謎一樣的大腦世界

對于大腦的探究是人類亙古以來的話題，過去數(shù)年間國際腦科學(xué)研究蓬勃發(fā)展，我國的腦計(jì)劃也即將啟航。中國獨(dú)特的歷史文化積淀、科學(xué)家只爭朝夕不負(fù)韶華的干勁、從科研到臨床的巨大社會需求，都將有可能助力這個領(lǐng)域取得顛覆性進(jìn)展，推動腦科學(xué)研究進(jìn)入輝煌的10年。在期待波瀾壯闊的畫卷徐徐展開時(shí)，我們在春暖花開之際一起凝神靜思，遠(yuǎn)眺前路。

大腦是如此神秘，有人把它比作銀河，或許比銀河更加復(fù)雜和壯美。100多億神經(jīng)元分布在僅僅1.4立方分米的立體結(jié)構(gòu)內(nèi)，每個神經(jīng)元上又有百余種離子通道，而神經(jīng)元與神經(jīng)元之間又通過幾十種神經(jīng)遞質(zhì)傳遞著信息。大腦內(nèi)部任何兩個神經(jīng)元或許都可以間接地發(fā)生聯(lián)系，正是因?yàn)檫@樣的聯(lián)結(jié)，使得從精細(xì)微妙的神經(jīng)遞質(zhì)活動，到難以捉摸的一顰一笑，都在這一個有限的空間內(nèi)、在一瞬間發(fā)生；使得在短短的10余年內(nèi)，一個嬰兒幾乎空白的大腦成長為一個具有獨(dú)立思考能力的大腦；使得個體具備了從信息學(xué)習(xí)與處理到思考、創(chuàng)造、情感的特質(zhì)，在確定與不確定交織的成長過程中，創(chuàng)造了這個充滿喜怒哀樂的多彩世界。

最近十余年科技的進(jìn)步使得探索大腦的能力極大提升，高性能計(jì)算、大數(shù)據(jù)分析、人工智能算法、類腦智能芯片、數(shù)學(xué)建模研究方法都被應(yīng)用到腦科學(xué)研究中，研究成果五彩斑斕，各種概念紛至沓來。先進(jìn)技術(shù)給我們帶來了許多潛在突破的可能性，但在某種程度上所有的技術(shù)應(yīng)用都是對復(fù)雜大腦功能的一個近似，是對大腦信息處理功能、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)組成粗略的近似。以技術(shù)為驅(qū)動、以物理描述為類比的研究，有可能會讓我們停留在山腰的一個營地里欣賞風(fēng)景；而以理論與問題為出發(fā)點(diǎn)和目標(biāo)的研究往往是在沒有路的山上摸索，或許一籌莫展，或許柳暗花明處奇峰突起。而思考研究與探索大腦的初心，將更好地幫助我們在科技極速發(fā)展的時(shí)代把握機(jī)遇。

闡明大腦的復(fù)雜性是首要的任務(wù)，而復(fù)雜的大腦結(jié)構(gòu)與功能或許提示我們不應(yīng)該僅僅將現(xiàn)有的理論方法應(yīng)用在大腦研究中，而更應(yīng)該針對大腦的這一獨(dú)特現(xiàn)象發(fā)展新的研究理論，就像對物體運(yùn)動如何影響光學(xué)現(xiàn)象的研究最終推動了相對論的提出，大腦從微觀到宏觀的多層次功能及結(jié)構(gòu)聯(lián)結(jié)的特點(diǎn)亦需要新的理論來解釋。在探索新理論的過程中，我們不可避免地進(jìn)入到具體的、細(xì)節(jié)的探究上，要不停地從具象的研究中抽離出來，思考問題的起點(diǎn)是什么，在這樣的反復(fù)探尋中前進(jìn)。

對大腦的研究亦是對我們?nèi)松慕K極探索，從眼耳鼻舌身的感知覺到記憶、性格、習(xí)慣和觀念的形成，再到情感的瞬息萬變，乃至意識的形成，決定了我們生命的狀態(tài)。而如何看待我們?nèi)松乃崽鹂嗬薄⑸喜∷?，我們在這個世界存在的意義，是每個人腦中持續(xù)思索的問題，還是終極一生在追尋的答案。

腦研究終將對社會作出巨大貢獻(xiàn)。腦功能異常貫穿了全生命周期，嬰兒的發(fā)育異常會導(dǎo)致自閉癥、多動癥等疾病，青少年的焦慮，中年的心腦血管疾病，到老年的阿爾茨海默病等，都是影響生命質(zhì)量的醫(yī)學(xué)難題。解決這些難題，更加需要多學(xué)科的合作，以及長期的堅(jiān)持。對青年科學(xué)家的培養(yǎng)，尤其是吸引青少年加入到探索大腦的隊(duì)伍中，將給腦科學(xué)研究的未來積累生力軍。

我們不知道未來的突破何時(shí)到來，但確定會面臨許多的失敗。在走向成功以前，如果我們準(zhǔn)備好了如何面對即將到來的失敗，我們就會更加堅(jiān)定地向目標(biāo)前進(jìn)，去迎接激動人心的突破時(shí)刻。

（作者系復(fù)旦大學(xué)類腦智能科學(xué)與技術(shù)研究院副院長。這是作者為《世界科學(xué)》雜志2020年第4期撰寫的卷首語?！妒澜缈茖W(xué)》授權(quán)本報(bào)刊登）