走近“中國(guó)腦計(jì)劃”！探秘21世紀(jì)最具挑戰(zhàn)性的科技前沿

我們的大腦，擁有約1000 億個(gè)神經(jīng)元和100 萬(wàn)億個(gè)連接，構(gòu)成了浩如宇宙的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，這是物種演化的奇跡。對(duì)于人腦的探索從未停止過(guò)，近三分之一的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)都與大腦研究有關(guān)，但人類認(rèn)識(shí)了約5%-10%的大腦全貌。許多腦疾病，如阿爾茨海默?。òV呆）、帕金森、抑郁癥、自閉癥等，目前仍缺乏行之有效的預(yù)防與治療手段，由此產(chǎn)生的社會(huì)負(fù)擔(dān)逐年加重，已成為了世界性難題。為了徹底救治這些疾病、也為了攻占神經(jīng)科學(xué)和人工智能科技高地，世界各國(guó)紛紛制定“腦科學(xué)與類腦研究”計(jì)劃。本文將帶您一起走近“腦科學(xué)與類腦研究”的旖旎世界。

● 什么是腦科學(xué)、類腦研究

腦科學(xué)，又稱神經(jīng)科學(xué)，是一門跨學(xué)科的綜合性科學(xué)，旨在研究大腦和神經(jīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能，以及研究認(rèn)知、意識(shí)與智能的本質(zhì)與規(guī)律。腦科學(xué)不僅是理解我們自身思維、情感和行為的關(guān)鍵，也是推動(dòng)人工智能、神經(jīng)疾病治療等領(lǐng)域發(fā)展的核心力量。

類腦研究，或稱為神經(jīng)擬態(tài)計(jì)算，是腦科學(xué)與工程領(lǐng)域交叉的新興分支，旨在通過(guò)硬件和軟件相結(jié)合的方式，模擬大腦的結(jié)構(gòu)和功能，構(gòu)建出類似大腦的網(wǎng)絡(luò)模型，實(shí)現(xiàn)更高效、更智能的信息處理。簡(jiǎn)單說(shuō)，它研究的是如何去“懂腦、仿腦、連腦”，它引領(lǐng)著未來(lái)智能計(jì)算的發(fā)展方向。

● 中國(guó)腦計(jì)劃

我國(guó)瞄準(zhǔn)全球科學(xué)發(fā)展新熱點(diǎn)和科技競(jìng)爭(zhēng)新趨勢(shì)，高度重視腦科學(xué)和類腦智能的戰(zhàn)略布局，早在2005年，《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020)》中對(duì)腦科學(xué)與認(rèn)知科學(xué)研究做了戰(zhàn)略規(guī)劃。2016 年，《中華人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十三個(gè)五年規(guī)劃綱要》將“腦科學(xué)與類腦研究”列為國(guó)家重大科技創(chuàng)新和工程項(xiàng)目。2021年，科技部發(fā)布了《科技創(chuàng)新2030——“腦科學(xué)與類腦研究”重大項(xiàng)目2021 年度項(xiàng)目申報(bào)指南》，外界稱之為“中國(guó)腦計(jì)劃”（CBP），概括為兩個(gè)研究方向：以探索大腦秘密、攻克大腦疾病為導(dǎo)向的腦科學(xué)研究以及以建立和發(fā)展人工智能技術(shù)為導(dǎo)向的類腦研究。相較其他國(guó)家的“腦計(jì)劃”，如美國(guó)BRAIN計(jì)劃、歐盟HBP計(jì)劃、日本Brain/Minds計(jì)劃、加拿大CBRS戰(zhàn)略等，中國(guó)腦計(jì)劃在學(xué)科體系構(gòu)建、科學(xué)目標(biāo)設(shè)置、項(xiàng)目組織實(shí)施、產(chǎn)業(yè)化方向上走出了自己的特色。

● 腦計(jì)劃的成果

腦科學(xué)的研究成果已經(jīng)廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、教育、心理健康、人工智能等多個(gè)領(lǐng)域。在醫(yī)學(xué)方面，腦科學(xué)的進(jìn)步推動(dòng)了神經(jīng)退行性疾?。ㄈ绨柎暮Ｄ　⑴两鹕。┖途窦膊。ㄈ缫钟舭Y、焦慮癥）的早期診斷與治療方法的創(chuàng)新。舉例：1、功能磁共振成像（fMRI）和正電子發(fā)射斷層掃描（PET），實(shí)現(xiàn)了對(duì)大腦活動(dòng)的高精度觀測(cè)，不僅揭示了大腦不同區(qū)域的功能分工，還幫助我們理解了神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)變化。2、經(jīng)顱磁刺激（TMS）和深部腦刺激（DBS）等神經(jīng)調(diào)控技術(shù)被用于治療抑郁癥、焦慮癥和帕金森病等精神神經(jīng)疾病，通過(guò)非侵入性或微創(chuàng)的方式調(diào)節(jié)大腦活動(dòng)，從而改善癥狀。3、全基因組關(guān)聯(lián)研究（GWAS）已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了多個(gè)與阿爾茨海默病、精神分裂癥和自閉癥等精神疾病風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)的基因位點(diǎn)。

類腦研究成果的一些名詞也逐漸被市民知曉，例如：

1、深度學(xué)習(xí)：受大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)啟發(fā)的深度學(xué)習(xí)算法在計(jì)算機(jī)視覺(jué)、語(yǔ)音識(shí)別和自然語(yǔ)言處理等領(lǐng)域取得了突破性進(jìn)展。這些算法通過(guò)模擬神經(jīng)元之間的連接和通信方式，實(shí)現(xiàn)了高效的信息處理和學(xué)習(xí)。

2、神經(jīng)形態(tài)計(jì)算：神經(jīng)形態(tài)計(jì)算是一種模擬大腦神經(jīng)元和突觸的計(jì)算方式，旨在實(shí)現(xiàn)低功耗、高并行性和容錯(cuò)性的計(jì)算系統(tǒng)。近年來(lái)，研究者已經(jīng)開發(fā)出多種神經(jīng)形態(tài)芯片和硬件平臺(tái)，用于處理圖像識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別和機(jī)器人控制等任務(wù)。

3、腦機(jī)接口（BMI）：BMI技術(shù)通過(guò)解碼大腦活動(dòng)信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為機(jī)器指令，實(shí)現(xiàn)了人與外部設(shè)備的直接交互。例如，利用BMI技術(shù)，癱瘓患者可以通過(guò)思考來(lái)控制假肢或電腦光標(biāo)移動(dòng)。

● 身邊的“中國(guó)腦計(jì)劃”

上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院松江研究院成立于2022年7月，由上海市松江區(qū)人民政府和上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院合作共建，段樹民院士擔(dān)任首任院長(zhǎng)，立足上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院“腦科學(xué)研究聯(lián)盟”暨上海市教委“腦認(rèn)知原理解析”創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)在腦功能和腦疾病等領(lǐng)域的研究?jī)?yōu)勢(shì)，以承擔(dān)國(guó)家科技創(chuàng)新2030-“腦科學(xué)與類腦研究”重大項(xiàng)目和共建上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬松江醫(yī)院為契機(jī)，對(duì)接交大醫(yī)學(xué)院“雙一流”建設(shè)和交通大學(xué)“大健康”戰(zhàn)略，切實(shí)促進(jìn)腦科學(xué)與基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)等優(yōu)勢(shì)學(xué)科的深度融合，打造上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院腦科學(xué)計(jì)劃 2.0 版。同時(shí)，研究院聯(lián)動(dòng)G60科創(chuàng)走廊生物醫(yī)藥、腦智科創(chuàng)產(chǎn)業(yè)群優(yōu)質(zhì)資源，主攻“三腦”（發(fā)育腦、精神腦、退變腦），結(jié)合神經(jīng)免疫、神經(jīng)代謝和神經(jīng)腫瘤等新興腦交叉方向，建成“基礎(chǔ)-臨床-產(chǎn)業(yè)”全鏈條科研平臺(tái)，致力于催生重大創(chuàng)新性、原創(chuàng)性、顛覆性基礎(chǔ)研究成果的產(chǎn)出，實(shí)現(xiàn)原始創(chuàng)新關(guān)鍵技術(shù)的重大突破，培育一批具有創(chuàng)新思維和國(guó)際影響力的腦科學(xué)產(chǎn)、學(xué)、研專業(yè)人才，助力上海生物醫(yī)藥及人工智能產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展，支撐“健康上?！蹦酥痢敖】抵袊?guó)”和具有全球影響力的 G60 科技創(chuàng)新中心建設(shè)，成為中國(guó)腦科學(xué)研發(fā)策源地，未來(lái)經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長(zhǎng)、科技變革創(chuàng)新的新引擎。

腦科學(xué)與類腦研究，作為21世紀(jì)最具挑戰(zhàn)性的前沿科技領(lǐng)域，勢(shì)將更好地造福人類健康，引領(lǐng)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、科技變革。