脑计划,奥巴马的科学雄心

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美国前总统里根在1988年提出的人类基因组计划,对整个世界的生物学、医学,乃至生命科学产生了难以衡量的深远影响.奥巴马的科技雄心则在2013年显露——向大脑进发.

这项名为“推进创新神经技术脑研究计划”（下称脑计划）的宏大目标,是奥巴马于2013年4月宣布的,2014财年将编列1亿美元用于研究人类大脑,希望为脑性疾病治疗找到答案,更寄望技术突破能协助美国相关产业进入新阶段.

该计划为白宫科技政策办公室选定的四大具有可实现性的野心挑战之一,其他三个项目为普及化太阳能、侦测小行星对地球的威胁,以及改善发展国家饮用水和出生死亡率. 为何研究大脑

即使大脑研究已超过百年,但是人类对大脑的了解远远不及心脏等其他器官.比如,脑科医生对于一些病人在脑部受损后能奇迹式复原,有些病人却无法恢复,一直无法解答.

脑计划希望掌握大脑运转的奥秘.该计划公布后,一些专家对这种大规模、高经费研究方案的现实性提出质疑,更指出人类基因组计划的成功模式并不能保证脑计划的成功.

由于奥巴马将创造就业机会当成核心任务,脑计划也被赋予如里根总统的人类基因组计划一样的期望.奥巴马在演讲中表示,每在基因组计划投资1美元,就得到140美元的回报.以总投资38亿美元来看,反映在创造工作机会上,医学治疗突破和增加收入的经济效益可达7960亿美元.

美国国家卫生院（NIH）技术发展整合部的法柏博士对《财经》记者解释,现在科学界普遍认为在生物科学领域的研究投资能带来经济效益,获得研究经费补助的大学、医学中心和私人企业必须雇用人员执行研究,更不用说那些最后能商业化的研究结果.不过,现阶段无法预测脑研究计划将为哪个行业带来实际经济利益.

“想象一下,几百万美国人可能在这个领域找到工作.”奥巴马支持这一计划的原因还表达了这一观念,“我不希望下一波新工作浪潮发生在中国、印度或德国,我希望它们就发生在美国.”

作为国家支持的先导性大项目,政府部门如NIH、国防高等研究计划署和国家科学院三个机构皆参与其中.

在美国,国家级项目从来不乏民营机构的身影,此次也有四个民间机构投入：微软创办人成立的艾伦脑科学研究所将每年投资6000万美元；霍华德·休斯医学研究所每年投资3000万美元；科维理基金会在未来十年,每年编列400万美元；萨克生物研究学院将投资2800万美元.

尽管如此,对于2014年开始执行的脑计划,许多相关领域的科学家直到计划公布近半年还没有搞清楚状况.参与者加州理工学院专家桃瑞丝就对媒体表示,如何开展这项计划,还没有统一意见.不过,研发新技术和新工具无疑是这项计划的重点.

NIH在2013年最后一个月,终于将奥巴马的脑计划带入实操阶段,其制定了6项大脑测试领域计划,希望以4400万美元资助49个至72个研究计划.只要在如下三个研究目标上有兴趣,就可以申请脑计划资金：由于大脑中有不同类型的细胞,需要开创分类方法,在大脑中创造一个囊括所有细胞的“汇总”；分析更敏感、精确、细致的大脑回路,这需要发展新的工具；能记录和控制大脑中大量神经元的新技术,并将现有记录和控制神经元的技术应用到更大规模的层面.

NIH在2013年底开始邀请科学家申请经费,而且鼓励创新：大多数资金申请人不需要为自己的建议书提供初始数据,这和以往的常规方法有很大不同.美国国家神经疾病和中风研究所主任兰第斯（Story Landis）公开表示,“以往的方式吓跑了很多科学家和评审员,新方式为真正有创新性的想法提供了更大的空间.”

其实早在上世纪90年代,美国、欧洲、日本、中国都提出过脑的十年,但最后不了了之,这比人类基因组计划提出的还早.看到后来基因组计划对医疗等领域科研资金的带动,于是“脑科学家们有点儿坐不住了”,中国军事医学科学院放射与辐射医学研究所研究员张成岗如此分析,大脑研究被重新提出来,核心就是要对人脑的工作原理进行深刻揭示.

脑神经纤维比头发丝还要细小很多,神经纤维由很多突起连接,犹如一棵大树,风起后,每片树叶之间会碰撞,进而传导信号.随着高性能计算、影像学的发展,使得脑内成像更清楚,细微到神经纤维可通过成像技术看见,也就是说,脑神经运动已可以通过影像处理的技术模拟出来.

相较于四肢的神经信息传导,脑研究的意义在于,可以触及到认知决策和思想的核心,而四肢是不会思考的.现实情况是,即使了解清楚脑神经细胞间的连接、互动,要深入到认知、决策层面,还有更多的路要走,这使整个脑计划就像在一片虚无或者说混沌中建立秩序,以至于自奥巴马宣布以来,NIH就组成15名科学家团队召开了多次大型研讨会,但团队将到2014年6月才会提出未来十年的中短期目标,以具体化研究方向.

法柏表示,各联邦研究机构将分别选取研究计划,选取完毕,就会邀请所有入选者举行讨论会,再确认所有人都了解各个方向的研究进度.

脑计划将像人类基因组计划一样,公开分享数据,协助研究人员学习新技术.基因组计划后来扩展为国际合作,英、日、法、德、中、印先后加入,形成了国际基因组测序联盟.目前,脑计划还没有提出任何国际合作.

美国国防部下的联邦机构国防高等研究计划署,计划在未来五年投资7000万美元,其在2013年11月公布的两个计划为：寻求能治疗神经失调的机器和能修复大脑损伤、恢复记忆的无线机器.“美国国防部提供资金支持这个项目,牵扯到动物行为控制.动物间谍、蟑螂的训练等.通过神经控制大脑,实现军事目的,这一点是圈内人都知道的.” 张成岗说. 不过,纽约州冷泉港实验室教授米特拉（Partha Mitra）对《财经》记者表示,美国现在对动物大脑的认识远不足以执行这样的任务. 与脑十年计划的不同

因复杂性和脑疾病治疗的瓶颈,大脑研究不仅令科学家着迷,也让政治人物特别有兴趣.美国前总统布什就曾宣布进入 “大脑十年”,然而并未直接协助发展出突破技术.

脑计划源于一群科学家2011年9月在英格兰举行的一场会议.这群科学家提出为追踪脑内功能性连接,整合并建立大型发展计划,以实现测试“从每个神经元到每个脊髓”的目标.

这群热情的科学家进一步发表了白皮书,接着在2011年9月的会议上向NIH、国家科学院等单位推销,2012年6月六位科学家又联名倡议.

在奥巴马宣布计划后,由于缺乏具体研究目标和时间表,不少科学家质疑计划.美国埃默里大学神经系统科学家斯坦因（Donald Stein）就撰文批评,在联邦经费紧缩时,选定大脑研究又缺乏目标性,并不合理.

虽然科学家大概知道脑的哪个部位管理语言、哪个部位管理行动,但是,“美国脑计划需要更精确的目标,目前的研究就是从形态上了解大脑,功能方面的了解还少.从形态到功能有很长的路要走.比如,大脑区域间的信号如何传导、各细胞间的连接与互动还没有解释清楚.”张成岗说.

在美国,每8个超过65岁的人,就有一个受阿尔茨海默病（AD）影响,85岁及以上则有一半的美国人受此病困扰,总数超过540万人,是美国第六大死因.另外,超过100万美国人患有帕金森氏症.

AD是一种起病隐匿的进行性发展的神经系统退行性疾病.临床上以记忆障碍、失语、失用、失认、视空间技能损害、执行功能障碍以及人格和行为改变等全面性痴呆表现为特征,病因迄今未明.帕金森氏症患者则运动迟缓,以及坐位起立困难、发音困难、构音障碍和吞咽困难等.在病程的中晚期,如抑郁、便秘、睡眠障碍、认知损害等可能严重影响患者的生活质量.

“在了解工作原理的基础上解决医学问题,可以推进药物研发,就可能说服国会支持这件事.”张成岗说.根据AD协会2013年预测,病人的医疗和照护费用在2013年达到2030亿美元,到2050年则可能高达1.2万亿美元.这些数据将成为这项计划游说时的最好佐证.

不过,一些专家质疑研究结果是否能让病人实质受惠,而且目前看临床神经专家参与的太少.

对未来临床的应用,斯坦因认为,如果现在目标是建立一个更细致的生物标记协助诊断疾病,“很难质疑这些在基础研究上的投资达不到目标,不能完全否定基础研究发现在五年到十年后转换成高使用技术的可能性”.

该计划最终能获得多少经费支持,也有待关注.目前一亿美元的投资,相比于美国每年投资在神经学几十亿美元的研究实在不是大数字,奥巴马脑计划在米特拉看来激励大家热情的作用超过以往.

大西洋彼岸的欧盟已资助了研究大脑的方案,以10亿欧元投资研发出一个硅胶做成的人脑模型,并将发展出一个模仿脑内运作的超级电脑.欧洲计划负责人Henry Markram对媒体表示,计划的重点在于整合几万名科学家归结出对大脑的认识.对于计划能改善多少治疗态度比较保守.

不过,随着NIH制定出具体研究计划、时间表和预算评估,接着又邀请神经学家进行研讨会定目标等行为,一些科学家的态度有所改变,斯坦因就对《财经》记者表示,该计划主要专注在技术研发,这是美国的长处,最终可能有所突破.

斯坦因认为,现在的计划和原先的脑十年计划存在着区别,后者更像公关活动,只有口号,没有实际的目标和经费.

脑十年是为了解决疾病,比如自闭症、痴呆症等,由于发现大脑过于复杂,后来不了了之.“现在的大脑计划研究思路已经发生了变化,更多依赖影像学,融入信息科学、算法,这些都有可能提高研究成功率,我们看到,包括基因组学在内的这些学科都在依靠技术的进步,而不是靠智力的突破.因此,脑计划只能掀起技术、仪器的革命.”张成岗说.

卡尔（Karl Deisseroth）,是15人科学家团队成员之一、史丹佛大学神经学家,他对媒体表示,“我在整个过程没看到政治介入,只有对科学和大量机会的完全关注.”

对于这个大型计划公布前未被征寻意见的专家而言,是否存在政治因素则是见仁见智,“每件事都有政治”,未获邀研讨会的斯坦因称,“选择意见相同而不是持反对意见有可能延迟进度的（科学家）,这是人类的天性.”

对于奥巴马来说,他的期许是脑计划能再创太空竞赛以来的科学研究新境界,也接续13年后开花结果的人类基因组实验.