蒲慕明：中國(guó)腦計(jì)劃與中國(guó)神經(jīng)科學(xué)的未來 | NSR專欄
?圖片來源：pixibay.com
撰文 | 王 玲（《國(guó)家科學(xué)評(píng)論》特約撰稿人）
翻譯 | 徐 達(dá)
責(zé)編 | 陳曉雪
● ● ●
在中國(guó)政府即將啟動(dòng)的幾個(gè)前沿科技項(xiàng)目中，中國(guó)腦計(jì)劃（腦科學(xué)與類腦科學(xué)研究計(jì)劃）吸引了公眾的許多關(guān)注。中科院神經(jīng)科學(xué)研究所所長(zhǎng)、腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心主任、《國(guó)家科學(xué)評(píng)論》執(zhí)行主編蒲慕明，在中國(guó)腦計(jì)劃中起著運(yùn)籌帷幄的關(guān)鍵作用。在《國(guó)家科學(xué)評(píng)論》最近的一次采訪中，蒲慕明表達(dá)了他對(duì)中國(guó)腦計(jì)劃的目標(biāo)與內(nèi)容，以及神經(jīng)科學(xué)未來發(fā)展的一些看法。在他長(zhǎng)達(dá)40多年的研究生涯中，蒲慕明在神經(jīng)科學(xué)的多個(gè)領(lǐng)域中都做出了卓越的貢獻(xiàn)。他在采訪中回憶并分享了自己的職業(yè)生涯以及他在建設(shè)中國(guó)神經(jīng)科學(xué)研究機(jī)構(gòu)中的經(jīng)驗(yàn)與想法。
中國(guó)腦計(jì)劃
NSR：新聞媒體已經(jīng)報(bào)道了中國(guó)腦計(jì)劃即將啟動(dòng)的消息，能給我們介紹一下這個(gè)計(jì)劃嗎？
蒲慕明：中國(guó)腦計(jì)劃是在全球興起的大型腦科學(xué)計(jì)劃潮流中，繼歐盟的人類腦計(jì)劃、美國(guó)的大腦計(jì)劃以及日本的腦/思維計(jì)劃后的又一重要腦計(jì)劃項(xiàng)目。與其他的腦計(jì)劃項(xiàng)目相比，中國(guó)腦計(jì)劃在本質(zhì)上更加廣泛，它包括對(duì)于認(rèn)知功能的神經(jīng)基礎(chǔ)進(jìn)行探索的基礎(chǔ)研究，也包括建立腦疾病診斷與干預(yù)方法的應(yīng)用研究，還包括用腦科學(xué)來啟發(fā)計(jì)算方法與設(shè)備的開發(fā)。中國(guó)腦計(jì)劃的目標(biāo)在于推動(dòng)我們對(duì)大腦基本規(guī)律的理解，同時(shí)利用神經(jīng)科學(xué)的基礎(chǔ)研究成果來滿足一些緊迫的社會(huì)需求，比如人民腦健康的改善與新技術(shù)的發(fā)展。
NSR：其他大型腦科學(xué)項(xiàng)目的目標(biāo)似乎也都類似？中國(guó)腦計(jì)劃有哪些獨(dú)特之處?
蒲慕明：盡管所有這些項(xiàng)目都有著類似的長(zhǎng)期目標(biāo)，但中國(guó)腦計(jì)劃有著一些獨(dú)特的亮點(diǎn)。第一，中國(guó)腦計(jì)劃把腦疾病和腦啟發(fā)的人工智能（AI）放在特別優(yōu)先的位置，而不是作為在我們更加完整地理解腦之后的長(zhǎng)期目標(biāo)。實(shí)際上，神經(jīng)科學(xué)已經(jīng)可以為這兩個(gè)領(lǐng)域帶來有用的貢獻(xiàn)。第二，中國(guó)的各種腦疾病人數(shù)是世界上最多的，這使得對(duì)于腦疾病的預(yù)防、早期診斷和早期干預(yù)的研究尤其緊迫，同時(shí)也為研究提供了最大的數(shù)據(jù)支撐。第三，現(xiàn)在國(guó)際上的神經(jīng)科學(xué)研究團(tuán)體大多以嚙齒類（小鼠和大鼠）作為動(dòng)物模型研究生理?xiàng)l件和病理?xiàng)l件下腦功能的神經(jīng)機(jī)制。這是因?yàn)閲X類研究的實(shí)驗(yàn)手段已經(jīng)高度發(fā)展，并且很多神經(jīng)環(huán)路機(jī)制可能在嚙齒類與人類之間是保守的。然而，現(xiàn)在人們愈加發(fā)現(xiàn)要想理解人類的高等認(rèn)知功能（如思維和意識(shí)），以及腦疾病（特別是精神疾病），非人靈長(zhǎng)類可能是更合適的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型。中國(guó)有著豐富的獼猴資源，并且在用獼猴建立人類疾病模型的研究上快速發(fā)展。這使得中國(guó)在研究高級(jí)認(rèn)知功能，如共情、意識(shí)和語言，以及腦疾病的病理機(jī)制和干預(yù)手段方面，可能做出獨(dú)特的貢獻(xiàn)。
?蒲慕明，中科院神經(jīng)科學(xué)研究所所長(zhǎng)、腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心主任、《國(guó)家科學(xué)評(píng)論》執(zhí)行主編。
腦圖譜與連接組
NSR：“腦圖譜”這一名詞經(jīng)常出現(xiàn)在新聞標(biāo)題中。什么是腦圖譜？
蒲慕明：要理解腦是怎樣工作的，我們需要三種圖譜：一是“細(xì)胞類型圖譜”，也就是說要鑒定各種細(xì)胞（神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞）并確定它們?cè)谀X中各個(gè)區(qū)域的分布，以及每種細(xì)胞類型的分子表達(dá)模式。通過把不同細(xì)胞類型中特異性表達(dá)的分子作為標(biāo)志物，我們就可以繪制第二種圖譜——“連接圖譜”（也就是所謂的“連接組”），連接圖譜是表示腦中所有神經(jīng)元相互之間連接關(guān)系的圖譜?！斑B接組”的繪制經(jīng)常被拿來與對(duì)生物體中所有基因進(jìn)行測(cè)序的項(xiàng)目——“基因組”繪制相比較。三是“活動(dòng)圖譜”，它指的是表示腦中與特定狀態(tài)相聯(lián)系的所有神經(jīng)元的放電模式的圖譜。只有當(dāng)“連接組”的信息與“細(xì)胞類型圖譜”和“活動(dòng)圖譜”的信息相結(jié)合，我們才能夠充分理解腦功能的神經(jīng)環(huán)路基礎(chǔ)。實(shí)際上，我認(rèn)為細(xì)胞類型圖譜將會(huì)先于或同時(shí)于連接圖譜，在不久的將來完成。
NSR：似乎已經(jīng)有新聞報(bào)道說“人類腦連接組”已經(jīng)完成？
蒲慕明：我所說的“連接組”是指空間分辨率達(dá)到個(gè)體神經(jīng)元水平的腦中神經(jīng)元之間連接的圖譜。這種“介觀”或者“微觀”層面的連接組能夠在最大程度上推動(dòng)我們對(duì)于腦中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的理解。世界上只有少數(shù)幾個(gè)實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)開始嘗試?yán)L制脊椎動(dòng)物的此種連接組。
“連接組”這個(gè)詞也被寬泛地用在人類腦成像領(lǐng)域，這使得新聞媒體以及大眾產(chǎn)生了混淆。磁共振成像（MRI）通過使用一種稱作彌散張量成像（DTI）的方法可以提供“宏觀層面的連接組”。MRI可以檢測(cè)質(zhì)子在神經(jīng)纖維束中沿不同方向擴(kuò)散的差異，并由此推斷出大型神經(jīng)纖維束（包含由多種神經(jīng)元組成的至少上千條軸突纖維）的空間分布。但是這種DTI探測(cè)方法依賴于分析中所使用的數(shù)學(xué)模型，而由DTI推斷出的神經(jīng)纖維束與實(shí)際神經(jīng)連接之間的相關(guān)性還需要進(jìn)一步的證明和確認(rèn)。另一種宏觀的連接組常常被稱為“功能連接組”，這是一個(gè)有些誤導(dǎo)的詞語。功能連接組實(shí)際上是指不同腦區(qū)之間電活動(dòng)的相關(guān)性，血氧水平可以作為指標(biāo)來衡量幾秒內(nèi)神經(jīng)活動(dòng)的平均水平。有較強(qiáng)神經(jīng)活動(dòng)相關(guān)性的腦區(qū)被認(rèn)為在“功能上”連接更加緊密，但事實(shí)上，直接或間接的神經(jīng)連接都可以引發(fā)弱相關(guān)性的神經(jīng)活動(dòng)，而這些弱相關(guān)性神經(jīng)活動(dòng)也可以反映興奮性神經(jīng)元和抑制性神經(jīng)元的平均活動(dòng)。
宏觀人腦成像的空間分辨率很低，只有毫米量級(jí)。它可以用來確定腦的粗糙結(jié)構(gòu)和功能改變，但不能用于理解神經(jīng)環(huán)路的結(jié)構(gòu)和功能。CT、MRI和PET等腦成像方法在臨床診斷中發(fā)揮重要作用，而對(duì)MRI信號(hào)與神經(jīng)環(huán)路結(jié)構(gòu)與功能之間聯(lián)系更加深入的理解，可以幫助我們更好地利用MRI技術(shù)。獼猴在解剖上與人類相似，可以幫助我們建立起宏觀腦成像數(shù)據(jù)與介觀神經(jīng)環(huán)路數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系。
NSR：如果我們得到了一個(gè)人的腦神經(jīng)活動(dòng)圖譜，就能夠知道他/她在想什么嗎？
蒲慕明：腦活動(dòng)是高度動(dòng)態(tài)化的，并且在執(zhí)行工作甚至靜息狀態(tài)下都會(huì)有持續(xù)的變化，因此繪制活體腦中的實(shí)時(shí)神經(jīng)活動(dòng)并理解其含義是極度困難的；現(xiàn)在這件事只在有著透明腦的小型動(dòng)物，如線蟲和斑馬魚幼體中才行得通。但是，理解腦的活動(dòng)對(duì)于我們破譯產(chǎn)生各種功能的神經(jīng)環(huán)路的運(yùn)行規(guī)則是至關(guān)重要的?！八伎肌卑松⒉荚诙鄠€(gè)腦區(qū)的大群神經(jīng)元的活動(dòng)。為了理解我在想什么，你需要觀察并理解我腦中至少數(shù)以百萬計(jì)的神經(jīng)元的動(dòng)態(tài)活動(dòng)模式。我不確定我們能否在可預(yù)見的未來中做到這一點(diǎn)。
神經(jīng)科學(xué)的未來
NSR：我們對(duì)腦真正了解多少？
蒲慕明：人腦大概是地球上最復(fù)雜的物體，它包括至少一千億個(gè)各種類型的神經(jīng)元，以及由1015個(gè)連接構(gòu)成的復(fù)雜神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。上個(gè)世紀(jì)，在從細(xì)胞和分子水平上理解神經(jīng)細(xì)胞方面，我們?nèi)〉昧撕艽蟮倪M(jìn)展，大致理解了在神經(jīng)系統(tǒng)中攜帶信息的電信號(hào)是怎樣由神經(jīng)元產(chǎn)生和加工的，不同類型的感覺信息是如何編碼、如何經(jīng)過突觸由一個(gè)神經(jīng)元傳遞給另一個(gè)神經(jīng)元的，以及突觸是怎樣改變其傳遞效率與結(jié)構(gòu)來“記憶”之前發(fā)生的神經(jīng)活動(dòng)，也就是過去的經(jīng)驗(yàn)的。
人們?cè)诶斫庖曈X、聽覺、嗅覺等感覺信號(hào)加工的神經(jīng)環(huán)路機(jī)制上也取得了不錯(cuò)的進(jìn)展，但我們對(duì)于復(fù)雜功能，如學(xué)習(xí)、記憶、注意、決策，還知之甚少，更不用說共情、自我意識(shí)、思考和語言了。語言是人類特有的能力，我認(rèn)為對(duì)于語言加工背后的神經(jīng)環(huán)路機(jī)制的理解是神經(jīng)科學(xué)最重要的目標(biāo)之一。由腦損傷導(dǎo)致的語言障礙為研究語言的神經(jīng)機(jī)制提供了有價(jià)值的線索，但由于我們只能采用非侵入式實(shí)驗(yàn)手段來研究人腦，想要對(duì)語言進(jìn)行深入研究是十分困難的。
NSR：那么“意識(shí)”呢？當(dāng)我意識(shí)到我正在進(jìn)行采訪，我的腦中發(fā)生了什么？
蒲慕明：在我看來，意識(shí)只是腦的一種特定狀態(tài)，是多個(gè)腦區(qū)電活動(dòng)的產(chǎn)物。當(dāng)你考慮你自身以及你與外界的互動(dòng)時(shí)，這種狀態(tài)就會(huì)產(chǎn)生。當(dāng)我們睡著或接受全身麻醉時(shí)，這種狀態(tài)會(huì)暫時(shí)消失，而當(dāng)腦遭受嚴(yán)重?fù)p傷后進(jìn)入植物人狀態(tài)時(shí)，將會(huì)不可逆地失去“意識(shí)”。意識(shí)是可以科學(xué)地研究的，法國(guó)科學(xué)家Stanislas Dehaene等人的開創(chuàng)性研究表明，“意識(shí)狀態(tài)”涉及到許多不直接接受感覺輸入的腦區(qū)的活動(dòng)。這與思考等其他高級(jí)認(rèn)知功能是相似的。如果我讓你閉上眼思考“國(guó)家科學(xué)評(píng)論”的意義，功能MRI和PET成像會(huì)顯示你腦中的許多區(qū)域是活躍的，包括大腦皮層中的大部分區(qū)域。當(dāng)我們能夠清楚知道哪些神經(jīng)環(huán)路參與了意識(shí)相關(guān)腦狀態(tài)的產(chǎn)生，以及它們是怎樣被激活和調(diào)控時(shí)，神經(jīng)科學(xué)在理解意識(shí)上面的工作將在很大程度上完成。
NSR：神經(jīng)科學(xué)研究的未來趨勢(shì)是什么？
蒲慕明：上個(gè)世紀(jì)，神經(jīng)科學(xué)在宏觀和微觀層面上取得了很大的進(jìn)展。在宏觀層面，我們現(xiàn)在對(duì)于哪些腦區(qū)參與腦的哪些功能以及它們的協(xié)調(diào)活動(dòng)如何產(chǎn)生動(dòng)物行為有了很清楚的了解。在微觀尺度，我們對(duì)于神經(jīng)元是怎樣產(chǎn)生、傳遞和加工神經(jīng)信號(hào)也有了很清楚的了解。但是，在我們的宏觀認(rèn)識(shí)和微觀認(rèn)識(shí)中間有一條鴻溝：對(duì)于腦中由大量神經(jīng)元形成的復(fù)雜神經(jīng)環(huán)路是如何加工神經(jīng)信息的，我們?nèi)匀恢跎佟Ｎ磥砩窠?jīng)科學(xué)的重要任務(wù)是理解神經(jīng)環(huán)路結(jié)構(gòu)以及它們執(zhí)行各種腦功能時(shí)的活動(dòng)規(guī)律。
NSR：你認(rèn)為我們什么時(shí)候能解開人腦的所有奧秘？
蒲慕明：就像我們探索外部宇宙的奧秘一樣，對(duì)于“內(nèi)部宇宙”——我們的腦的探索也幾乎是沒有止境的。這并非是因?yàn)檫@些奧秘是超自然的，不依賴于腦的物質(zhì)構(gòu)造的，而是緣于許多人類行為，如“自由意志”，背后的神經(jīng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。這意味著我們所要理解的是一種因人而異的自然現(xiàn)象。一些心理學(xué)家認(rèn)為他們已經(jīng)對(duì)人類的行為了解得很清楚了，不需要去打開腦這個(gè)黑箱。但是對(duì)和我一樣的神經(jīng)科學(xué)家來說，如果不知道這些行為現(xiàn)象是如何由大腦產(chǎn)生，不知道神經(jīng)環(huán)路是怎樣產(chǎn)生行為的，那么我們的理解就是不完整的。還原論方法已經(jīng)在物理和化學(xué)領(lǐng)域取得了豐碩的成果，它也同樣應(yīng)當(dāng)適用于神經(jīng)科學(xué)。
神經(jīng)科學(xué)的最終發(fā)展將會(huì)遠(yuǎn)超我們的想象，這是因?yàn)槲覀兯鶕碛械募夹g(shù)，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能以足夠高的時(shí)間和空間分辨率來觀察運(yùn)轉(zhuǎn)中的活體大腦，更不用說分析與理解大量神經(jīng)元的活動(dòng)了?，F(xiàn)在神經(jīng)科學(xué)的發(fā)展階段最多相當(dāng)于19世紀(jì)末的物理和化學(xué)。關(guān)鍵的概念和技術(shù)上的突破還沒有出現(xiàn)，這也是使神經(jīng)科學(xué)如此吸引年輕人的原因，這里還有太多等待他們前來探索和解決的問題。
NSR：神經(jīng)科學(xué)面臨的最大挑戰(zhàn)是什么？
蒲慕明：在接下來的十年中，有兩大挑戰(zhàn)：一是以單個(gè)神經(jīng)元和神經(jīng)纖維分辨率來同時(shí)觀察活體腦中一大群神經(jīng)元的活動(dòng)；二是對(duì)實(shí)驗(yàn)中記錄到的，反映特定認(rèn)知過程中神經(jīng)元?jiǎng)討B(tài)活動(dòng)的極大量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和解讀。
神經(jīng)科學(xué)與人工智能
NSR：腦啟發(fā)的人工智能最近成為了熱門話題，你認(rèn)為神經(jīng)科學(xué)會(huì)以什么方式對(duì)人工智能產(chǎn)生貢獻(xiàn)？
蒲慕明：人工智能是一個(gè)重要領(lǐng)域，它正推動(dòng)著許多新技術(shù)的產(chǎn)生。人工智能的核心是機(jī)器學(xué)習(xí)，驅(qū)動(dòng)AlphaGo戰(zhàn)勝李世石的強(qiáng)大深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（DNN）就屬于機(jī)器學(xué)習(xí)的范圍。我們現(xiàn)在應(yīng)用的AI大多被設(shè)計(jì)用來執(zhí)行特定任務(wù)，而機(jī)器學(xué)習(xí)算法需要大量的數(shù)據(jù)集和強(qiáng)大的運(yùn)算能力，才能獲得執(zhí)行圖像分類、下棋等任務(wù)的能力。相較而言，人腦更擅長(zhǎng)處理多任務(wù)，快速實(shí)現(xiàn)多感覺整合，歸納以及決策，而且只需要非常低的能耗。
NSR：為什么腦的效率比人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)高這么多？
蒲慕明：這是因?yàn)槟X中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜架構(gòu)（連接模式）是在長(zhǎng)時(shí)間的學(xué)習(xí)中塑造的，從我們剛生下來，我們生命中每時(shí)每刻的經(jīng)驗(yàn)都在塑造我們的腦。實(shí)際上，利用極大數(shù)據(jù)集對(duì)腦架構(gòu)進(jìn)行的研究已經(jīng)開始，流過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的所有信息都在不停地塑造著腦神經(jīng)連接，改變著連接強(qiáng)度，也改變著連接的物理結(jié)構(gòu)。而現(xiàn)在的機(jī)器學(xué)習(xí)卻只考慮了連接強(qiáng)度的改變。
NSR：AI怎樣向腦學(xué)習(xí)呢？
蒲慕明：機(jī)器學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)應(yīng)該也可以像腦網(wǎng)絡(luò)一樣被學(xué)習(xí)塑造。此外，機(jī)器學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)還可以借鑒腦中的許多其他特性。這些特性都是在進(jìn)化中逐漸優(yōu)化，適用于信息加工的。例如，可以對(duì)信號(hào)做不同處理（興奮性、抑制性，以及它們的不同亞型）的多種處理單元（神經(jīng)元）的同時(shí)存在是很有必要的。單元之間的連接也可以是多樣化的，不但可以前饋，也可以有反饋和側(cè)向連接。網(wǎng)絡(luò)中信息存儲(chǔ)的方式也可以是非常高效和通用的：信息就存儲(chǔ)在加工信息的連接中，根據(jù)信息流的特點(diǎn)可選擇短期存儲(chǔ)或長(zhǎng)期存儲(chǔ)；如果沒有進(jìn)一步鞏固，這種存儲(chǔ)則會(huì)衰減。使用脈沖信號(hào)與延時(shí)傳遞來編碼時(shí)間信息也是非常重要的。脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（SNN）現(xiàn)在已經(jīng)被用于機(jī)器學(xué)習(xí)，如果它能吸取腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中突觸的依賴脈沖時(shí)序的可塑性（STDP）等眾多特性，是一種更加自然的網(wǎng)絡(luò)。
NSR：很多人認(rèn)為類腦人工智能是危險(xiǎn)的，類人機(jī)器人會(huì)取代我們的工作甚至?xí)y(tǒng)治和奴役人類。你怎樣認(rèn)為？
蒲慕明：現(xiàn)在，很多人不是已經(jīng)成為高科技的奴隸了嗎？我知道有不少人離不開手機(jī)，而且無論何時(shí)何地都聽它指揮。但我不認(rèn)為AI在本質(zhì)上是危險(xiǎn)的。當(dāng)然，科技是把雙刃劍——核技術(shù)既能發(fā)電也能毀滅我們。如果我們有信心，相信社會(huì)能夠建立有效的機(jī)制來確保這些技術(shù)只被應(yīng)用于對(duì)我們有益的方面，那我們就無需擔(dān)心AI。從20世紀(jì)50年代開始，很多人一直對(duì)原子彈的制造心存恐懼，認(rèn)為人類將會(huì)很快經(jīng)歷毀滅性的核災(zāi)難。但是我們現(xiàn)在活得挺好，不是嗎？我認(rèn)為答案在于我們是否對(duì)人性以及社會(huì)的自我調(diào)控能力抱有積極態(tài)度。
NSR：你現(xiàn)在是中國(guó)科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心（CEBSIT）的主任，這個(gè)中心是做什么的呢？
蒲慕明：人們已經(jīng)逐漸認(rèn)識(shí)到，腦科學(xué)與腦啟發(fā)的計(jì)算技術(shù)有很多可以互相學(xué)習(xí)的地方。這個(gè)中心是中科院2014年建立的首批四個(gè)卓越創(chuàng)新中心之一。它是一個(gè)跨學(xué)科的，多機(jī)構(gòu)組成的中心，旨在通過形成合作的研究團(tuán)隊(duì)來加強(qiáng)中科院現(xiàn)有的研究力量，以解決腦科學(xué)與包括腦啟發(fā)的計(jì)算方法和設(shè)備在內(nèi)的智能技術(shù)上的主要前沿問題。
NSR：它是一個(gè)多實(shí)驗(yàn)室組成的聯(lián)合體嗎？它是怎樣運(yùn)作的？
蒲慕明：它遠(yuǎn)遠(yuǎn)不只是實(shí)驗(yàn)室之間的松散聯(lián)合，CEBSIT要求各實(shí)驗(yàn)室將主要研究精力投入到中心的聯(lián)合項(xiàng)目中來。依據(jù)CEBSIT、研究者及其所在研究機(jī)構(gòu)簽訂的三方協(xié)議，研究者所在機(jī)構(gòu)將會(huì)支持研究者進(jìn)行CEBSIT相關(guān)的研究活動(dòng)，而研究者在CEBSIT項(xiàng)目中做出的科學(xué)貢獻(xiàn)也會(huì)被納入各機(jī)構(gòu)的考評(píng)體系。中心還將負(fù)責(zé)有效地組織和協(xié)調(diào)團(tuán)隊(duì)合作以承擔(dān)大型國(guó)家研究計(jì)劃，其中就包括中國(guó)腦計(jì)劃。此外，它也是中科院研究機(jī)構(gòu)設(shè)置改革的一個(gè)探索，中科院希望此類中心可以改善各研究所研究項(xiàng)目的重復(fù)性與碎片化現(xiàn)狀。
NSR：腦科學(xué)和智能技術(shù)是兩個(gè)分開的學(xué)科，兩個(gè)領(lǐng)域中的研究者能夠很好的交流嗎？
蒲慕明：這確實(shí)是一個(gè)關(guān)鍵問題。在兩個(gè)學(xué)科中間有著以不同的科研訓(xùn)練、語言以及文化造成的隔閡，但是回顧人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的歷史，幾個(gè)基本的神經(jīng)科學(xué)概念，如連接權(quán)重的改變，Hebb規(guī)則，多層結(jié)構(gòu)以及循環(huán)連接，都曾為機(jī)器學(xué)習(xí)帶來了巨大的活力。我們相信當(dāng)兩個(gè)學(xué)科的研究者真正在一起工作時(shí)，一定會(huì)產(chǎn)生新的火花。我們中心就是要努力成為一個(gè)可以促成此種交流的研究平臺(tái)。
“高影響力”論文，創(chuàng)新，與中國(guó)科學(xué)的未來
NSR：1984年清華大學(xué)生物系復(fù)建，你參與其中。1999年中科院神經(jīng)科學(xué)研究所創(chuàng)立，你又是其中的主導(dǎo)者，并擔(dān)任第一任所長(zhǎng)。可以談一談過去三十年中，你在中國(guó)的工作嗎？
蒲慕明：在20世紀(jì)80年代，中國(guó)還沒有能力為生物學(xué)的基礎(chǔ)研究提供足夠支持，所以在清華生物系復(fù)建時(shí)，我們主要目標(biāo)是建立一個(gè)高質(zhì)量的教學(xué)體系。到90年代末，政府開始大規(guī)模投資基礎(chǔ)研究，那時(shí)創(chuàng)建的神經(jīng)所才能夠有足夠的資金來進(jìn)行基礎(chǔ)研究，中國(guó)的神經(jīng)科學(xué)家才開始在國(guó)際舞臺(tái)上做出高水平貢獻(xiàn)。但直到大概10年前，當(dāng)中國(guó)的研究環(huán)境逐漸發(fā)展，開始吸引越來越多在國(guó)外接受過訓(xùn)練的年輕科學(xué)家回國(guó)發(fā)展，神經(jīng)所才真正開始快速發(fā)展。年輕海歸的回國(guó)熱潮使包括神經(jīng)所在內(nèi)的中國(guó)基礎(chǔ)研究機(jī)構(gòu)快速擴(kuò)張，并且在國(guó)際期刊上發(fā)表的文章也得到了快速增長(zhǎng)。但這種增長(zhǎng)是以文章數(shù)量而不是質(zhì)量來進(jìn)行衡量的，并且只有少數(shù)實(shí)驗(yàn)室能在自己的領(lǐng)域中處于國(guó)際領(lǐng)先地位。這是一個(gè)嚴(yán)峻的問題，我們的每個(gè)實(shí)驗(yàn)室都得到了政府的大量資助，但與科技發(fā)達(dá)國(guó)家相比，具有國(guó)際影響力的高水平論文卻相當(dāng)少。
NSR：研究成果質(zhì)量和影響力的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是什么？可否依據(jù)發(fā)表在高影響因子期刊上的論文數(shù)量？
蒲慕明：論文數(shù)量和影響因子確實(shí)是基礎(chǔ)科學(xué)領(lǐng)域中最直接的國(guó)際性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。但是我要指出，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)存在一系列問題。首先，發(fā)表在這些高影響因子期刊上的很多文章實(shí)際上并不具有高的影響力。這是因?yàn)楹芏喔哂绊懸蜃悠诳呄蛴诎l(fā)表熱門領(lǐng)域的文章。這些熱門領(lǐng)域的開創(chuàng)性文章確實(shí)具有高影響力，但這些領(lǐng)域中后期發(fā)表的文章，雖然其真正影響力通常較低，卻也很容易被大量引用，這些文章又反過來推高了期刊的影響因子。由于全世界的研究機(jī)構(gòu)都過于看重發(fā)表在這些期刊上的論文，在這些期刊上發(fā)表文章就變得越來越難，為發(fā)表而產(chǎn)生的不合理競(jìng)爭(zhēng)也開始出現(xiàn)。為了使各級(jí)考評(píng)中的評(píng)審者滿意，許多年輕科學(xué)家都為在高影響因子期刊上發(fā)表文章花費(fèi)了太多精力，也承受著巨大的壓力，然而事實(shí)上，很多作為評(píng)審者的科學(xué)家本身，也很難在這些期刊上發(fā)表論文。許多有天分的年輕科學(xué)家，特別是生命科學(xué)領(lǐng)域的年輕科學(xué)家，正遭受著“高影響因子期刊”和“研究機(jī)構(gòu)要求”的雙重詛咒。
NSR：有沒有替代的方式？怎樣不通過發(fā)表高影響因子論文而具有影響力？
蒲慕明：歸根結(jié)底，創(chuàng)新的科學(xué)成果一定會(huì)產(chǎn)生影響力。創(chuàng)新的本質(zhì)是不循規(guī)蹈矩。為了在這些所謂的高影響因子期刊上發(fā)表文章，大多數(shù)情況下你不僅需要遵守嚴(yán)格的數(shù)據(jù)采集、分析和解釋的標(biāo)準(zhǔn)，而且需要遵循被同行廣泛接受的范式與思想。但是，創(chuàng)新的科學(xué)常常需要打破領(lǐng)域中的既有范式。我們需要為打破常規(guī)的科學(xué)思想提供可以蓬勃發(fā)展的科研制度與研究氛圍。當(dāng)我們?cè)u(píng)價(jià)科學(xué)家時(shí)，我們不僅僅要考慮他們?cè)诟哂绊懸蜃悠诳习l(fā)表了多少論文，還要考慮他們研究的創(chuàng)造性與新穎性。大多數(shù)中國(guó)研究機(jī)構(gòu)還沒有做到這一點(diǎn)。我們的科學(xué)共同體仍然太年輕，中國(guó)的大部分研究機(jī)構(gòu)缺少進(jìn)行創(chuàng)新性科學(xué)研究的傳統(tǒng)。畢竟，中國(guó)基礎(chǔ)研究得到大力支持的時(shí)間其實(shí)只有二十年。
NSR：你指出了中國(guó)科學(xué)面臨的問題。能提出一個(gè)具體的分階段方案來解決這些問題嗎？
蒲慕明：我還無法給出一個(gè)快速的解決方案。如果我們都承認(rèn)這些問題需要解決，那么我們就應(yīng)該為解決問題而共同努力。例如，為了打破高級(jí)別期刊的“詛咒”，我們可以建立新的出版途徑，來發(fā)表那些可能不被高影響因子雜志接受的創(chuàng)新性研究成果，并建立新的、重視研究原創(chuàng)性的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。我們現(xiàn)在已經(jīng)開始在NSR上發(fā)表原始研究論文。我們希望NSR發(fā)表的研究成果在滿足嚴(yán)格科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，可以不一定符合領(lǐng)域內(nèi)的主流范式。其中的一些成果最終將會(huì)獲得高影響力。
NSR：你覺得中國(guó)科學(xué)需要多久才能達(dá)到世界一流，與發(fā)達(dá)國(guó)家平分秋色？
蒲慕明：在一些科學(xué)領(lǐng)域，中國(guó)已經(jīng)能夠或者即將能夠做到這一點(diǎn)。但對(duì)于其他的許多領(lǐng)域，我們還有很長(zhǎng)的路要走。但是，考慮到在漫長(zhǎng)的人類歷史中，中國(guó)的發(fā)展道路一直不同于西方國(guó)家，并且形成了獨(dú)特的文化和價(jià)值觀，未來的中國(guó)科學(xué)也可能會(huì)沿著一條與西方國(guó)家不同的道路來發(fā)展。我以為，未來的中國(guó)科學(xué)不會(huì)止步于“與西方國(guó)家平分秋色”。作為世界上人口最多的國(guó)家，中國(guó)具有悠久的知識(shí)傳統(tǒng)，隨著全球影響力的不斷增強(qiáng)，中國(guó)科學(xué)將可以在世界上具有獨(dú)一無二的獨(dú)特影響力。
NSR：能解釋一下“中國(guó)科學(xué)獨(dú)特影響力”的來源嗎？
蒲慕明：這種獨(dú)特性可以來自很多方面。例如，中國(guó)或其他發(fā)展中國(guó)家可以利用西方科學(xué)界不具備的資源，來解決一些西方科學(xué)家不會(huì)去關(guān)注的科學(xué)問題。在我所在的神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域，由于我們有非人靈長(zhǎng)類（如獼猴）的獨(dú)特資源作為實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型，中國(guó)神經(jīng)科學(xué)在破譯靈長(zhǎng)類（包括人類）特有的高級(jí)認(rèn)知功能的神經(jīng)基礎(chǔ)上是獨(dú)一無二的。中國(guó)擁有巨大的腦疾病患病人群，在政府大力支持中國(guó)腦計(jì)劃的前提下，中國(guó)科學(xué)家將可能建立起對(duì)于幾種主要腦疾病的有效早期診斷和早期干預(yù)方法——這是全世界神經(jīng)科學(xué)家為之努力，但始終沒能取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展的艱巨任務(wù)。在其他領(lǐng)域也存在類似機(jī)遇，例如，中國(guó)的環(huán)境科學(xué)家可以通過有效地解決發(fā)展中國(guó)家人口密集城市的污染問題，來為世界做出獨(dú)特的貢獻(xiàn)。
從物理學(xué)到神經(jīng)科學(xué)
NSR：你出身于物理專業(yè)，又是怎樣成為一名神經(jīng)科學(xué)家的？
蒲慕明：我在臺(tái)灣清華大學(xué)學(xué)習(xí)物理學(xué)，后來加入了約翰霍普金斯大學(xué)的物理研究生項(xiàng)目，但我一直對(duì)生物學(xué)感興趣。1968年，我在詹姆斯·沃森的《雙螺旋》剛出版時(shí)就讀了這本書，并對(duì)書中講述的一個(gè)事實(shí)十分著迷：一個(gè)生物物理學(xué)方法，X射線晶體學(xué)，解決了生物學(xué)中最重要的問題之一——基因復(fù)制的機(jī)制。在霍普金斯，我足夠幸運(yùn)地進(jìn)入了杰出生物物理學(xué)家Richard Cone的實(shí)驗(yàn)室，并在他的指導(dǎo)下完成了我的博士學(xué)位論文研究。在那里，我首次完成了對(duì)細(xì)胞膜蛋白擴(kuò)散系數(shù)的定量測(cè)量。我對(duì)膜蛋白擴(kuò)散的興趣又引領(lǐng)我開啟了對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)中突觸形成過程的研究：研究本應(yīng)隨機(jī)擴(kuò)散的膜蛋白是怎樣在突觸富集，并執(zhí)行神經(jīng)元間信號(hào)傳遞功能的。從生物物理學(xué)到神經(jīng)生物學(xué)的轉(zhuǎn)型，在我看來，是順理成章的。
NSR：物理背景對(duì)你的神經(jīng)科學(xué)研究有什么幫助？
蒲慕明：作為一個(gè)物理系的學(xué)生，我比大多數(shù)的生物系學(xué)生學(xué)了更多的物理和數(shù)學(xué)。最明顯的優(yōu)勢(shì)是，我不會(huì)被物理方法和數(shù)學(xué)分析嚇倒。在使用電生理方法時(shí)，我感到十分自如，而這一方法對(duì)于腦內(nèi)信號(hào)加工的研究是至關(guān)重要的。另一方面，我的物理背景可能影響了我在神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域中的研究興趣。面對(duì)多樣的生命現(xiàn)象，統(tǒng)一的規(guī)律更加吸引我。但我不會(huì)說這是一個(gè)優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樯飳W(xué)的本質(zhì)就是多樣性，而理解這些多樣性是怎樣產(chǎn)生的是生物學(xué)的主要目標(biāo)之一。
NSR：你對(duì)于神經(jīng)科學(xué)最大的貢獻(xiàn)是什么？
蒲慕明：在新穎性上，大概是發(fā)現(xiàn)了神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子能夠增強(qiáng)突觸信號(hào)傳遞的效率。在影響力上，我認(rèn)為是我對(duì)于STDP現(xiàn)象的貢獻(xiàn)。在1997-1998年，我和同事們精確地劃定一個(gè)時(shí)間窗口，在這個(gè)窗口中，突觸前和突觸后神經(jīng)元的脈沖可以導(dǎo)致突觸傳遞效率的變化，而這種變化是學(xué)習(xí)和記憶的細(xì)胞基礎(chǔ)。我們發(fā)現(xiàn)如果突觸前的脈沖經(jīng)常發(fā)生于突觸后脈沖之前大約20毫秒的時(shí)間窗口內(nèi)，這個(gè)突觸的效率會(huì)增強(qiáng)；而如果突觸后脈沖先于突觸前脈沖，突觸的效率會(huì)減弱?，F(xiàn)在，STDP被認(rèn)為是突觸儲(chǔ)存記憶的最適“學(xué)習(xí)規(guī)則”。這一規(guī)則也已經(jīng)開始被機(jī)器學(xué)習(xí)算法所借鑒。
NSR：你現(xiàn)在的主要研究興趣是什么？
蒲慕明：我在鼓勵(lì)并幫助年輕的神經(jīng)科學(xué)研究者使用猴子作為實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛠砝斫飧呒?jí)認(rèn)知功能。同理心、自我意識(shí)和語言的神經(jīng)環(huán)路機(jī)制是神經(jīng)科學(xué)中很重要的問題，我覺得現(xiàn)在是時(shí)候開始研究這些問題了。我現(xiàn)在自己并不做實(shí)驗(yàn)，因?yàn)槲以趯?shí)驗(yàn)室外還承擔(dān)著許多職責(zé)，但是我會(huì)經(jīng)常和我的同事討論實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)分析以及解釋。
NSR：你同時(shí)扮演著科學(xué)家、教育者和管理者等多種角色。你覺得哪種角色最富挑戰(zhàn)性？你最享受的又是哪種角色？
蒲慕明：要想做得好，每種角色都是非常有挑戰(zhàn)性的。在我的職業(yè)生涯中，我也在這三類工作中都獲得了很大的樂趣。樂趣常源于有成果，這意味著我在這幾種角色中都取得了一些成果。在我的職業(yè)生涯中，我絕大多數(shù)的時(shí)間是在做科學(xué)，但我會(huì)說這并不完全是由科學(xué)的挑戰(zhàn)性或我個(gè)人對(duì)科學(xué)的興趣所驅(qū)使的，而是由環(huán)境、機(jī)會(huì)以及我想讓自己對(duì)于社會(huì)更有用的愿望驅(qū)動(dòng)的。我在1976年完成博士后研究，申請(qǐng)的第一份工作是在聯(lián)合國(guó)教科文組織當(dāng)工作人員，因?yàn)槲耶?dāng)時(shí)認(rèn)為我的背景適合在這個(gè)領(lǐng)域工作，但我沒能獲得面試機(jī)會(huì)。后來我在加利福尼亞大學(xué)歐文分校找了份教職。我過去以及現(xiàn)在都認(rèn)為受過科研訓(xùn)練的人除了做研究外，在其他領(lǐng)域也能做出巨大的貢獻(xiàn)。例如，我們的社會(huì)需要更多的接受過扎實(shí)科研訓(xùn)練的管理者和新聞?dòng)浾摺Ｎ艺J(rèn)為，我們應(yīng)該訓(xùn)練并鼓勵(lì)年輕人成為活躍在其他領(lǐng)域中的具備科學(xué)素養(yǎng)的從業(yè)者，而不限于成為做研究的科學(xué)家。
英文原文2017年2月發(fā)表于《國(guó)家科學(xué)評(píng)論》(National Science Review, NSR)，原標(biāo)題為“Mu-ming Poo: China Brain Project and the future of Chinese neuroscience”?！秶?guó)家科學(xué)評(píng)論》是科學(xué)出版社旗下期刊，與牛津大學(xué)出版社聯(lián)合出版?！吨R(shí)分子》獲《國(guó)家科學(xué)評(píng)論》和牛津大學(xué)出版社授權(quán)刊發(fā)該文中文翻譯。
如需閱讀英文版，請(qǐng)點(diǎn)擊以下鏈接：https://doi.org/10.1093/nsr/nwx014
，或點(diǎn)擊文末“閱讀原文”可跳轉(zhuǎn)。
NSR專欄往期文章：
吳仲義、蒲慕明：現(xiàn)今學(xué)術(shù)出版走上的錯(cuò)路
中國(guó)的有機(jī)合成：傳統(tǒng)深厚，未來可期——專訪周其林、馮小明
對(duì)話國(guó)際機(jī)器學(xué)習(xí)協(xié)會(huì)創(chuàng)始主席：人類哪些工作不會(huì)被機(jī)器取代？
從實(shí)驗(yàn)室走向市場(chǎng)的物質(zhì)量子工程
制版編輯：許逸｜
