脑科学的未来

文/杨雄里

最近几年,随着多国“脑计划”的推出和实施,人类正以宏大的气势把脑研究推向新的高度。对未来脑科学发展,我们能做怎样的预测呢?

对脑的活动规律和机制的研究
我们能够期待,在细胞、分子层面上对脑的活动规律和机制将有更深入的了解,而对这些自然规律的认识将对社会的发展和人类的健康作出重大的贡献。例如,对遗传性脑疾患,可望借助“遗传编辑”技术矫正遗传突变,从而使脑功能有所恢复。这方面的研究虽多有争议,必须谨慎从事,但人类终将走出隧道,迎接光明。又如,在治疗神经退行性疾病时,基于对神经系统发育特性的解析,采取特殊的处理,有可能将胶质细胞或干细胞转换为已变性的神经细胞,从而使其具有部分修复功能。当然,用新生或健康的同类神经元来取代损伤的神经元,并没有解决全部问题。这是因为只有由一群神经元,而并非单个神经元,彼此以特殊方式连接起来形成神经环路,且其中每个成员均各司其职、协同工作,才能保证目标的实现。这就好比在足球比赛中,要把球射进对方的大门,需要全体队员的配合,替补队员单是上场是不够的,尚须融入整个团队,出色地扮演所指定的角色。因此,为了使某种神经元受损所致功能的丧失有所恢复,还需要替补神经元和周围神经元之间形成特有的联系。要做到这一点难度不小,但这方面的研究已经开始渐显曙光。
我们可以预期,旨在阐明脑的高级复杂功能——心智(包括学习、记忆、语言、意识、思维、智力等)机制的研究,将逐渐占据整个脑科学舞台的中央。诚如诺贝尔奖得主埃里克 · 坎德尔在21世纪伊始所预言的,21世纪对心智的研究堪比20世纪对基因的研究。他的预言正在逐渐应验,其中对记忆机制的研究近年来取得的重大进展令人瞩目。
关于学习和记忆神经机制,最初形成的只是概念性框架——记忆的核心是神经可塑性。20世纪70年代,神经活动的长时程增强现象的发现进一步推进了对记忆奥秘的认识。近年来,对记忆如何存储、提取以及记忆移植的研究取得了重大进展。回忆一下围绕“记忆痕迹”展开的故事,其中的道理发人深省。“记忆痕迹”是20世纪初提出的一个概念,但最初饱受争议,直到最近才积累了扎实的神经生物学证据,这些证据表明小鼠确实存在与某种记忆有关的所谓“记忆痕迹细胞”。如果用特殊的方法杀死这些细胞,则相应的记忆便不复存在;当激活这些细胞时,相应的记忆就会产生,即使动物原来并没有这种记忆。这一研究的进展具有里程碑式的意义,这个最初几乎被完全否定的概念随着研究的进展又重现光华。这反映了对一个复杂的科学问题的认识呈现的辩证发展的轨迹:人们总是在不断地纠正谬误的过程中冲破时代的局限性,逐渐加深对科学问题的认识。

探索心智的奥秘
但是,对心智的认识,总体而言还是极其粗浅的。如果把认识心智的奥秘比作对新大陆的探索,那么我们已经看到的还只是新大陆周围星星点点的岛屿,真正的新大陆还是一片广袤无垠的陌生之地。这当然不仅是因为心智所涉及的是散布在不同脑区的多个神经回路的协同活动,更是由于对心智的研究具有“自我指涉”(self.referential)的特点(即研究的问题涉及研究者的主观意识),这就使客观事物所显现的表象往往是易变的,难以捉摸。
还有一点需要指出:人的心智有不少(如语言)是人类所特有的,一些心智(如学习、记忆)虽然动物也有,但与人类的有明显差异。这就是说,对于心智的研究,在许多情况下缺乏合适的动物模型,而合适的动物模型对阐明心智活动的细胞和分子机制是至关重要的。没有模型,细胞和分子水平研究的进行就很受限制。因此,心智研究固然有其特殊的意义,但是我们还严重缺乏能触及这些问题核心的技术、手段、方法。坎德尔说的好:“心智的生物学研究并非只是前景远大的科学探索,也是一种重要的人文方面的追求;它架设起自然科学和人文科学间的桥梁。这是一种新的整合,其成果不仅将使我们更好地认识神经精神疾患,也将加深对我们自身的了解。”心智研究的这一特点决定了它将沿着一条漫长而崎岖的道路前进。

对类脑智能的思考
脑科学的研究还促使我们思考某些重要问题。曾几何时,我们曾津津乐道借鉴脑的工作原理发展人工智能的重要性(类脑智能)。这无疑是正确的。当我们谈到人工智能发展对人类社会的影响时,我们更多涉及的是:如何限制非人类机器智力的载体可能表现的有害倾向,努力使之与现今世界的生态系统相适应;如何缓和人类对这种挑战的过激反应对人工智能是否会超越人类,从而驾驭人类社会这一问题的探讨,往往会流于肤浅。例如,笔者在一年多前撰写的一本科普书中曾振振有词地说:从一个根本的意义来说,人类智慧是不可超越的。但是最近,特别是ChatGPT问世后,我对这个问题进行了重新思考,有了新的认识:没有任何证据,也不应该存在先验的证据,表明人工智能就一定不会超越人脑智能。考虑到人工智能的发展只有短短几十年的时间,假以时日,从长远的角度看,毋宁说,这种可能是存在的。早在70年前,著名的控制论专家诺伯特 · 维纳就提醒过人们:“未来的世界将是一场要求更高的斗争,以对抗我们智力的极限,而并非是一张舒适的软吊床,我们可以躺在那儿惬意地等候着我们机器人奴仆的伺候。”诚哉斯言!

注:本文中“脑”泛指“神经系统”,在脑科学与神经科学之间不作严格的区分。


杨雄里,神经生物学家、生理学家,中国科学院院士,发展中国家科学院院士。复旦大学教授,脑科学研究院院长、学术委员会主任,《辞海》副主编。长期从事神经科学研究,领衔组织国家级脑科学重大项目和重点项目多项,并获多种奖励。中国脑科学计划主要倡议者和推动者之一。

 

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