起了國家腦科學計劃,中國也有一個腦科學計劃,並已形成非常明確的發展藍圖。

  中國腦科學計劃是一個“一體兩翼”的結構。“一體”指研究腦認知的神經原理爲基礎,理解人類大腦認知功能是怎麽來的。而想要理解人的大腦,必須知道它的結構,有什麽樣的規則,怎樣處理信息,因此又需要在介觀層面(有細胞分辨度)繪制全腦的神經聯接圖譜。

  “兩翼”指的是對腦科學基礎研究的應用。其中一翼,是研發重大腦疾病的診斷和治療方法。目前,不管是幼兒的自閉症,還是成年人的抑郁症、老年人的帕金森病和阿爾茨海默病,各種腦疾病的社會負擔都非常沈重,而且絕大多數腦疾病尚沒有有效治療方法,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研究來推動新一代人工智能技術的發展。現在的人工智能是專用人工智能,比如做人臉識別、語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。但是我們人腦是通用的,人腦可以做各式各樣的事情。所以我們要研發新一代人工智能,就要從腦科學得到啓發,把專用人工智能變成通用人工智能,即類腦人工智能。

   《瞭望》:爲什麽要從實用出發做腦科學?

    蒲慕明:我們當初建立神經所的目的就是要打造一個基礎研究的園區,科學家能夠在這裏自由探索。我們做了二十年,取得不錯的成績,也在國際一流學術期刊發表了一些論文,國際科學界也都知道上海有一個神經所。

  但在過去十年,我的想法有了一些變化——我認爲,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足社會需求。

  腦科學現在有很多社會任務,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。隨著壽命越來越長,90歲以上的老年人越來越多,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,這些社會需求都是腦科學基礎研究的出口。

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

  科学研究要从实用出发,这也是中國將來科學發展的重要方向。我认为,中国科学将来的发展方向不是跟西方并跑,也不是走同样的路。西方科学很发达,历年诺贝尔生理学或医学奖中大约三分之一是跟神经科学相关的,但是为什么重大脑疾病没有一个得到解决?在我看来,这是因为自由探索仅是做出了新发现,许多科学家并没有努力去针对社会需求作出直接贡献。

  我們的科學研究應從實用出發,率先解決世界尤其是第三世界國家面臨的重大問題。如傳染病、慢性病、氣候變遷、環境汙染等,這也會帶來跟西方不一樣的科學發展走向。

   建成世界科技創新強國 應該在一些領先科技領域主導一些國際大科學計劃 

    《瞭望》:全腦介觀神經聯接圖譜國際大科學計劃是一個什麽樣的計劃?

    蒲慕明:無論是抑郁症、自閉症等腦疾病研究還是開發人工智能,都必須充分認識大腦。好比你要解析計算機的工作原理,一定要把裏面的芯片和線路連接搞清楚,才能知道它是怎麽處理信息的。

  介觀神經聯接圖譜是相對宏觀腦圖譜來說的。所謂宏觀腦圖譜,就是我們在醫院裏使用的、通過核磁成像解析大腦結構,能看到哪個腦區跟哪個腦區之間有神經束聯接,但是核磁成像所看到的神經束包含了成千上萬的神經纖維,我們分不清楚神經聯接的走向以及細胞種類,所以很難在介觀層面來理解大腦的工作原理。

  介觀神經聯接圖譜就是要在細胞層面把神經細胞的聯接繪制出來,等于說我們要繪制大腦的地圖。我們將使用最接近人類的非人靈長類動物模型,在單細胞分辨率上繪制具有神經元類型特異性的全腦聯結圖譜。

  但這是一個非常宏大的計劃,需要集中全球相關腦科學家共同攻關。經過長期醞釀,我和中科院院士、海南大學校長駱清銘共同發起全腦介觀神經聯接圖譜國際大科學計劃。這一大科學計劃面向世界科學前沿,爲解析高級認知功能的神經環路原理提供必要的支撐;面向人民生命健康,爲重大腦疾病的診斷和治療提供精確的神經環路靶點;面向經濟主戰場,爲類腦計算和腦機智能技術提供創新架構和模擬的基礎。

  2020年9月,我們在上海召開這一大科學計劃的國內前期工作啓動會,明確了該計劃的推進路徑,宣布中國工作組的成立,並就該計劃的具體實施思路和舉措進行研討。我們將依托上海市腦科學與類腦研究中心和松江G60腦智科創基地,采取聯合攻關、逐步推進的方式實施,積極吸引國際團隊開展合作。力爭在2025年完成小鼠、2035年完成猕猴的全腦介觀神經聯接圖譜繪制。

   《瞭望》:我國爲何能發起這樣一個國際大科學計劃? 

    蒲慕明:國際大科學計劃發起方必須是一個在該領域科技實力領先的國家,其他國家科學家也願意參與、合作完成這一大科學計劃。此前我國已經參與了一些國際大科學計劃,比如說國際熱核聚變實驗堆(ITER)計劃。

  我国要想在2050年建成世界科技创新强国,應該在一些領先科技領域主導一些國際大科學計劃。在脑科学研究领域,虽然我们体量不大,但我们现在的大脑神经联接图谱绘制技术已是国际领先,做脑图谱的时候要通过基因操作标记这些神经元,这也是我国的优势领域。

  我們還有世界領先的基因編輯猴和克隆猴技術。以前很多藥物研發是以小鼠作爲動物模型的,但在腦疾病的藥物研發中,人類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效或有不可接受的副作用。

  非人靈長類動物可能是研究人類腦疾病的最優模型,我國在該領域具有明顯優勢。2018年末,世界首個體細胞克隆猴“中中”和其妹妹“華華”的誕生,實現了我國在非人靈長類動物研究領域由國際“並跑”到“領跑”的轉變;一年後,首批生物節律紊亂體細胞克隆猴面世,開啓了批量化、標准化創建疾病克隆猴模型的新時代。

  體細胞克隆猴以及基于體細胞克隆猴的疾病模型的創建,好處在于猴的基因背景一樣,在做藥物篩選時不會受到遺傳背景的幹擾,這將有效縮短藥物研發周期,提高藥物研發成功率,使我國率先發展出基于非人靈長類疾病動物模型的全新醫藥研發産業鏈,促進針對阿爾茨海默病、自閉症等腦疾病,以及免疫缺陷、腫瘤、代謝性疾病的新藥研發進程。

  我國擁有基因編輯猴與克隆猴技術,將率先開啓以猕猴作爲實驗動物模型的時代,這一突破也真正實現了我國在生命科學特定領域的領先地位,實際上這也是我們能夠發起這一國際大科學計劃的重要支撐。

   成爲領跑者 就要有更多科研無人區的“探險家”  

    《瞭望》:你曾說在開拓到科研無人區的時候,要做“探險家”和“導遊”,而不是做“遊客”。怎麽理解?

  蒲慕明:在某一領域的新技術沒有突破之前,我們需要做“探險家”。探險總會看到新天地,新天地就是新領域,是從0到1的新發現,之後這些“探險家”就可以做“導遊”了,可以帶著別人在這一領域做科研,並成長爲新領域的領軍科學家。目前,很多科學領域的“導遊”都是國外科學家,他們帶著我們做某些領域的工作,我們都是“遊客”。

  在非人靈長類動物基因編輯和克隆方面,中國以“黑馬”的姿態領先,但要成爲神經科學領域的領跑者,必須要有不斷産生重大突破的持續創新力,要有更多科研無人區的“探險家”,做出更多創新的東西,爭取當上“導遊”。

  我們要有“探險家”。探險不見得能成功,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,可以發現很多年輕面孔。

  神經所在培養年輕科學家方面進行了一些探索,主要是給年輕人創造良好環境,讓他們能夠安心科研。此前,一個博士生從畢業到成爲研究員,每一個晉升都要有評審,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展前途。

   《瞭望》:你對年輕科研人員成長有何建議?

   蒲慕明:現在很多年輕人都說幹事創業要遵循自己的興趣,但興趣是怎麽來的?通常就是因爲你在做第一件事時獲得成功。之後,興趣越來越高,也建立了信心,就越來越肯鑽研並爲之付出。

  科研領域也是同樣道理。你要真正對科研有興趣,興趣來源是你要做成功、要有成就。所以,早期成就對年輕人很重要。這個早期成就,並不是說第一步就要達到多大成就,而是說做科研一定要專注,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。