今天小编分享的科学经验：全世界砸了上百亿给它，到底图什么？，欢迎阅读。
再过几天，历时十年、畅想着重构人类大腦远大梦想的欧洲" 人类大腦计划 "（Human Brain Project，HBP）即将落下帷幕。
这十年里，欧盟为这个计划资助了 6 亿欧元。
欧洲 " 腦计划 " 官网，宏大的目标已经变为科学设施与平台的搭建
类似的，与欧盟 " 腦计划 " 一同在 2013 年开始的，还有美国的" 创新性神经技术大腦研究 " 计划（brain research through advancing innovative neurotechnologies，BRAIN），他们的投入远远超过其他国家，截至 2022 年已投入至少 24 亿美元，预计到 2027 年将投入 66 亿美元；
美国 " 腦计划 " 官网，口号是 " 拓宽对大腦的理解 "
不仅如此，日本 2014 年开始的" 综合神经技术用于疾病研究的腦图谱 " 计划（brain mapping by integrated neurotechnologies for disease studies，BRAIN/MINDS）投入 3.65 亿美元，尝试解析狨猴的大腦结构。
日本 " 腦计划 " 官网，通过狨猴神经网络了解人类大腦与相关疾病
陆陆续续的，韩国、澳大利亚、加拿大也纷纷推出了自家的 " 腦计划 "，资助的金额也绝对不比其他国家少。
2021 年，中国科技部发布《科技创新 2030-" 腦科学与类腦研究 " 重大项目 2021 年度项目申报指南》，预示着中国 " 腦计划 " 的启动，首批拨款预算高达 32 亿元，整体规划预计在百亿到千亿的级别。
中国 " 腦计划 " 的整体布局 | 图源：陆林等，2022.
为什么研究腦子要砸这么多钱？各个国家研究都是图什么？而这些研究做出了什么成果呢？我们不妨借着欧洲 " 腦计划 " 的落幕，展开聊聊我们最可能关心的 " 腦计划 " 问题。
（以下为便于理解，均与 xx 国 " 腦计划 " 指代各国的 " 腦计划 "）
不同国家一个又一个的 " 腦计划 " 推出，投入的经费也一个比一个夸张。难道这会成为一种 " 军备竞赛 " 式的比拼吗——谁花的钱更多，砸出更丰富的研究成果，就会是胜利？
如果单看经费和科研成果，那可能就是美国的大胜利了 | 图源：Nature 杂志
我们不能排除这其中的可能性，但是如果纵观不同国家的腦计划，就会发现大家其实会有不同的侧重点：
• 美国 " 腦计划 " 侧重于技术的快速发展，比如当下神经科学最需要的单细胞、成像、示踪等等技术，再以技术发展推动科学问题解决；
• 欧洲 " 腦计划 " 侧重于图谱的构建、大腦的模拟和大数据的汇总，希望以此解决复杂的腦科学问题，比如认知、神经模型、人腦原理；
• 日本 " 腦计划 " 几乎以狨猴的腦结构、基因表达、神经连接为导向，希望以此基础来解决科学与疾病的问题；
• 中国 " 腦计划 "（如上文图）则优先用有限的经费和现有的猕猴资源，解决最关键、迫切的科学问题——疾病和类腦智能；
• ……
至于大家的选择、方向谁对谁错，现在显然没有定论，各个国家的腦计划之间也有沟通交流，避免出现太多的重复性工作（但显然重复性工作不可避免）。但是，其实可以看到几乎全部 " 腦计划 " 希望解决的问题，可以归纳为三个： 从科学、到疾病，再到智能。
这三个大问题，哪个都不好解决。
科学：从大科学再聚焦到小问题
神经科学其实是一个很广阔的概念，不同的神经科学研究者也会有 " 隔行如隔山 " 的感觉——不同的感觉、不同的行为、不同的神经环路、不同的神经发育。不同的研究者会提出各式各样不同的问题，而腦计划想要解决这些多样的问题，就会形成一个趋势——大科学为导向。
从大腦中全部细胞的类型、功能，到每个细胞里的基因表达，再到不同神经元之间的连接，各个国家的腦计划都是通过所谓基因组学、转录组学、表观组学、连接组学这些 " 组学 " 的方法，从整体出发解析，之后再计划以此为踏板，挖掘具体的问题。
比如美国 " 腦计划 " 数年来发表的小鼠、人类、猕猴腦图谱；
比如欧洲 " 腦计划 " 执着的人类大腦多层次数据；
比如日本 " 腦计划 " 对狨猴的全方面解析；
比如中国 " 腦计划 " 刚刚发表的猕猴全腦细胞图谱。
这些研究工作大而广，目的不是解决科学问题，而是为各自 " 腦计划 " 的发展打个基石，之后大家才能在这个基础上，继续用不同的技术去研究发展其他科学问题。
但是这个大科学的基石，不那么好打。时至今日，可能也没人敢说自己的研究成果能解析清楚大腦里每一个细胞，每一段连接是什么样的。
疾病：如何让大家不仅活得长，还活得好
而在众多科学问题中，最与我们息息相关的，就是健康与疾病。
我们知道癌症、心血管疾病、糖尿病等等是危及老年健康最可怕的几种疾病，但是不少精神疾病却直接影响了我们的意识与认知，大部分都与大腦有关。
比如经常在老年人中出现的阿尔兹海默症，过去常用的一个含贬义的名称是 " 老年痴呆症 "，其实也是一个在神经科学上目前无解的疾病，也是目前各国腦计划中最关注的疾病之一。
比如如今巨大的社会压力下，不少人出现抑郁症、焦虑症、精神分裂症，其实往往也和某些神经回路有着直接的关系。
比如很多孩子刚来到这个世界，无法与身边的同龄人交流，患有自闭症，其实就是一种典型的神经遗传疾病，现有的研究正在从基因组与基因表达的层面进一步挖掘关键的致病机制
日本与中国 " 腦计划 " 将通过基因编辑手段构建精神疾病相关的狨猴 / 猕猴疾病模型 | 图源：Nature 杂志
此外还有各类罕见病、遗传病，比如智力障碍、各类癫痫相关疾病、小头症等等，都与大腦息息相关。但也正是因为与大腦息息相关，如果我们不能对大腦有更深入的认识与了解，就无法解答这些疾病的原因，这些精神疾病也大多是暂时无法彻底根治的疾病。
智能：人类大腦的智能是否有尽头
另一个终极命题，则和最近大火的人工智能息息相关——可惜人工智能的出现并不是来自腦科学的创新。
最初欧洲 " 腦计划 " 的前身，来自瑞士洛桑联邦理学院创立的 " 蓝腦计划 "，其主要目标就是利用计算机模拟一个数字版的哺乳动物（比如小鼠）大腦。虽然他们模拟了上千万个细胞的连接，也发现其中出现了一定的信号，但是其意义如何，众说纷纭。
导演 Noah Hutton 的纪录片《In Silico》揭示了蓝腦计划和欧洲腦计划幕后一些矛盾，也是真实存在于各个大科学项目中的问题 | 图源：Sandbox Films
而在中国 " 腦计划 " 也希望借助对神经的丰富连接和不同腦区功能的划分作为切入点，尝试在人工智能和机器人设计上进行更好的优化，至于结果如何，我们还要拭目以待。
事实上，人类的智慧来源于自然选择的进化过程，换句话说，它是从一个原始大腦反复迭代产生的结果，那就意味着其中除了精妙的结构之外，肯定也存在缺陷（比如我们现在远远不如人工智能的一些能力），也肯定存在不少冗余的结构。
因此从大腦本身出发，真的会是更好的人工智能未来吗？这个争论可能短时间不会有回答。
科学问题，疾病机制，人工智能，这些问题当然很重要，但是也很宏大难以解决——其实概念早在几十年前都已经提出，但是一直没有进展。
这也是为什么需要设立上百亿的 " 腦计划 " 来尝试解决这些难题。但真的就能顺利解决吗？
有限的经费，无限的问题
在刚刚提到的三个问题的基础上，其实从中可以衍生出无数的科学问题，而每个科学问题的提出者都会坚持自己所关注的问题是最重要的——那如何分配有限的资金到急需优先解决的科学问题上，就变得格外重要了。
在这个问题上，美国 " 腦计划 " 选择了用大量的经费优先提升技术水平，再用技术反哺问题的解决；中国与日本则是关注到各自所拥有的动物资源，努力从猕猴和狨猴上来解决复杂的神经问题……
欧洲 " 腦计划 "，则是那个做出 " 反面教材 " 的案例。
大科学的团队管理困难重重
欧洲腦计划在 2013 年提出后，迅速让当时正在领导 " 蓝腦计划 " 的亨利 · 马克拉姆（Henry Markram）来主持。但是很快问题就出现了。
亨利 · 马克拉姆（Henry Markram）| 图源：Wikipedia
仅仅在项目启动九个月后，腦计划中成员就联名给提供资金支持的欧盟委员会写了一封公开信，呼吁应该重新考虑欧洲 " 腦计划 " 的实施问题。
问题出在了哪？ 主要原因就在于马克拉姆觉得自己研究的问题最为重要。欧洲 " 腦计划 " 最初是由两个大的领網域结合而成——一个是神经科学启发计算开发的跨学科领網域，另一个则是马克拉姆领导的 " 蓝腦计划 " 的模拟计算领網域
但是马克拉姆不仅把大量的 " 腦计划 " 经费用在了模拟大腦计算和数据存储上，甚至要把和认知神经相关的 18 个实验室的研究全部砍掉，这就引起了大批研究者的不满，不少反对者也认为在不知道大腦连接方式的情况下就模拟大腦，没有意义。
2015 年，在欧盟委员会的审查下，马克拉姆的三人执行委员解散，取而代之的是由 22 人组成的新的执行委员会。而这也是最终今年欧洲 " 腦计划 " 结束后，整个项目的成果看起来也有些 " 支离破碎 " 的主要原因之一。
除此之外，中国 " 腦计划 " 也面临着同样的问题——现阶段的设计确实是我们最关注的问题吗？花费大量精力去解析猕猴的腦图谱和神经连接图谱，是真正关键的问题吗？在开始之初，这些争论在各个国内神经领網域专家间想必也有发生，但是情况如何，未来又如何，我们只能报以期待了。
技术发展何时可以解决问题？
而除了科学家间的协调，另一个更根本的问题在于技术是否成熟。以各国 " 腦计划 " 最关心的连接组学为例，解析了神经元的连接，就能破解大腦功能的各种关键问题，但是事情远远没那么顺利。
最早的方法是利用核磁共振成像（MRI）技术来检验大腦中的结构，但这类成像的精度有限，也难以复现大腦连接的信息。
部分欧洲科学家的思路，是利用电子显微镜成像的方式解析，但这就带来了海量的数据计算问题—— 1 立方厘米的空间的电子显微镜影像，计算起来可能需要数百年的时间。而人类大腦，大约由 1500 立方厘米左右。
目前利用电子显微镜重构的唯一一个动物成年大腦——果蝇的大腦 | 图源：Dorkenwald S, et al. 2023
中国科学家提出的解决思路是利用高分辨率的荧光示踪成像技术 fMOST，以达到 1 微米分辨率的成像精度——但是因为荧光示踪能标记的神经元有限，这就意味着要标记全腦数以亿计的神经元，就需要巨量的实验动物和海量的成本。
fMOST 成像原理图
除此之外，背后的技术稳定、海量数据的存储、分析等等问题都在等待着科学家们解决，这也是各国 " 腦计划 " 正在努力突破的问题之一。
不同于过去的阿波罗计划或者曼哈顿计划，登月成功或者原子弹爆炸，就能说明计划的成功，腦计划展示出来的恰恰是生命科学的特征——高度复杂的系统、极度依赖于新技术以及多样且无止尽的科学问题。
简单总结，想要解决腦科学的关键问题，道还远着。
参考文献：
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