独家|上海即将启动“全脑介观神经联接图谱”计划

人类大脑被称为“三磅的小宇宙”。研究人脑的奥秘可能是人类历史上信息量最大的工程，但是科学家们从未放弃。

在上海世界人工智能大会期间，由复旦大学主办的一场类脑人工智能主题论坛上，中国科学院院士、神经科学研究所所长、中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心主任蒲慕明向第一财经记者透露，上海即将启动全脑介观神经联接图谱国际合作计划，“我们将联合神经所和交大、复旦、华师大等上海高校一起实施，这是一项持续长达二三十年的长期工程。”

脑图谱绘制是各国科技战略重点

今年5月2日，“全脑介观神经联接图谱”国际合作计划在北京召开的香山科学会议第S40次学术讨论会上提出，以蒲慕明院士为代表的与会科学家在会议上提出启动该计划，目标于2020年完成十万级神经元的斑马鱼大脑介观图谱，2025年完成小鼠全脑介观图谱，2030年完成猕猴全脑介观图谱。图谱将确定神经元空间位置、“输入”、“输出”、以及与大脑功能（如行为、情感等）的因果关系等。

香山会议上，蒲慕明院士指出：“当前，脑图谱绘制已成为各国科技战略重点，主导发起全脑介观神经联接图谱绘制是实现我国脑科学由‘并跑’向‘领跑’转变，占据国际科技制高点的重要支撑。”

今年1月，克隆猴中中与华华问世，登上了《细胞》杂志封面，标志着第一个经由体细胞核移植产生的灵长类动物被成功克隆，被视为明确所有基因序列、能实施可探测标记的全脑图谱绘制的实验样本。

蒲慕明院士是这项研究的主导者。他告诉第一财经记者：“做介观图谱是为了研究大脑神经的结构，从而帮助理解大脑的结构，有了结构才能知道功能，这样就可以知道大脑是怎么工作的。”

他同时向第一财经记者解释道：“做大脑图谱是一项非常复杂的工程，需要很多工具、标记神经元，克隆猴中中、华华为未来的介观图谱研究奠定了标准化模型，以它们为标准，所有的猴子都按照这个标准来做。”

人脑中的神经元可能多达千亿，而每个神经元又同时与成百上千个其他神经元形成传递信息的连接（突触），研究大脑的连接组，就是要对近千亿神经元之间相互连接的情况进行全面的研究与分析，可想而知这项工程的艰巨。

全脑尺度上解析结构

在全脑尺度上解析结构和功能神经联接图谱是揭示脑工作原理的关键，也是全面理解认知功能神经基础的必由之路。全脑介观神经联接图谱介于“宏观”和“微观”之间，研究纳米、微米级别的神经元细胞的类型和活动，既能反映出全脑情况，又能反映神经元精细结构甚至神经联接情况，被科学家比喻为一项“既见森林、又见树木甚或树叶”的研究。

按照计划，到2020年要完成有10万个神经元的斑马鱼全脑介观图谱的绘制。“斑马鱼全脑介观图谱不只要绘制10万个神经元的位置，还要完成神经元细胞的分类，还要完成神经元细胞的分类，确定上百种神经元细胞的输入和输出联接及其活动，以及每个类型细胞活动的追踪。”蒲慕明院士表示。

先进的设备仪器是基础科研的必要支撑。在仪器装备和数据处理效率有数量级提升的条件下建立规模化作业的工程平台，能为即将启动的国家脑计划提供突触水平神经联接图谱绘制的一站式解决方案。

目前，中科院自动化所已研制出拥有自主知识产权的高通量电镜三维影像系统。利用该平台，中科院神经科学研究所研究员杜久林团队已开展了大脑体积约为0.125立方毫米的幼龄斑马鱼全脑神经联接图谱的绘制。

据第一财经记者了解，华中科技大学副校长骆清铭教授带领团队利用历时16年完成的显微光学切片断层成像技术，已获得小鼠全脑及细胞构筑、血管网络和神经元形态的三维重建图谱。骆教授的技术平台有望为上海的“全脑介观神经连接图谱”提供支撑。

上海脑-智工程总负责人、著名神经科学家、中科院上海分院副院长张旭院士对第一财经记者表示：“全脑介观神经连接图谱将为类脑智能技术的发展提供研究的科学基础。”

脑科学和人工智能是当今国际科技前沿热点，结合神经生物学原理发展的脑启发智能算法应用迅速崛起，催生了新一代类脑人工智能系统，为疾病诊断、智能机器人、通用人工智能等战略性新兴产业带来巨大的发展机遇，成为全球产业发展和升级新的爆发点和增长点。

对此，蒲慕明院士表示：“在人工智能神经网络的发展过程当中，很多基石都是来自过去。有些是得益于人脑的这样一些自动回路的研究，比如说人脑是如何来分析信息的。我觉得要说在未来更多的人工智能方面的一些进展，更多的脑科学研究的成果会融入到人工智能发展当中。”

牛津大学神经学家、英国皇家科学院院士Colin Blakemore教授对第一财经记者表示：“人工智能取得的很多成就都是依靠和大脑完全不一样的机制，比如说高速的运作以及巨大的存储能力、强大的计算能力等等，这些都是大脑不具备的能力。而且人工智能也可以在不加选择的情况下同时进行大量流程的运作，这与大脑的运作机制也不同。”