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楊雄里:人類大腦時刻改變著世界

更新時間:2019-4-12 10:47:36


楊雄里,中科院院士,發展中國家科學院院士。神經生物學家。1963年畢業于上?萍即髮W,1982年在日本獲學術博士學位。復旦大學教授,“腦科學協同創新中心”主任,《大辭!贰掇o!犯笨傊骶,“Progress in Neurobiology”編委。

   曾任中國科學院上海生理研究所所長,中國生理學會理事長,《生理學報》主編,《中國神經科學雜志》主編等職,長期從事視覺、色覺的研究,發表學術論文250余篇,專著、譯著多部,曾獲中科院自然科學一等獎、教育部自然科學一等獎、上海市自然科學一等獎、何梁何利科技進步獎、上海市科技精英獎。

  科學技術發展至今,探索解決人類未來問題的新途徑已成為科學研究領域的重要課題。宇宙對于人類來說,是謎一般的存在,而在人類自身的“三磅小宇宙”——腦研究領域,科學家們認為理解人類的認知過程是重要目標。面對這一終極挑戰,世界各國紛紛出臺“腦計劃”。初冬滬上芳草未歇之際,我們就“中國腦計劃”的推進工作以及腦科學在教育領域的應用研究,采訪了“中國腦計劃”的推動者之一,中國科學院院士、復旦大學神經生物學家楊雄里教授。

  午后,暖陽斜照在復旦大學上海醫學院的明道樓上,光影婆娑。穿過窄長略顯昏暗的過道,復旦大學醫學神經生物學國家重點實驗室躍然眼前——楊雄里院士已早早在辦公室等著我們。走進院士的辦公室,當滿壁書籍雜陳眼前時,方寸斗室可納乾坤之感油生。我們長達三個小時的訪談,便在這墨香彌漫而又靜謐的書卷堆中開始了。

  1“中國腦計劃”要只爭朝夕

  大腦是目前人類在萬千世界中發現的最為復雜的系統,也是人類自身的未解之謎。放眼寰宇,腦科學——這一神秘而又充滿挑戰的研究領域,正處于一個歷史性的發展關鍵期。一方面研究發展的態勢迅猛,另一方面社會的需求強烈!拔覀兲幵陉U釋人類大腦奧秘的關鍵時刻。在這個重要的基礎和應用前沿領域,中國必須占有一席之地!睏钚劾锏脑捯翮H鏘有力。一下午的訪談中,面對記者提出的問題,他的回答思路清晰、條理分明,令人深切感受到其治學之嚴謹。

 世界各國相繼啟動“腦計劃”。近年來,腦科學研究已成“兵家必爭之地”,吸引了全球眾多頂尖科學家投身其中,歐洲、美國、日本等已在這一領域率先“發兵”,將腦研究提升到國家戰略層面。2013年,歐盟啟動10億歐元的“人腦計劃”;同年,美國宣布啟動45億美元的“美國腦計劃”;2014年,日本也啟動了大型腦研究計劃。從各國已啟動的腦計劃來看,美國側重于研發新型腦研究技術,并提出“記錄神經環路中每一個神經元的每一個鋒電位”的口號;歐盟從腦連接圖譜角度,以超級計算機技術來模擬腦功能;日本于2014年出臺的“腦計劃”,則聚焦以狨猴為模型研究各種腦功能和腦疾病的機理。

  

 楊雄里談到,2015年,中國提出了“腦科學與類腦研究”的戰略部署,并初步形成了“一體兩翼”的結構框架!耙惑w”,即以闡釋人類認知的神經基礎(認識腦)為主體和核心,“兩翼”即腦重大疾病診治(保護腦)和類腦計算與腦機智能(模仿腦)。目標是在未來十五年內,在腦科學、腦疾病早期診斷與干預、類腦智能計算三個前沿領域,取得國際領先的成果。

  

 “世界各國都在緊鑼密鼓推進腦計劃 ,中國不能落后于人。這是為國家、為民族、為下一代爭未來的事。要只爭朝夕!”曾經留學美日多年的楊雄里始終保持著對國際學術前沿的高度關注,他清晰地感受到各國政府和學界在腦科學和類腦智能領域的激烈競爭。

 

  為“中國腦計劃”吶喊!拔以谏鲜兰o60年代初進入這個領域,那時正值腦科學、神經科學作為一門綜合性的統一學科崛起的前夜,因而有幸見證了半個世紀來這一領域所發生的革命性變化!睂τ诓簧傩侣剤蟮乐袑⑺Q為“中國腦計劃”的籌建者,楊雄里笑著自謙:“我可不敢自居為籌建者、推動者,我只是早期參與者之一!

   之所以會流傳出這個說法,楊雄里告訴記者,早些年他曾牽頭組織了七十余位中國神經科學家,寫了一封信給時任國務院副總理的劉延東同志,呼吁中國要加速推動腦科學與類腦研究,并得到她的批示:“楊雄里院士等專家的意見很重要!睆拇藗鞒鲞@個說法!昂髞砗芏鄨龊咸岬竭@個稱呼,我每次都糾正!袊X計劃’的成功推進歸功于整個中國神經科學界的共同努力,我個人只是盡了自己的一分職責,敲敲邊鼓而已!睏钚劾镏t虛地說。

 

  2016年3月發布的“十三五”規劃綱要,將“腦科學與類腦研究”列為“科技創新2030——新一代人工智能重大項目”,也就是我們熟知的“中國腦計劃”。同年,楊雄里在《中國科學》上發表文章《為中國腦計劃吶喊》!耙獏群,是因為已經等了太久了!睏钚劾镎Z氣頗為感慨,“其實拖得還是有點久了,畢竟從2013年春中國神經科學界開始議論‘中國腦計劃’到今天,已經過去近六年了!闭劦健澳X計劃”路線圖下一步的時間節點,他笑稱:“希望大約在春季!爆F在,78歲的院士,已近耄耋之年,還在為“中國腦計劃”憂心、吶喊,其拳拳之情令人動容。   發展“腦計劃”要建立強有力的領導核心。在《為中國腦計劃吶喊》一文中,楊雄里疾呼:第一要務是建立“中國腦計劃”強有力的領導核心!斑@個領導集體應該具有把握腦科學發展全局的能力,應該對中國腦科學研究現狀了如指掌,并具有組織、領導大科學項目的豐富經驗,應該具有海納百川、集思廣益、從善如流的寬廣胸懷,摒除以鄰為壑的門戶之見,以只爭朝夕的精神,組織全國相關領域的優秀專家,特別是中青年專家,在民主、和諧的氣氛下,努力形成一個有前景、有內涵、有特色、可操作的我國‘腦計劃’!痹谡劦街袊窠浛茖W領域的專家隊伍時,楊雄里認為,中國的神經科學是所有生命科學分支中力量比較強的,“神經科學領域的院士人數在國內整個生命科學領域的院士中比例相當高”。

 

  2018年3月和5月,北京和上!澳X科學與類腦研究中心”相繼成立。對于南北兩個研究中心的成立是否可以從真正意義上推進中國的“腦科學計劃”,楊雄里認為這是顯而易見的,但同時他也指出,要盡早明晰各自的職責,提煉出真正有分量的腦科學問題,“我也期望能盡早看到出臺“中國腦計劃”的具體實施細則!

 

  楊雄里更犀利指出,推進“中國腦計劃”的挑戰在于能否以革新性的機制來統籌各方資源,使“單兵作戰”轉向“強強聯合”,確保目標最終達成。

 

  在“腦計劃”的實施中,基礎研究與應用轉化二者不可偏廢!皩τ谙窭夏晷园V呆、帕金森病這類疾病,都需要腦科學方面的基礎研究!闭摷啊澳X計劃”的實施原則,楊雄里堅持認為在基礎研究與應用轉化上,二者不可偏廢。他專門強調:“就腦變性疾病而言,要在腦的不可逆變化出現前實施干預,這要求在理論上有創新突破,同時需要研發出卓有成效的臨床治療技術手段!

   他進一步指出,在基礎研究方面,不僅應該考慮學科發展的前沿,也要考慮我國的研究基礎、研究隊伍和是否有獨特的思路等各種因素。在類腦人工智能研究方面,如能緊密聯系產業發展、轉型的重大需求,無疑將在創新驅動的進程中起到更重要的作用!爸袊窠浛茖W的基礎研究還比較弱,在一段時間內需要借鑒國外已取得突破的研究成果來落地轉化,所謂拿來主義嘛。但我們更要從長遠計,在基礎研究上要有我國自己核心的原創性成果!

 

  2 推動“腦計劃”, 中國神經科學家們已形成廣泛共識

 

  楊雄里表示,國內神經科學家們在某些具體研究問題上也許會有分歧,但在全力推動“腦計劃”上是一致的,“這應該是中國神經科學家們共同的心愿”。為什么中國的神經科學家對“腦計劃”有廣泛的共識?采訪中楊雄里從三方面做了深入論述。

  

 人類對腦的認知沒有終點。大腦是人類認識客觀世界的主體,而其本身又具有客觀存在性!叭四X本身就是一個主客觀統一的獨特存在,更關鍵的一點在于,腦科學是人類對認識主體的研究!睏钚劾锢潇o地闡述道,作為人類理解自然界現象和人類本身的終極疆域,人類對腦的研究和認知過程,同樣都發生在人腦內。人到底是怎么思維的,又是如何通過行為來改變世界的,這些都是具有根本意義的問題。

 

  統計數據顯示,過去30年產生的有關神經科學的知識大概是20世紀80年代以前的46倍。在微觀上,人類對腦和神經系統的研究已深入到細胞和分子水平,對神經信號的發生和傳遞的規律,以及作為腦認知和行為基礎的神經回路機制,乃至對困擾人們已久的若干腦及神經系統疾病的病因和發病機制,都已有了相當的知識積累。但是,時至今日,大腦依舊是人類認知的黑洞。

  

 特別是腦的高級復雜功能(感知、認知、意識、情緒、語言等),這都是涉及大群神經細胞活動及相互作用的動態過程,這種過程會因內外環境的變化而顯現出極其復雜的、多維度的改變,其后果是腦活動強烈的不確定性。這不僅給實驗研究帶來許多困難,也意味著腦高級活動遵循的規律并不完全與物質世界運動的規律相同。

  

 楊雄里以人類夢境的不可重復性來舉例說明:“昨天做的夢,在今天同樣的睡眠環境,不可能再精準地重復一遍。要知道,科學追求的實證規律總結就源于可重復性的實驗操作!彼M一步解釋說,一旦客觀物質世界分子細胞層面的運動升華為人腦精神層面的運動,就會產生一些客觀物質世界的規律不能支撐闡釋的新機制。從這個層面來說,腦的動態并非一種純生理層面的動態機制,而是與哲學等社會科學相互影響相互作用的。因此,對于腦的很多高級認知功能的研究,必須運用新的實驗方法、手段、技術乃至新的思維、觀點,而這顯然不是一蹴而就的過程。腦科學宛如科研領域王冠上那顆最燦爛的明珠,光芒耀眼,卻又捉摸不定、深不可測,吸引著世界各國的神經科學家們為此著迷。對此,楊雄里平靜地總結:“認識腦的這個過程,是沒有終點的!

 

  正如恩格斯在《反杜林論》里提出的,在不同的歷史時期,人類不斷地認識著一些相對真理,但對于絕對真理人類只能無限地逼近,而不能窮盡它。作為一個終身持續發展的動態系統,腦的終極奧秘可以說是絕對真理。在楊雄里看來,腦科學完全不同于類似基因組測序研究的生命科學領域!耙苍S有一天科學家會宣稱,基因組的奧秘已經大白于天下,從此進入‘后基因組’時代;但無法設想有一天人類進入‘后腦’時代。這就是為什么腦科學被稱為自然科學最后的疆域!

 

  腦研究能提升重大腦疾患的早期診斷和干預水平。我國是人口大國,患腦神經系統疾病的人數眾多,且由于這些疾病會影響人類的高級認知功能(如思維和意識),從而影響整個社會的發展,造成社會成本和壓力逐漸上升。當下,迫切需要研究出預防、診斷和治療腦疾病的新方法和新途徑。按現在擬定的計劃,研究的主要目標集中在兒童青少年的自閉癥、各種類型的成癮、中青年抑郁癥、老年癡呆癥、帕金森病等。

   “這些病癥所影響的群體遠比我們日常生活中所感知到的龐大得多,它們影響的不僅僅是一個個體,一個家庭,而是整個社會!睏钚劾镎f道!澳X計劃”將要建立大型項目平臺,大量收集相關腦疾病的數據,建立科學家、衛生部門等多方協調的工作機制,通過在分子、細胞、神經回路層面上對這些疾病的遺傳、表觀遺傳及病理性功能失調等開展深入研究,更清楚地認識其發病機制、病因,從而提高早期診斷和干預水平。

 

  類腦智能將是未來科研和產業革命新的爆發點和增長點。談到類腦智能,楊雄里坦誠地說:“人工智能目前正成為全社會的熱點。顧名思義,人工智能就是通過人工的途徑實現人類的智能。需要指出的是,人工智能的實現可以借鑒腦的工作原理,也可以完全與人腦的工作原理無關。由于人工智能的重要性,國家已另設專項展開研究!睏钚劾镏赋,在“腦計劃”中,自然就應該強調借鑒腦的工作原理所實現的智能,即所謂的“類腦智能(brain-inspired intelligence)”。

  

 之所以強調類腦研究,是因為經過長期進化,大腦具有不少獨特的信息處理特點。正是這些特點使這個重量只有三磅的器官每秒完成的動態鏈接高達千萬次量級,可儲存的信息量相當于美國國會圖書館藏書總量所包含信息的50倍?茖W家們普遍認為,依據這些特點所研發的新一代信息處理系統要比現有的要高明得多。

 

  楊雄里認為,類腦人工智能的核心在于腦科學、計算科學、信息科學和醫學等學科領域密集的交叉融合,它將有力地推進新的產業革命,甚至改變社會范式。不僅如此,它還將為人腦功能和結構研究提供有力的方法和手段,乃至嶄新的思路。類腦智能研究無疑是“中國腦計劃”的重要組成部分,它和腦工作原理的基礎研究相互促進,將成為未來科學研究和產業革命新的爆發點和增長點。

   3 用腦研究成果改進教育,是教育者和腦科學家的共同使命

  

 運用腦科研成果指導教育實踐,是“中國腦計劃”的又一個重要方面。 論及腦科學對教育的實證指導,比起兒童的學習能力訓練,楊雄里更關注兒童精神層面的涵養。腦的生理機制是精神思維活動生發的載體,“但只是底層基座,還不是上層建筑!睏钚劾镎J為,如果教育是在建構人的腦,那么這種建構就不能僅僅停留在生物學的層面上,更要有哲學層面的思考。

  

 楊雄里進一步解釋,除訓練和發展腦的能力之外,精神的浸潤方為根本!坝,我們講德智體美勞。比如德吧,道德觀念隸屬精神層面,進一步就會上升到意識形態,所以教育不能僅僅停留在生物學層面!睏钚劾锉硎,世界在改變人類大腦的同時,也要清醒地意識到腦本身也在改變著這個世界的運轉方式和文化底色。整個社會,包括教育所發生的變化,實際上也都是人腦所決定的,這是相互作用的過程。

 

  跨越腦科學與教育實踐間的鴻溝。楊雄里一直對兒童智力發展、教育改革等高度關注;貞浧鹜X科學與教育研究的緣起,他笑稱,這還要追溯到1998年教育部的一場會議。彼時,楊雄里應教育部之邀,參加了“腦科學研究和素質教育”座談會,會議目的是推進腦科學和教育的結合,與會的專家來自腦科學、心理學、教育學等不同領域。

 

  楊雄里當時注意到,盡管與會者在他們從事研究的領域都是專家,但對其他領域都只有有限的認識。腦科學家并不熟悉教育科學的新進展以及教育改革中存在的具體問題,其他專家對腦科學近年的重大進展也是語焉不詳。楊雄里深刻地感受到,“要推進腦科學和教育的結合,不同學科專家之間加強交流、建立共同語言實在太有必要了”。

 

  為此,1999年他牽頭在北京召開了一場以“腦高級功能與智力潛能的開發”為主題的第一屆香山會議,力促不同學科專家之間的交流合作。會后,受教育部之托,楊雄里又組織了中國科學院上海生理研究所和北京師范大學心理學系的相關專家,合力出了一份咨詢報告《腦科學與兒童智力發展》,并上呈教育部 ,就兒童智力發展、腦科學與教育的關系等專題向李嵐清同志作了匯報。

  

 “里面有些腦科學的研究成果也許過時了,但其中論及的很多教育原則對當下依然有啟示!被貞浂昵暗哪欠輬蟾,楊雄里語氣平淡而不失堅定。廿載光陰過隙,當時提的很多問題今天依舊存在!翱梢哉f,中國的神經科學研究在過去20年才算真正起步了,但在腦科學和教育實踐間還是有相當大的跨度,依然需要相關學科的研究人員共同努力,不斷地促進學術上的溝通,消弭實踐上的鴻溝!

 

  腦科學規律與教育規律并重!皩逃,實際上我們現在既要運用腦科學指導教育實證研究,也要看到其中的局限!睏钚劾锢潇o而理智。他再次強調,對大腦的認知過程,對人腦的感知、思維、情緒、意識、決策等高級功能,我們的了解都還只是冰山一角!敖虝,我們都說是在塑造孩子的靈魂,這里面真正關注的是人腦的高級功能。因而談到運用腦的工作原理來有效地指導教育發展,依然路漫漫而修遠!

 

  楊雄里以外語學習為例,“很多研究成果證實,從腦區的語言功能發育機制來看,外語學得較早的確效果會更好。但不應該把這個結論作為學習外語的普遍指導方針!睏钚劾镎f:“外語只是一門工具,對絕大多數人來說,將外語練習到母語水平,并不是外語教學本身的目的!

 

  在楊雄里看來,在童年和青少年時代,從語言學習來說,最重要的是學好母語。楊雄里同時分享了他自學俄文、英文、日文、德文的經歷:“我自己的經驗是,能把母語學好學精的人,學外語也不會差!彼硎,雖然屬不同語系的語言學習,腦的活躍區會有差異,但語言的產生取決于全腦相關區域的協同工作,即使語系不同,可語言學習規律是有共通之處的。

 

  他指出,腦的活動有共同的規律,但也有明顯的個體差異,在具體問題上更受制于很多環境和條件,因此育人不能一味考慮腦的發展規律,更要遵循教育自身的規律,包括要考慮不同文化和環境背景下的后天特殊性。對教育實踐來說,腦發展規律與教育規律二者不可偏廢。這是楊雄里多年秉持的觀點,也是他作為科學家嚴謹客觀的立場與態度。

  

 腦科普要融入整個教育體系!斑\用腦研究成果來改進我們的教育工作,是教育工作者和腦科學工作者的共同使命,需要政府、社會和家庭的合力!彼麖娬{,科學家們需要積極宣傳,普及腦科學的知識,以引起全社會的關注。這也是楊雄里多年來堅持為青少年做腦科普的初衷。在2018年4月底上?萍拣^舉行的科普大講壇上,楊雄里圍繞“讀腦術”的主題,為現場的小朋友們深入淺出地做了一場腦科普講座!拔覀兊拇竽X無與倫比,應該讓孩子們從小對自己的腦有基本的了解,學會如何保護自己的腦,更科學地學習成長!

  

 當被問及哪些腦研究成果適合做腦科普時,楊雄里直言:“最有必要普及的是那些基礎性的、已經被證實的腦規律!彼嘈,當孩子從科學的角度理解了大腦“學習記憶關鍵期”的概念,才能真正珍惜“黃金般的學習時光”。

  

 “腦的可塑性”這一概念,也經常出現在楊雄里科普講座的案例里!拔医洺T诳破請蟾嬷信e這類例子,比如訓練有素的小提琴手,他們協調手指運動的腦功能區神經元電活動信號比普通人活躍得多。又比如,資深的品酒師,處理味覺信息的腦區比常人的腦神經活動豐富得多!倍悄X的終生可塑性,才保證了一個個體的腦始終處于變化中,“什么時候學都不晚,但要珍惜學習記憶關鍵期的時光”。這樣的講座,楊雄里記不清做了多少場。

  

 對于如何從宏觀上推動腦科普,楊雄里一語蔽之:“要與教育的整個體系融合起來!彼麖娬{,有些腦的基本知識以及已被廣泛證實的前沿進展要融入教科書中。談到此,楊雄里輕輕抿了口手中的涼咖啡,杯中溢出的香和著書卷氣凝成繞梁的味道,彌漫在這能見天地的容膝之室。

  

 與楊雄里院士的一席談,讓我們無比篤定,科學家讓我們更懂這個世界。那些貯藏在他們腦中無數的智慧,看似沒有絲毫重量,渺若微塵,卻比滿天的星辰更加璀璨耀眼,給我們打開了一扇又一扇聞所未聞的思維之門,也給我們帶來了一個無限延伸的世界,讓人類的生命空間變得更加遼闊。面向人類未來的科學探索,我們的科學家們仍在不懈地努力,他們的信念不會成為明日黃花,永遠是星辰北斗,指引著人類在荊棘遍布中更好地行走,而不至于淹沒在未來不明的科技洪流之中。

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