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【学习时报】院士论坛丨蒲慕明:我们为什么要探索人脑的奥秘

发布时间:2022-10-26

    2022年9月22日 编辑:董大伟 来源:学习时报

 

  蒲慕明,1948年出生,中国科学院院士,美国科学院外籍院士,现任澳门新威斯人网站学术主任,上海脑科学与类脑研究中心主任。他是国际著名的神经生物学家和生物物理学家,他建立的“光漂白”技术至今仍是测量细胞内蛋白运动速度的标准实验方法,他在膜蛋白动态运动、神经元发育和轴突导向、突触形成和可塑性、神经环路的功能等领域都有重要贡献。  

  大脑是人体中最复杂的器官。它只有大约1.5千克,但却是我们所有智慧的来源。人类的大脑究竟有什么特别之处?它又是怎么工作的?科学家们一直在不断探索。尤其是出于对人工智能开发和大脑疾病防治的迫切需要,人们对脑科学有了更强烈的期待,也因此让脑科学成了科研热门中的热门。当前,以人工智能为代表的新技术,成为推动第四次工业革命走向深入的重要力量,给经济、社会、文化等多领域的发展带来深刻变革。但是,因为对大脑工作方式的了解有限,人工智能的开发与研究仍处于比较低的水平。未来,可不可以充分模拟人类大脑,研发出更高级的人工智能技术?人脑与机器能否高度融合?这一切,都需要建立在对脑科学全面研究的基础之上,都需要我们不断揭开人脑的奥秘。当然,其中也包括影响人脑健康的复杂因素。据世界卫生组织统计,目前全球有超过5500万人患阿尔茨海默病。类似的重大脑疾。拱ㄓ啄昶诘淖员罩、智力障碍,成年期的抑郁症和各种成瘾行为。目前,这些重大脑疾病已经成为患者本人、患者家庭乃至整个社会的沉重负担。那么,这些脑疾病是怎么产生的?新的科技研究成果,能不能更好地预防和治疗脑疾病?而未来的脑科学与人工智能的融合发展方向又是什么?这些都是迫切需要脑科学专家研究回答的关键问题。 

  克隆猴子的科学意义不一般 

  现在脑科学之所以吸引人,主要就是因为很多未知问题导致的。未知的事情、神秘的事情越多,这个领域越有发展前景。 

  做基础脑科学主要就是研究认知原理。认知原理可分两类:一种是基本认知,感觉、知觉,还有学习、记忆、情绪、情感、注意、抉择,这是很多动物都有的。但是有些高等认知功能,只有高等动物才有,比如共情心、同情心、亲社会行为、合作行为、有意识、语言等。 

  要研究这些高等认知功能,就需要对非人灵长类动物进行深入研究。克隆羊“多利”诞生之后,所有哺乳类动物,除了灵长类以外都被克隆了。灵长类没办法克。泻芏嗳耸粤,包括美国国家灵长类中心的团队,试了好多年都没有成功,所以大家基本都放弃了,认为这件事做不成。因为灵长类跟其他哺乳类动物,很不一样,它们特别容易受损,很难移植,可能也有其他遗传进化的原因,使它们不能够被克隆。 

  因为体细胞克隆技术可以在短期内批量生产遗传背景一致的动物,所以在科学研究中,它被认为是构建动物模型的最佳方法。而猴子等灵长类动物与人类的亲缘关系最近,所以对克隆猴等灵长类动物进行研究,对人类更具有价值。但是,自克隆羊“多利”出来以后,虽然有很多实验室尝试用体细胞克隆猴,但是都没能成功。中国科学院神经科学研究所通过5年的持续攻关,最终克隆出的两只健康存活的猴子——“中中”和“华华”,入选了“2018年度中国科学十大进展”,同时也是该领域世界级的重大突破。 

  脑机融合初试锋芒 

  脑科学研究除了对防治脑疾病有决定性意义外,还能帮助我们开发出更接近人脑的智能,为人类服务。“脑机接口”,也称作脑机融合技术,就是通过芯片和传感器,用大脑控制各种设备,这或许会成为未来人工智能的一个热门方向。2020年8月,马斯克的公司实现了将芯片植入猪脑,芯片能够感应温度气压的变化,能读取脑电波、脉搏等生理信号,能通过发送信号刺激大脑神经元细胞做出相应的反应。2021年4月,马斯克的公司又实现了猴子用“意念控制”光标打游戏。如果这项技术应用到人类身上,不仅能治疗大脑损伤和缺陷,还能大大增强人类的认知与行为能力。 

  不过,也有很多人开始忧虑,如果未来脑科学推动人工智能研究取得更大突破,机器会不会和人一样有思想、有情感、有意识,它们还能和人类和谐相处吗?目前,机器与人脑相比还有多大差距?脑机融合技术的前景如何?我们对未来人工智能的种种担忧有必要吗? 

  脑机接口的应用相当广泛,脑机接口有两类:一种是非侵入式的,一种是侵入式的。用脑电波的,就是非侵入式的。这种非侵入式接口非常有用,比如从脑波判断大脑状态,辅助疾病诊断。另外一种是侵入式的,侵入式的就是直接把电极插入到大脑皮层。侵入式的好处是可以更准确地记录大脑的反应,知道哪个区域做出来的反应。侵入式的电极在医疗上面用途也很广。 

  有些脑机接口是闭环式的,可以调控大脑功能。比如可以非侵入式地记录脑电波,观察一下脑的状态,然后作反馈脑刺激,让大脑进入睡眠态,或者进入清醒态,都很有用。睡眠有问题的人很多,即使吃安眠药都没效果,这种脑机接口的调控模式,就可以成为帮助睡眠的工具。还有长途驾驶时,可以通过观测司机的大脑状态,及时作出提醒,这样使司机能够保持正常工作。 

  如何让脑科学研究造福人类 

  类脑人工智能属于前沿科技,也会遇到很多社会伦理问题。比如说现在,我们研究人员可以控制别人的大脑,可以电刺激,可以读别人的大脑,谁有权来控制这个?父母可不可以对孩子做这个行为?医生什么情况下可以调控患者的大脑?这些行为都要有伦理标准。 

  现在研究大脑,研究脑疾。芯扛髦忠┪镏瘟、各种康复手段,都是要修复大脑,保护大脑。还有一个路径,就是增强大脑智能。比如运动员吃兴奋剂,就可以跑得比别人快,这个就是不被允许的。 

  还有一个问题就是,人工智能可以取代什么职业。现在的大公司,都想发展通用人工智能。以前的机器人都是做一样的工作,就是做装配,现在要做更强的机器人,很多人就被替代了。当然大公司愿意用机器人,因为省钱,机器人可以一天工作24小时。那么,社会上就会出现失业问题,而每个国家面临的情况又不一样,发展中国家跟发达国家也不一样,这些都是发展类脑人工智能要面临的问题。 

  假如有一天,真正跟人差不多的一群机器人出现,这群机器人有自我思考能力,那时的社会应该是怎么样的一个社会,这是我们需要认真考虑的。这可以算是伦理问题,也是社会问题。我们必须要设计出一种模式,将来发展出来的人工智能,通过管控,能够更好地服务人类、造福人类,而不会有:,这是未来制定标准时需要把握的方向。 

  近几年,全世界掀起脑科学研究的浪潮,这个浪潮在欧美、日本都引发了国家性的脑科学计划。我们中国科学家在过去几年中也做了很多努力——积极推动中国脑计划的启动。中国脑计划相比其他几个国家的脑计划会有所差别。我们是聚焦多方面,包括脑科学现在一些基本的问题、脑疾病的诊断治疗、脑启发的人工智能。这三个领域都在脑计划范围之内,而且这个脑计划是配合中国中长期科学的战略规划,计划是到2035年。内容的主体是做基础研究,就是做脑认知功能的神经基础。要知道大脑的环路,知道它的功能,也要知道大脑的发育是怎么进行的。在这个基础主体之外有两翼,也就是“一体两翼”,“一翼”是希望能够研发出各种脑机接口,比如用大脑的信息控制机器,就是调控大脑信息的技术;能够研发出新的计算方法,人工智能研究中机器学习的方法是关键,希望能够开发出类似人脑的机器学习的算法,还有各种类似人神经元、神经网络的器件,以及各种智能体、机器人等等。未来的人工智能产业,可以从这“一翼”发展。另外“一翼”,就是脑疾。辛巳现δ艿幕。涂梢远院芏嗪腿现喙氐闹卮竽约膊〗性缙谡锒,在还没有发病之前,能够发现各种指标出现变化,就可以及早干预很多疾病。像退行性的疾。⒄沟胶笃诰秃苣阎,早期干预是最好的模式。这需要进行很多临床大数据的收集,作为研究基础。中国脑计划在这“一翼”的出口就是健康产业,这“一翼”对各种医疗器件的产业发展,也会有很大的好处。通过中国脑计划的实现,希望我国能够在重要的前沿领域有一席之地。 

  如果人类的技术足够成熟,我最想为大脑增加“共情心”这个功能,基因经过代代遗传,在形成帮助人类个体稳固生存的家庭、种族的同时,也为整个人类社会的进步造成一定的阻碍。人们应学会“共情”,学会互相理解,这样才能一道克服人类面临的众多难题,人类文明才能更加进步。

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