駱清銘在檢查實驗結果。（受訪者供圖）

　　新華社南京12月6日電 為什么(me)有的(de)(de)(de)大腦能洞見美妙的(de)(de)(de)宇宙法(fa)則，有的(de)(de)(de)能創作出扣人心(xin)弦(xian)的(de)(de)(de)樂(le)曲與畫作？記憶和意識是(shi)如(ru)何產生的(de)(de)(de)？

　　人(ren)類雖已能(neng)觀察億(yi)萬星辰、探測(ce)時空漣漪，卻對自己認知世界(jie)的(de)大腦(nao)所知甚少，大腦(nao)的(de)精(jing)細(xi)結(jie)構如何都還只是估測(ce)。

　　為揭開大腦的奧秘，中國科學家計(ji)劃為人腦中錯綜復雜的神經元和(he)血管繪(hui)制出最精細的三維“地圖”。

　　這項浩大(da)工程猶(you)如給一座(zuo)由近千億棵樹木組(zu)成(cheng)的巨(ju)大(da)森(sen)(sen)林(lin)拍出三維照片(pian)，既要看(kan)全(quan)整(zheng)座(zuo)森(sen)(sen)林(lin)，又要看(kan)清每一棵樹上的每一根細枝(zhi)和每一片(pian)樹葉。

　　領導這項(xiang)研究(jiu)的(de)海南大學校長、華中(zhong)科技大學蘇州(zhou)腦(nao)(nao)空(kong)間信息研究(jiu)院首席(xi)科學家駱清(qing)銘說：“人(ren)類(lei)缺乏大腦(nao)(nao)的(de)觀(guan)測手(shou)段，尚(shang)無法(fa)‘既見樹木又見森(sen)林’。我們要提供新的(de)觀(guan)測手(shou)段，獲(huo)得清(qing)晰的(de)人(ren)腦(nao)(nao)圖譜，看(kan)清(qing)神經(jing)元(yuan)網絡是如何連接的(de)，這將幫助分析腦(nao)(nao)疾(ji)病(bing)的(de)機理，并推動類(lei)腦(nao)(nao)人(ren)工智能(neng)的(de)發展。”

　　蘇(su)州腦空間信(xin)息研究院(yuan)副院(yuan)長李(li)安(an)安(an)說：“目(mu)前我們對大腦的(de)認識水平還處于十分初級的(de)階段，雖然能看到一些(xie)現象，但它們代(dai)表著(zhu)什么還解(jie)釋不(bu)清，就像是在巨大黑(hei)箱(xiang)子里一點(dian)點(dian)摸索。”

　　“腦(nao)(nao)(nao)連接及(ji)腦(nao)(nao)(nao)活(huo)動(dong)在時間、空間上不斷演化，給解析腦(nao)(nao)(nao)功能帶來極大挑(tiao)戰，但我們(men)有理由(you)相(xiang)信，腦(nao)(nao)(nao)功能與腦(nao)(nao)(nao)活(huo)動(dong)依(yi)(yi)賴于最基本(ben)的(de)細(xi)胞單元(yuan)，好(hao)比電路(lu)網絡依(yi)(yi)賴于其最基本(ben)單元(yuan)——電子元(yuan)器件。不同類型的(de)神經元(yuan)是解析腦(nao)(nao)(nao)功能的(de)基礎，更是腦(nao)(nao)(nao)疾病診斷與治(zhi)療的(de)重要依(yi)(yi)據(ju)。”駱清銘說。

　　華中科技大學蘇州腦空間信息研究院的科研人員在開展實驗。（受訪者供圖）

　　創新之路

　　52歲的(de)(de)駱清銘(ming)(ming)是湖北蘄春人，出身農家，有(you)著艱苦的(de)(de)求學(xue)(xue)經歷。上世紀90年(nian)(nian)代，從(cong)事光(guang)電(dian)子研(yan)究的(de)(de)駱清銘(ming)(ming)在(zai)美國(guo)(guo)留學(xue)(xue)期(qi)間，在(zai)世界上首次(ci)用近紅外光(guang)學(xue)(xue)的(de)(de)方式成像檢測出了腦的(de)(de)活動，所發明的(de)(de)技術獲(huo)得了美國(guo)(guo)專(zhuan)利。1997年(nian)(nian)，駱清銘(ming)(ming)放(fang)棄國(guo)(guo)外優(you)越的(de)(de)條件回(hui)到母校華(hua)中科技大學(xue)(xue)。

　　“我很慶幸(xing)趕上了改革開放后的好時代，覺得要為(wei)國家(jia)做點事(shi)。我當時的研究是一個新(xin)興領域，希望(wang)能回國在腦研究上繼(ji)續‘做文章’。”駱清銘說。

　　盡管(guan)國際(ji)學術(shu)界認為繪制精細(xi)的(de)腦(nao)圖譜(pu)非(fei)(fei)常重要(yao)，但因(yin)為這項研究極為困難，學科跨度非(fei)(fei)常大，還未能(neng)獲得成果(guo)。

　　駱清銘借助華中科(ke)技(ji)大學(xue)多學(xue)科(ke)交叉(cha)的優勢，僅(jin)以20萬元資金和一間25平方(fang)米的實驗(yan)室啟動了(le)腦(nao)科(ke)研(yan)項目。

　　“大腦像豆腐一樣軟，將腦樣本(ben)固定并將其中的神經和(he)血管標(biao)記出來(lai)是很(hen)難(nan)的。僅(jin)是腦樣本(ben)制(zhi)備的難(nan)題(ti)，我們就花(hua)了三年時間才攻克。”駱清銘說。

　　他說，這(zhe)是真正意義上(shang)多學科交叉研究，要有(you)生物、化學背景(jing)的人員制(zhi)備樣本；有(you)光學、機械、控制(zhi)等工程技(ji)術人員研制(zhi)成像(xiang)儀(yi)器；還要有(you)計算機人才(cai)，處理(li)大數據，并將結果展示出來。

　　“我(wo)們(men)重視發展(zhan)新(xin)技(ji)術新(xin)方法，研(yan)發出(chu)具有自(zi)主知(zhi)識產權的科(ke)學儀器，再用它去開展(zhan)應用研(yan)究、解決科(ke)學問(wen)題(ti)。”駱清(qing)銘說。

　　那些年，駱清(qing)銘承受(shou)了巨(ju)大的壓力，不知(zhi)何時(shi)能出成果，但他始終帶領團隊堅持著。

　　華中科技大學蘇州腦空間信息研究院科研人員正在為鼠腦成像。（受訪者供圖）

　　從“黑白照”到“彩色照”

　　經過8年(nian)(nian)努力，駱清(qing)銘團隊(dui)終于(yu)研發出(chu)顯微光學(xue)切(qie)片斷層成像系(xi)統，于(yu)2010年(nian)(nian)底(di)發表在《科學(xue)》雜志上(shang)，并入選(xuan)2011年(nian)(nian)度“中國科學(xue)十大進展”。

　　“如果把(ba)這個成像(xiang)系統理解為一個相機，最開(kai)始我們造出(chu)的是黑白相機，給鼠腦拍出(chu)了黑白照(zhao)。”駱清銘說。

　　這之后，他的(de)團隊(dui)不(bu)斷取得突破，拍(pai)出了(le)鼠腦的(de)彩(cai)色(se)圖譜。再后來(lai)，圖譜的(de)色(se)彩(cai)越(yue)(yue)來(lai)越(yue)(yue)豐富，顯示(shi)的(de)內容越(yue)(yue)來(lai)越(yue)(yue)精細，腦結構之美讓藝術家都(dou)嘆為觀(guan)止。

　　然而，這一成像方式速度很慢，要(yao)如此(ci)為人腦成像恐怕100年也做不完。

　　2016年，駱清銘團隊得到江蘇省(sheng)、蘇州(zhou)市和蘇州(zhou)工(gong)業園的支(zhi)持，獲(huo)得4.5億元投資，成立蘇州(zhou)腦空間信息研究院，以工(gong)業化(hua)的方式來繪制腦圖(tu)譜。《自然》雜志對此進行了報道，在學術界引起轟動。

　　在(zai)研究(jiu)院潔凈的實(shi)驗室內，科研人員用樹脂包裹住鼠腦(nao)，形成如同膠囊大(da)小的“琥珀(po)”。成像(xiang)儀(yi)器的金剛石刀片(pian)將(jiang)浸(jin)泡在(zai)溶液中的鼠腦(nao)標(biao)本切(qie)割成1微米厚(hou)的薄片(pian)，邊切(qie)邊拍(pai)照(zhao)。一只鼠腦(nao)大(da)約切(qie)1萬層，最后合成三維腦(nao)圖譜。

　　計(ji)算機屏幕(mu)上顯示的神(shen)經(jing)和血管網絡密密麻麻、色彩斑斕，每根(gen)神(shen)經(jing)纖維，每條血管都清晰(xi)可見。這是目前(qian)世界上最清晰(xi)的哺乳動物腦圖譜。

　　“我們已(yi)在(zai)(zai)實驗鼠身上獲得成功，正在(zai)(zai)對更(geng)(geng)高(gao)級、更(geng)(geng)復(fu)雜的(de)靈長類動物發起挑戰，力爭在(zai)(zai)世界上率先完成對人類大腦的(de)精準掃(sao)描。”李安(an)安(an)說。

華中科技大學蘇州腦空間信息研究院。（受訪者供圖）

　　期待中國腦計劃

　　科(ke)學家(jia)估計，鼠腦(nao)有數千(qian)萬個(ge)神經元，猴腦(nao)數十億個(ge)，人腦(nao)大約(yue)860億個(ge)。蘇州腦(nao)空間信息研究院有數十臺成像儀器在日夜不停地工作著。

　　“但要完成(cheng)人腦成(cheng)像(xiang)絕不(bu)是增加機器就能解(jie)決(jue)的。成(cheng)像(xiang)后巨(ju)大的數據量，給存儲(chu)和分(fen)析都帶來了極大的挑(tiao)戰。”李安安說。

　　據(ju)(ju)估算，一個人(ren)腦的(de)數(shu)據(ju)(ju)量相當于約20萬(wan)部4K高(gao)清電影。即(ji)便是(shi)中國最強大的(de)超級(ji)計(ji)算機“神威太湖之光”，一套人(ren)腦數(shu)據(ju)(ju)就會把它的(de)存(cun)儲(chu)空間占滿。

　　駱(luo)清銘說，目前(qian)計算是最大的技(ji)術瓶頸(jing)，人腦(nao)圖譜的繪(hui)制還要等待技(ji)術的發展。

　　此外，李(li)安安說，人腦(nao)(nao)的掃描成像目(mu)前也(ye)面臨(lin)倫理(li)問(wen)題。“我們通常(chang)利用轉基因(yin)技(ji)術(shu)、病毒標(biao)記技(ji)術(shu)來(lai)標(biao)記鼠腦(nao)(nao)的神經(jing)元，但是這(zhe)些技(ji)術(shu)都(dou)無法應(ying)用于人腦(nao)(nao)。”

　　“還有(you)無(wu)數技術(shu)難題(ti)(ti)要攻克，但我們相信隨著技術(shu)的發展，這些問題(ti)(ti)都(dou)將解決(jue)。”李安(an)安(an)說。

　　駱清(qing)銘說，繪(hui)制(zhi)(zhi)精細的(de)人腦(nao)圖譜在技術層(ceng)面沒有根本性障礙，主(zhu)要面臨的(de)是(shi)經(jing)費和機(ji)制(zhi)(zhi)方面的(de)制(zhi)(zhi)約(yue)，需要加大投入，改革人才的(de)評價機(ji)制(zhi)(zhi)，允許科研(yan)人員長時間安心從(cong)事研(yan)究(jiu)。

　　駱(luo)清銘團隊被選中參(can)與美國腦計(ji)劃(hua)，也為歐盟和其他國家(jia)的(de)腦計(ji)劃(hua)提(ti)供數據(ju)。但(dan)駱(luo)清銘更希望(wang)中國能夠(gou)盡早啟動(dong)自己的(de)腦科(ke)學計(ji)劃(hua)。

　　據(ju)了(le)解，腦(nao)科學(xue)和類腦(nao)研究(jiu)已被(bei)列入(ru)“十三五”國家重大科技項目。

　　“我們期(qi)待能夠(gou)像研制‘兩彈(dan)一星(xing)’一樣，啟動中(zhong)國(guo)腦(nao)(nao)計劃。”駱(luo)清銘說(shuo)，“一旦有足夠(gou)的經費支持，集中(zhong)力量(liang)，我們有可能在5年(nian)至10年(nian)內獲得精細的人腦(nao)(nao)圖譜。”

　　他(ta)說(shuo)：“這(zhe)項(xiang)研(yan)究非常值得(de)投入，會產生超過(guo)百倍的回報。它(ta)能促(cu)進兒童(tong)教(jiao)育，推動人(ren)類對(dui)(dui)抑郁癥、帕金森、老(lao)(lao)(lao)年癡呆(dai)癥等腦疾病的診(zhen)斷(duan)治療(liao)。尤其(qi)是中國進入老(lao)(lao)(lao)齡化(hua)社會之后(hou)，這(zhe)項(xiang)研(yan)究對(dui)(dui)于(yu)延(yan)緩老(lao)(lao)(lao)年病，提(ti)高老(lao)(lao)(lao)年人(ren)生活質量，都具有重要意義。”

　　“未來(lai)10至20年我(wo)們團隊的夢想就(jiu)是(shi)做出人(ren)腦圖譜，如(ru)果(guo)這輩(bei)子能做成(cheng)，將(jiang)是(shi)件(jian)很(hen)自豪的事。”駱清銘說。（記者(zhe)喻(yu)菲(fei)、胡喆、李博、夏鵬）

【糾錯】

責任編輯： 王頔