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“中国脑计划”院士杨雄里:人类大脑时刻改变着世界(转)
发布时间:2019-07-12 11:00:47 作者:王湘蓉,吕虹

精彩导读

世界在改变人类大脑的同时,也要清醒地意识到脑本身也在改变着这个世界的运转方式和文化底色。整个社会,包括教育所发生的变化,实际上也都是人脑所决定的,这是相互作用的过程。



微信图片_20190712110049.jpg人物简介

杨雄里,中科院院士,发展中国家科学院院士。神经生物学家。1963年毕业于上海科技大学,1982年在日本获学术博士学位。复旦大学教授,“脑科学协同创新中心”主任,《大辞海》《辞海》副总主编,“Progress in Neurobiology”编委。



曾任中国科学院上海生理研究所所长,中国生理学会理事长,《生理学报》主编,《中国神经科学杂志》主编等职,长期从事视觉、色觉的研究,发表学术论文250余篇,专著、译著多部,曾获中科院自然科学一等奖、教育部自然科学一等奖、上海市自然科学一等奖、何梁何利科技进步奖、上海市科技精英奖。


科学技术发展至今,探索解决人类未来问题的新途径已成为科学研究领域的重要课题。宇宙对于人类来说,是谜一般的存在,而在人类自身的“三磅小宇宙”——脑研究领域,科学家们认为理解人类的认知过程是重要目标。面对这一终极挑战,世界各国纷纷出台“脑计划”。初冬沪上芳草未歇之际,我们就“中国脑计划”的推进工作以及脑科学在教育领域的应用研究,采访了“中国脑计划”的推动者之一,中国科学院院士、复旦大学神经生物学家杨雄里教授。


午后,暖阳斜照在复旦大学上海医学院的明道楼上,光影婆娑。穿过窄长略显昏暗的过道,复旦大学医学神经生物学国家重点实验室跃然眼前——杨雄里院士已早早在办公室等着我们。走进院士的办公室,当满壁书籍杂陈眼前时,方寸斗室可纳乾坤之感油生。我们长达三个小时的访谈,便在这墨香弥漫而又静谧的书卷堆中开始了。


1

“中国脑计划”要只争朝夕


大脑是目前人类在万千世界中发现的最为复杂的系统,也是人类自身的未解之谜。放眼寰宇,脑科学——这一神秘而又充满挑战的研究领域,正处于一个历史性的发展关键期。一方面研究发展的态势迅猛,另一方面社会的需求强烈。“我们处在阐释人类大脑奥秘的关键时刻。在这个重要的基础和应用前沿领域,中国必须占有一席之地。”杨雄里的话音铿锵有力。一下午的访谈中,面对记者提出的问题,他的回答思路清晰、条理分明,令人深切感受到其治学之严谨。


世界各国相继启动“脑计划”。近年来,脑科学研究已成“兵家必争之地”,吸引了全球众多顶尖科学家投身其中,欧洲、美国、日本等已在这一领域率先“发兵”,将脑研究提升到国家战略层面。2013年,欧盟启动10亿欧元的“人脑计划”;同年,美国宣布启动45亿美元的“美国脑计划”;2014年,日本也启动了大型脑研究计划。从各国已启动的脑计划来看,美国侧重于研发新型脑研究技术,并提出“记录神经环路中每一个神经元的每一个锋电位”的口号;欧盟从脑连接图谱角度,以超级计算机技术来模拟脑功能;日本于2014年出台的“脑计划”,则聚焦以狨猴为模型研究各种脑功能和脑疾病的机理。


杨雄里谈到,2015年,中国提出了“脑科学与类脑研究”的战略部署,并初步形成了“一体两翼”的结构框架“一体”,即以阐释人类认知的神经基础(认识脑)为主体和核心,“两翼”即脑重大疾病诊治(保护脑)和类脑计算与脑机智能(模仿脑)。目标是在未来十五年内,在脑科学、脑疾病早期诊断与干预、类脑智能计算三个前沿领域,取得国际领先的成果。


“世界各国都在紧锣密鼓推进脑计划 ,中国不能落后于人。这是为国家、为民族、为下一代争未来的事。要只争朝夕!”曾经留学美日多年的杨雄里始终保持着对国际学术前沿的高度关注,他清晰地感受到各国政府和学界在脑科学和类脑智能领域的激烈竞争。


为“中国脑计划”呐喊。“我在上世纪60年代初进入这个领域,那时正值脑科学、神经科学作为一门综合性的统一学科崛起的前夜,因而有幸见证了半个世纪来这一领域所发生的革命性变化。”对于不少新闻报道中将他称为“中国脑计划”的筹建者,杨雄里笑着自谦:“我可不敢自居为筹建者、推动者,我只是早期参与者之一。”


之所以会流传出这个说法,杨雄里告诉记者,早些年他曾牵头组织了七十余位中国神经科学家,写了一封信给时任国务院副总理的刘延东同志,呼吁中国要加速推动脑科学与类脑研究,并得到她的批示:“杨雄里院士等专家的意见很重要。”从此传出这个说法。“后来很多场合提到这个称呼,我每次都纠正。‘中国脑计划’的成功推进归功于整个中国神经科学界的共同努力,我个人只是尽了自己的一分职责,敲敲边鼓而已。”杨雄里谦虚地说。


2016年3月发布的“十三五”规划纲要,将“脑科学与类脑研究”列为“科技创新2030——新一代人工智能重大项目”,也就是我们熟知的“中国脑计划”。同年,杨雄里在《中国科学》上发表文章《为中国脑计划呐喊》。“要呐喊,是因为已经等了太久了。”杨雄里语气颇为感慨,“其实拖得还是有点久了,毕竟从2013年春中国神经科学界开始议论‘中国脑计划’到今天,已经过去近六年了。”谈到“脑计划”路线图下一步的时间节点,他笑称:“希望大约在春季。”现在,78岁的院士,已近耄耋之年,还在为“中国脑计划”忧心、呐喊,其拳拳之情令人动容。


发展“脑计划”要建立强有力的领导核心。在《为中国脑计划呐喊》一文中,杨雄里疾呼:第一要务是建立“中国脑计划”强有力的领导核心。“这个领导集体应该具有把握脑科学发展全局的能力,应该对中国脑科学研究现状了如指掌,并具有组织、领导大科学项目的丰富经验,应该具有海纳百川、集思广益、从善如流的宽广胸怀,摒除以邻为壑的门户之见,以只争朝夕的精神,组织全国相关领域的优秀专家,特别是中青年专家,在民主、和谐的气氛下,努力形成一个有前景、有内涵、有特色、可操作的我国‘脑计划’。”在谈到中国神经科学领域的专家队伍时,杨雄里认为,中国的神经科学是所有生命科学分支中力量比较强的,“神经科学领域的院士人数在国内整个生命科学领域的院士中比例相当高”。 


2018年3月和5月,北京和上海“脑科学与类脑研究中心”相继成立。对于南北两个研究中心的成立是否可以从真正意义上推进中国的“脑科学计划”,杨雄里认为这是显而易见的,但同时他也指出,要尽早明晰各自的职责,提炼出真正有分量的脑科学问题,“我也期望能尽早看到出台“中国脑计划”的具体实施细则。”


杨雄里更犀利指出,推进“中国脑计划”的挑战在于能否以革新性的机制来统筹各方资源,使“单兵作战”转向“强强联合”,确保目标最终达成。


在“脑计划”的实施中,基础研究与应用转化二者不可偏废。“对于像老年性痴呆、帕金森病这类疾病,都需要脑科学方面的基础研究。”论及“脑计划”的实施原则,杨雄里坚持认为在基础研究与应用转化上,二者不可偏废。他专门强调:“就脑变性疾病而言,要在脑的不可逆变化出现前实施干预,这要求在理论上有创新突破,同时需要研发出卓有成效的临床治疗技术手段。”


他进一步指出,在基础研究方面,不仅应该考虑学科发展的前沿,也要考虑我国的研究基础、研究队伍和是否有独特的思路等各种因素。在类脑人工智能研究方面,如能紧密联系产业发展、转型的重大需求,无疑将在创新驱动的进程中起到更重要的作用。“中国神经科学的基础研究还比较弱,在一段时间内需要借鉴国外已取得突破的研究成果来落地转化,所谓拿来主义嘛。但我们更要从长远计,在基础研究上要有我国自己核心的原创性成果。”


2

推动“脑计划”

中国神经科学家们已形成广泛共识


杨雄里表示,国内神经科学家们在某些具体研究问题上也许会有分歧,但在全力推动“脑计划”上是一致的,“这应该是中国神经科学家们共同的心愿”。为什么中国的神经科学家对“脑计划”有广泛的共识?采访中杨雄里从三方面做了深入论述。


人类对脑的认知没有终点。大脑是人类认识客观世界的主体,而其本身又具有客观存在性。“人脑本身就是一个主客观统一的独特存在,更关键的一点在于,脑科学是人类对认识主体的研究。”杨雄里冷静地阐述道,作为人类理解自然界现象和人类本身的终极疆域,人类对脑的研究和认知过程,同样都发生在人脑内。人到底是怎么思维的,又是如何通过行为来改变世界的,这些都是具有根本意义的问题。


统计数据显示,过去30年产生的有关神经科学的知识大概是20世纪80年代以前的46倍。在微观上,人类对脑和神经系统的研究已深入到细胞和分子水平,对神经信号的发生和传递的规律,以及作为脑认知和行为基础的神经回路机制,乃至对困扰人们已久的若干脑及神经系统疾病的病因和发病机制,都已有了相当的知识积累。但是,时至今日,大脑依旧是人类认知的黑洞。


特别是脑的高级复杂功能(感知、认知、意识、情绪、语言等),这都是涉及大群神经细胞活动及相互作用的动态过程,这种过程会因内外环境的变化而显现出极其复杂的、多维度的改变,其后果是脑活动强烈的不确定性。这不仅给实验研究带来许多困难,也意味着脑高级活动遵循的规律并不完全与物质世界运动的规律相同。


杨雄里以人类梦境的不可重复性来举例说明:“昨天做的梦,在今天同样的睡眠环境,不可能再精准地重复一遍。要知道,科学追求的实证规律总结就源于可重复性的实验操作。”他进一步解释说,一旦客观物质世界分子细胞层面的运动升华为人脑精神层面的运动,就会产生一些客观物质世界的规律不能支撑阐释的新机制。从这个层面来说,脑的动态并非一种纯生理层面的动态机制,而是与哲学等社会科学相互影响相互作用的。因此,对于脑的很多高级认知功能的研究,必须运用新的实验方法、手段、技术乃至新的思维、观点,而这显然不是一蹴而就的过程。脑科学宛如科研领域王冠上那颗最灿烂的明珠,光芒耀眼,却又捉摸不定、深不可测,吸引着世界各国的神经科学家们为此着迷。对此,杨雄里平静地总结:“认识脑的这个过程,是没有终点的。”


正如恩格斯在《反杜林论》里提出的,在不同的历史时期,人类不断地认识着一些相对真理,但对于绝对真理人类只能无限地逼近,而不能穷尽它。作为一个终身持续发展的动态系统,脑的终极奥秘可以说是绝对真理。在杨雄里看来,脑科学完全不同于类似基因组测序研究的生命科学领域。“也许有一天科学家会宣称,基因组的奥秘已经大白于天下,从此进入‘后基因组’时代;但无法设想有一天人类进入‘后脑’时代。这就是为什么脑科学被称为自然科学最后的疆域。”


脑研究能提升重大脑疾患的早期诊断和干预水平。我国是人口大国,患脑神经系统疾病的人数众多,且由于这些疾病会影响人类的高级认知功能(如思维和意识),从而影响整个社会的发展,造成社会成本和压力逐渐上升。当下,迫切需要研究出预防、诊断和治疗脑疾病的新方法和新途径。按现在拟定的计划,研究的主要目标集中在儿童青少年的自闭症、各种类型的成瘾、中青年抑郁症、老年痴呆症、帕金森病等。


“这些病症所影响的群体远比我们日常生活中所感知到的庞大得多,它们影响的不仅仅是一个个体,一个家庭,而是整个社会。”杨雄里说道。“脑计划”将要建立大型项目平台,大量收集相关脑疾病的数据,建立科学家、卫生部门等多方协调的工作机制,通过在分子、细胞、神经回路层面上对这些疾病的遗传、表观遗传及病理性功能失调等开展深入研究,更清楚地认识其发病机制、病因,从而提高早期诊断和干预水平。


类脑智能将是未来科研和产业革命新的爆发点和增长点。谈到类脑智能,杨雄里坦诚地说:“人工智能目前正成为全社会的热点。顾名思义,人工智能就是通过人工的途径实现人类的智能。需要指出的是,人工智能的实现可以借鉴脑的工作原理,也可以完全与人脑的工作原理无关。由于人工智能的重要性,国家已另设专项展开研究。”杨雄里指出,在“脑计划”中,自然就应该强调借鉴脑的工作原理所实现的智能,即所谓的“类脑智能(brain-inspired intelligence)”。


之所以强调类脑研究,是因为经过长期进化,大脑具有不少独特的信息处理特点。正是这些特点使这个重量只有三磅的器官每秒完成的动态链接高达千万次量级,可储存的信息量相当于美国国会图书馆藏书总量所包含信息的50倍。科学家们普遍认为,依据这些特点所研发的新一代信息处理系统要比现有的要高明得多。


杨雄里认为,类脑人工智能的核心在于脑科学、计算科学、信息科学和医学等学科领域密集的交叉融合,它将有力地推进新的产业革命,甚至改变社会范式。不仅如此,它还将为人脑功能和结构研究提供有力的方法和手段,乃至崭新的思路。类脑智能研究无疑是“中国脑计划”的重要组成部分,它和脑工作原理的基础研究相互促进,将成为未来科学研究和产业革命新的爆发点和增长点。


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3

用脑研究成果改进教育

是教育者和脑科学家的共同使命


运用脑科研成果指导教育实践,是“中国脑计划”的又一个重要方面。 论及脑科学对教育的实证指导,比起儿童的学习能力训练,杨雄里更关注儿童精神层面的涵养。脑的生理机制是精神思维活动生发的载体,“但只是底层基座,还不是上层建筑。”杨雄里认为,如果教育是在建构人的脑,那么这种建构就不能仅仅停留在生物学的层面上,更要有哲学层面的思考。


杨雄里进一步解释,除训练和发展脑的能力之外,精神的浸润方为根本。“育人,我们讲德智体美劳。比如德吧,道德观念隶属精神层面,进一步就会上升到意识形态,所以教育不能仅仅停留在生物学层面。”杨雄里表示,世界在改变人类大脑的同时,也要清醒地意识到脑本身也在改变着这个世界的运转方式和文化底色。整个社会,包括教育所发生的变化,实际上也都是人脑所决定的,这是相互作用的过程。


跨越脑科学与教育实践间的鸿沟。杨雄里一直对儿童智力发展、教育改革等高度关注。回忆起同脑科学与教育研究的缘起,他笑称,这还要追溯到1998年教育部的一场会议。彼时,杨雄里应教育部之邀,参加了“脑科学研究和素质教育”座谈会,会议目的是推进脑科学和教育的结合,与会的专家来自脑科学、心理学、教育学等不同领域。


杨雄里当时注意到,尽管与会者在他们从事研究的领域都是专家,但对其他领域都只有有限的认识。脑科学家并不熟悉教育科学的新进展以及教育改革中存在的具体问题,其他专家对脑科学近年的重大进展也是语焉不详。杨雄里深刻地感受到,“要推进脑科学和教育的结合,不同学科专家之间加强交流、建立共同语言实在太有必要了”。


为此,1999年他牵头在北京召开了一场以“脑高级功能与智力潜能的开发”为主题的第一届香山会议,力促不同学科专家之间的交流合作。会后,受教育部之托,杨雄里又组织了中国科学院上海生理研究所和北京师范大学心理学系的相关专家,合力出了一份咨询报告《脑科学与儿童智力发展》,并上呈教育部 ,就儿童智力发展、脑科学与教育的关系等专题向李岚清同志作了汇报。


“里面有些脑科学的研究成果也许过时了,但其中论及的很多教育原则对当下依然有启示。”回忆二十年前的那份报告,杨雄里语气平淡而不失坚定。廿载光阴过隙,当时提的很多问题今天依旧存在。“可以说,中国的神经科学研究在过去20年才算真正起步了,但在脑科学和教育实践间还是有相当大的跨度,依然需要相关学科的研究人员共同努力,不断地促进学术上的沟通,消弭实践上的鸿沟。”


脑科学规律与教育规律并重。“对教育而言,实际上我们现在既要运用脑科学指导教育实证研究,也要看到其中的局限。”杨雄里冷静而理智。他再次强调,对大脑的认知过程,对人脑的感知、思维、情绪、意识、决策等高级功能,我们的了解都还只是冰山一角。“教书育人,我们都说是在塑造孩子的灵魂,这里面真正关注的是人脑的高级功能。因而谈到运用脑的工作原理来有效地指导教育发展,依然路漫漫而修远。”


杨雄里以外语学习为例,“很多研究成果证实,从脑区的语言功能发育机制来看,外语学得较早的确效果会更好。但不应该把这个结论作为学习外语的普遍指导方针。”杨雄里说:“外语只是一门工具,对绝大多数人来说,将外语练习到母语水平,并不是外语教学本身的目的。”


在杨雄里看来,在童年和青少年时代,从语言学习来说,最重要的是学好母语。杨雄里同时分享了他自学俄文、英文、日文、德文的经历:“我自己的经验是,能把母语学好学精的人,学外语也不会差。”他表示,虽然属不同语系的语言学习,脑的活跃区会有差异,但语言的产生取决于全脑相关区域的协同工作,即使语系不同,可语言学习规律是有共通之处的。


他指出,脑的活动有共同的规律,但也有明显的个体差异,在具体问题上更受制于很多环境和条件,因此育人不能一味考虑脑的发展规律,更要遵循教育自身的规律,包括要考虑不同文化和环境背景下的后天特殊性。对教育实践来说,脑发展规律与教育规律二者不可偏废。这是杨雄里多年秉持的观点,也是他作为科学家严谨客观的立场与态度。


脑科普要融入整个教育体系。“运用脑研究成果来改进我们的教育工作,是教育工作者和脑科学工作者的共同使命,需要政府、社会和家庭的合力。”他强调,科学家们需要积极宣传,普及脑科学的知识,以引起全社会的关注。这也是杨雄里多年来坚持为青少年做脑科普的初衷。在2018年4月底上海科技馆举行的科普大讲坛上,杨雄里围绕“读脑术”的主题,为现场的小朋友们深入浅出地做了一场脑科普讲座。“我们的大脑无与伦比,应该让孩子们从小对自己的脑有基本的了解,学会如何保护自己的脑,更科学地学习成长。”


当被问及哪些脑研究成果适合做脑科普时,杨雄里直言:“最有必要普及的是那些基础性的、已经被证实的脑规律。”他相信,当孩子从科学的角度理解了大脑“学习记忆关键期”的概念,才能真正珍惜“黄金般的学习时光”。


“脑的可塑性”这一概念,也经常出现在杨雄里科普讲座的案例里。“我经常在科普报告中举这类例子,比如训练有素的小提琴手,他们协调手指运动的脑功能区神经元电活动信号比普通人活跃得多。又比如,资深的品酒师,处理味觉信息的脑区比常人的脑神经活动丰富得多。”而正是脑的终生可塑性,才保证了一个个体的脑始终处于变化中,“什么时候学都不晚,但要珍惜学习记忆关键期的时光”。这样的讲座,杨雄里记不清做了多少场。


对于如何从宏观上推动脑科普,杨雄里一语蔽之:“要与教育的整个体系融合起来。”他强调,有些脑的基本知识以及已被广泛证实的前沿进展要融入教科书中。谈到此,杨雄里轻轻抿了口手中的凉咖啡,杯中溢出的香和着书卷气凝成绕梁的味道,弥漫在这能见天地的容膝之室。


与杨雄里院士的一席谈,让我们无比笃定,科学家让我们更懂这个世界。那些贮藏在他们脑中无数的智慧,看似没有丝毫重量,渺若微尘,却比满天的星辰更加璀璨耀眼,给我们打开了一扇又一扇闻所未闻的思维之门,也给我们带来了一个无限延伸的世界,让人类的生命空间变得更加辽阔。面向人类未来的科学探索,我们的科学家们仍在不懈地努力,他们的信念不会成为明日黄花,永远是星辰北斗,指引着人类在荆棘遍布中更好地行走,而不至于淹没在未来不明的科技洪流之中。


来源:光明社教育家