駱清銘在檢查實(shí)驗(yàn)結(jié)果,。（受訪者供圖）

　　新華社南京12月6日電 為什么有的大腦能洞見美妙的宇宙法則,，有的能創(chuàng)作出扣人心弦的樂曲與畫作？記憶和意識(shí)是如何產(chǎn)生的,？

　　人類雖已能觀察億萬星辰,、探測(cè)時(shí)空漣漪,，卻對(duì)自己認(rèn)知世界的大腦所知甚少，大腦的精細(xì)結(jié)構(gòu)如何都還只是估測(cè),。

　　為揭開大腦的奧秘,，中國科學(xué)家計(jì)劃為人腦中錯(cuò)綜復(fù)雜的神經(jīng)元和血管繪制出最精細(xì)的三維“地圖”。

　　這項(xiàng)浩大工程猶如給一座由近千億棵樹木組成的巨大森林拍出三維照片,，既要看全整座森林,，又要看清每一棵樹上的每一根細(xì)枝和每一片樹葉。

　　領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的海南大學(xué)校長(zhǎng),、華中科技大學(xué)蘇州腦空間信息研究院首席科學(xué)家駱清銘說：“人類缺乏大腦的觀測(cè)手段,，尚無法‘既見樹木又見森林’。我們要提供新的觀測(cè)手段,，獲得清晰的人腦圖譜,，看清神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)是如何連接的，這將幫助分析腦疾病的機(jī)理,，并推動(dòng)類腦人工智能的發(fā)展?！?/p>

　　蘇州腦空間信息研究院副院長(zhǎng)李安安說：“目前我們對(duì)大腦的認(rèn)識(shí)水平還處于十分初級(jí)的階段,，雖然能看到一些現(xiàn)象，但它們代表著什么還解釋不清,，就像是在巨大黑箱子里一點(diǎn)點(diǎn)摸索,。”

　　“腦連接及腦活動(dòng)在時(shí)間,、空間上不斷演化,，給解析腦功能帶來極大挑戰(zhàn)，但我們有理由相信,，腦功能與腦活動(dòng)依賴于最基本的細(xì)胞單元,，好比電路網(wǎng)絡(luò)依賴于其最基本單元——電子元器件。不同類型的神經(jīng)元是解析腦功能的基礎(chǔ),，更是腦疾病診斷與治療的重要依據(jù),。”駱清銘說,。

　　華中科技大學(xué)蘇州腦空間信息研究院的科研人員在開展實(shí)驗(yàn),。（受訪者供圖）

　　創(chuàng)新之路

　　52歲的駱清銘是湖北蘄春人，出身農(nóng)家,，有著艱苦的求學(xué)經(jīng)歷,。上世紀(jì)90年代，從事光電子研究的駱清銘在美國留學(xué)期間,，在世界上首次用近紅外光學(xué)的方式成像檢測(cè)出了腦的活動(dòng),，所發(fā)明的技術(shù)獲得了美國專利,。1997年，駱清銘放棄國外優(yōu)越的條件回到母校華中科技大學(xué),。

　　“我很慶幸趕上了改革開放后的好時(shí)代,，覺得要為國家做點(diǎn)事。我當(dāng)時(shí)的研究是一個(gè)新興領(lǐng)域,，希望能回國在腦研究上繼續(xù)‘做文章’,。”駱清銘說,。

　　盡管國際學(xué)術(shù)界認(rèn)為繪制精細(xì)的腦圖譜非常重要,，但因?yàn)檫@項(xiàng)研究極為困難，學(xué)科跨度非常大,，還未能獲得成果,。

　　駱清銘借助華中科技大學(xué)多學(xué)科交叉的優(yōu)勢(shì)，僅以20萬元資金和一間25平方米的實(shí)驗(yàn)室啟動(dòng)了腦科研項(xiàng)目,。

　　“大腦像豆腐一樣軟,，將腦樣本固定并將其中的神經(jīng)和血管標(biāo)記出來是很難的。僅是腦樣本制備的難題,，我們就花了三年時(shí)間才攻克,。”駱清銘說,。

　　他說,，這是真正意義上多學(xué)科交叉研究，要有生物,、化學(xué)背景的人員制備樣本,；有光學(xué)、機(jī)械,、控制等工程技術(shù)人員研制成像儀器,；還要有計(jì)算機(jī)人才，處理大數(shù)據(jù),，并將結(jié)果展示出來,。

　　“我們重視發(fā)展新技術(shù)新方法，研發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的科學(xué)儀器,，再用它去開展應(yīng)用研究,、解決科學(xué)問題?！瘪樓邈懻f,。

　　那些年，駱清銘承受了巨大的壓力，不知何時(shí)能出成果,，但他始終帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)堅(jiān)持著,。

　　華中科技大學(xué)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(jīng)過8年努力,，駱清銘團(tuán)隊(duì)終于研發(fā)出顯微光學(xué)切片斷層成像系統(tǒng),，于2010年底發(fā)表在《科學(xué)》雜志上，并入選2011年度“中國科學(xué)十大進(jìn)展”,。

　　“如果把這個(gè)成像系統(tǒng)理解為一個(gè)相機(jī),，最開始我們?cè)斐龅氖呛诎紫鄼C(jī)，給鼠腦拍出了黑白照,?！瘪樓邈懻f。

　　這之后,，他的團(tuán)隊(duì)不斷取得突破,，拍出了鼠腦的彩色圖譜。再后來,，圖譜的色彩越來越豐富,，顯示的內(nèi)容越來越精細(xì)，腦結(jié)構(gòu)之美讓藝術(shù)家都嘆為觀止,。

　　然而,，這一成像方式速度很慢，要如此為人腦成像恐怕100年也做不完,。

　　2016年，駱清銘團(tuán)隊(duì)得到江蘇省,、蘇州市和蘇州工業(yè)園的支持,，獲得4.5億元投資，成立蘇州腦空間信息研究院,，以工業(yè)化的方式來繪制腦圖譜,。《自然》雜志對(duì)此進(jìn)行了報(bào)道,，在學(xué)術(shù)界引起轟動(dòng),。

　　在研究院潔凈的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，科研人員用樹脂包裹住鼠腦,，形成如同膠囊大小的“琥珀”,。成像儀器的金剛石刀片將浸泡在溶液中的鼠腦標(biāo)本切割成1微米厚的薄片，邊切邊拍照,。一只鼠腦大約切1萬層,，最后合成三維腦圖譜。

　　計(jì)算機(jī)屏幕上顯示的神經(jīng)和血管網(wǎng)絡(luò)密密麻麻、色彩斑斕,，每根神經(jīng)纖維,，每條血管都清晰可見。這是目前世界上最清晰的哺乳動(dòng)物腦圖譜,。

　　“我們已在實(shí)驗(yàn)鼠身上獲得成功,，正在對(duì)更高級(jí)、更復(fù)雜的靈長(zhǎng)類動(dòng)物發(fā)起挑戰(zhàn),，力爭(zhēng)在世界上率先完成對(duì)人類大腦的精準(zhǔn)掃描,。”李安安說,。

華中科技大學(xué)蘇州腦空間信息研究院,。（受訪者供圖）

　　期待中國腦計(jì)劃

　　科學(xué)家估計(jì)，鼠腦有數(shù)千萬個(gè)神經(jīng)元,，猴腦數(shù)十億個(gè),，人腦大約860億個(gè)。蘇州腦空間信息研究院有數(shù)十臺(tái)成像儀器在日夜不停地工作著,。

　　“但要完成人腦成像絕不是增加機(jī)器就能解決的,。成像后巨大的數(shù)據(jù)量，給存儲(chǔ)和分析都帶來了極大的挑戰(zhàn),?！崩畎舶舱f。

　　據(jù)估算,，一個(gè)人腦的數(shù)據(jù)量相當(dāng)于約20萬部4K高清電影,。即便是中國最強(qiáng)大的超級(jí)計(jì)算機(jī)“神威太湖之光”，一套人腦數(shù)據(jù)就會(huì)把它的存儲(chǔ)空間占滿,。

　　駱清銘說,，目前計(jì)算是最大的技術(shù)瓶頸，人腦圖譜的繪制還要等待技術(shù)的發(fā)展,。

　　此外,，李安安說，人腦的掃描成像目前也面臨倫理問題,?！拔覀兺ǔ＠棉D(zhuǎn)基因技術(shù)、病毒標(biāo)記技術(shù)來標(biāo)記鼠腦的神經(jīng)元,，但是這些技術(shù)都無法應(yīng)用于人腦,。”

　　“還有無數(shù)技術(shù)難題要攻克,，但我們相信隨著技術(shù)的發(fā)展,，這些問題都將解決。”李安安說,。

　　駱清銘說,，繪制精細(xì)的人腦圖譜在技術(shù)層面沒有根本性障礙，主要面臨的是經(jīng)費(fèi)和機(jī)制方面的制約,，需要加大投入,，改革人才的評(píng)價(jià)機(jī)制，允許科研人員長(zhǎng)時(shí)間安心從事研究,。

　　駱清銘團(tuán)隊(duì)被選中參與美國腦計(jì)劃,，也為歐盟和其他國家的腦計(jì)劃提供數(shù)據(jù)。但駱清銘更希望中國能夠盡早啟動(dòng)自己的腦科學(xué)計(jì)劃,。

　　據(jù)了解,，腦科學(xué)和類腦研究已被列入“十三五”國家重大科技項(xiàng)目。

　　“我們期待能夠像研制‘兩彈一星’一樣,，啟動(dòng)中國腦計(jì)劃,。”駱清銘說,，“一旦有足夠的經(jīng)費(fèi)支持,，集中力量，我們有可能在5年至10年內(nèi)獲得精細(xì)的人腦圖譜,?！?/p>

　　他說：“這項(xiàng)研究非常值得投入，會(huì)產(chǎn)生超過百倍的回報(bào),。它能促進(jìn)兒童教育,，推動(dòng)人類對(duì)抑郁癥、帕金森,、老年癡呆癥等腦疾病的診斷治療,。尤其是中國進(jìn)入老齡化社會(huì)之后，這項(xiàng)研究對(duì)于延緩老年病,，提高老年人生活質(zhì)量，都具有重要意義,?！?/p>

　　“未來10至20年我們團(tuán)隊(duì)的夢(mèng)想就是做出人腦圖譜，如果這輩子能做成,，將是件很自豪的事,。”駱清銘說,。（記者喻菲,、胡喆、李博、夏鵬）

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責(zé)任編輯： 王頔