繪制人腦地圖

繡夫

2001年2月12日，由6國科學(xué)家共同參與的國際人類基因組公布了人類基因組圖譜及初步分析結(jié)果。這個被譽(yù)為生命科學(xué)“登月計劃”的研究項(xiàng)目取得重大進(jìn)展，為人類揭開自身奧秘奠定了堅實(shí)的基礎(chǔ)。

眾所周知，在宇宙內(nèi)的所有物體當(dāng)中，人類的大腦是最復(fù)雜的。人腦是由錯綜交織的神經(jīng)元細(xì)胞構(gòu)成的，其數(shù)量如同銀河系中的星星一樣多。神經(jīng)元是大腦中的特殊細(xì)胞，通過其外隔膜可以產(chǎn)生簡單的峰值電壓。這些電壓脈沖可以沿著神經(jīng)軸傳播，激發(fā)大腦中其他化學(xué)信號的釋放。這些二進(jìn)制的0或1脈沖載有關(guān)于我們和這個世界的信息：我們看見了什么？為什么而生氣？該走哪條路等等。然而這些以毫秒計算的電壓是如何編碼的呢？是否在大腦的不同地方脈沖信號的含意也不盡相同呢？所以，搞清信息在神經(jīng)元活動中如何編碼的，是探索大腦奧秘的重中之重。

科學(xué)家承認(rèn)，一個多世紀(jì)以來，對大腦的探索才剛剛觸及了這個巨大科學(xué)挑戰(zhàn)的表層。研究大腦，必然比人類基因組測序更加復(fù)雜。最近，美國奧巴馬政府希望整合領(lǐng)域內(nèi)已有的研究，配置科研資金，啟動一個為期10年的項(xiàng)目，最終繪制出一份記錄人腦活動的完整的地圖。

目前，距離做到這一點(diǎn)，科學(xué)家還有很遠(yuǎn)的路要走。在他們啟動這一程序之前，他們必須開發(fā)出能分析大腦的儀器。而在他們開發(fā)出能適用于人類的儀器之前，他們必須先在一些較為簡單的物種身上獲得成功，當(dāng)然先要假定在那些動物身上得出的結(jié)論能應(yīng)用于人類。

動物研究當(dāng)前的最高水平，是可以同時從約一千個神經(jīng)元中取樣，而人腦有約850億～1000億個神經(jīng)元。拉斐爾·尤斯特博士是美國哥倫比亞大學(xué)的一名神經(jīng)學(xué)家，曾率先使用激光來測量老鼠大腦皮層中神經(jīng)元的活動。他說：“對于人類，我們必須開發(fā)新的技術(shù)，其中一些得從零開始?！?/p>

2014年發(fā)表在《神經(jīng)元》期刊上的一篇文章描述了一種繪制活躍人腦地圖的可能方法。這篇文章由6位知名科學(xué)家署名，提出應(yīng)該從神經(jīng)元數(shù)量非常少的物種開始，隨后轉(zhuǎn)向越來越復(fù)雜的動物。

但是，這樣一路研究到人，將是一個巨大跨越，以至一名曾參與美國這一研究計劃制定的科學(xué)家索爾克研究所的神經(jīng)學(xué)家特里·謝諾沃斯基把這項(xiàng)挑戰(zhàn)稱為“百萬神經(jīng)元的長征”。

研究者們提出了各種各樣可以用于研究的技術(shù)，但是，其中很多都還停留在模型階段，或者只是設(shè)想。其中的一些，比如美國哈佛大學(xué)維斯研究所實(shí)驗(yàn)室正在設(shè)計一款微型的納米機(jī)器人，使其能夠在人類身體中旅行。

此外，現(xiàn)在用于對人腦活動進(jìn)行高分辨率取樣的技術(shù)都需要開顱，這大大地限制了其可行性。對這些現(xiàn)有技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)取得了一些進(jìn)步，但只是在最基本水平上的突破。

盡管如此，前不久出版的《自然》期刊中，美國加州大學(xué)舊金山分校的幾位神經(jīng)外科醫(yī)生在人腦語言功能的運(yùn)作機(jī)制方面發(fā)表了重要的新見解。這項(xiàng)研究是在3名嚴(yán)重癲癇病人的允許下進(jìn)行的，研究內(nèi)容包括在他們的大腦表面安裝密集的傳感器電極網(wǎng)。據(jù)領(lǐng)導(dǎo)該研究小組的愛德華·F·張博士說，這264個電極分別從各自區(qū)域取樣，每個區(qū)域包含多達(dá)數(shù)百萬的神經(jīng)元。盡管傳感器的分辨率較為粗糙，但也是迄今為止最強(qiáng)大的。它展示出人類大腦皮層上的語言中心如何控制喉、舌、下巴、唇和臉，這些部位都參與了發(fā)聲，形成人類語言。

張博士說：“我不認(rèn)為這是一項(xiàng)重大的技術(shù)發(fā)明。但是這表明，哪怕漸進(jìn)的進(jìn)步都有作用，并且展示了這些進(jìn)步將怎樣影響我們對研究對象的理解?！倍又荽髮W(xué)小組的終極目標(biāo)是充分了解大腦的語言機(jī)制，以研發(fā)高級的人工器械，使癱瘓或中風(fēng)患者有可能開口說話。