为啥大脑能创作乐曲与画作？记忆和意识是如何产生的？ 我国科学家要绘人脑三维图

绘制人脑图谱难在哪？

目前，科学家已完成实验鼠的三维脑图谱，但人脑图谱难度更大——科学家估计，鼠脑有数千万个神经元，猴脑数十亿个，人脑大约860亿个。且要完成人脑成像绝不是增加机器就能解决的。成像后巨大的数据量，给存储和分析都带来了极大的挑战。据估算，一个人脑的数据量相当于约20万部4K高清电影。即便是中国最强大的超级计算机“神威太湖之光”，一套人脑数据就会把它的存储空间占满。

为什么有的大脑能洞见美妙的宇宙法则，有的能创作出扣人心弦的乐曲与画作？记忆和意识是如何产生的？为揭开大脑的奥秘，中国科学家计划为人脑中错综复杂的神经元和血管绘制出最精细的三维“地图”。

领导这项研究的海南大学校长、华中科技大学苏州脑空间信息研究院首席科学家骆清铭说：“我们期待能够像研制“两弹一星”一样，启动中国脑计划。”骆清铭说，“一旦有足够的经费支持，集中力量，我们有可能在5年至10年内获得精细的人脑图谱。”

据了解，脑科学和类脑研究已被列入“十三五”国家重大科技项目。

未来将推动类脑人工智能发展

尽管国际学术界认为绘制精细的脑图谱非常重要，但因为这项研究极为困难，学科跨度非常大，还未能获得成果。这项浩大工程犹如给一座由近千亿棵树木组成的巨大森林拍出三维照片，既要看全整座森林，又要看清每一棵树上的每一根细枝和每一片树叶。

骆清铭说：“人类缺乏大脑的观测手段，尚无法“既见树木又见森林”。我们要提供新的观测手段，获得清晰的人脑图谱，看清神经元网络是如何连接的，这将帮助分析脑疾病的机理，并推动类脑人工智能的发展。”

“脑连接及脑活动在时间、空间上不断演化，给解析脑功能带来极大挑战，但我们有理由相信，脑功能与脑活动依赖于最基本的细胞单元，好比电路网络依赖于其最基本单元——电子元器件。不同类型的神经元是解析脑功能的基础，更是脑疾病诊断与治疗的重要依据。”骆清铭说。

52岁的骆清铭是湖北蕲春人，出身农家，有着艰苦的求学经历。上世纪90年代，从事光电子研究的骆清铭在美国留学期间，在世界上首次用近红外光学的方式成像检测出了脑的活动，所发明的技术获得了美国专利。1997年，骆清铭放弃国外优越的条件回到母校华中科技大学。

借助华中科技大学多学科交叉的优势，骆清铭仅以20万元资金和一间25平方米的实验室启动了脑科研项目。他说，这是真正意义上多学科交叉研究，要有生物、化学背景的人员制备样本；有光学、机械、控制等工程技术人员研制成像仪器；还要有计算机人才，处理大数据，并将结果展示出来。

“大脑像豆腐一样软，将脑样本固定并将其中的神经和血管标记出来是很难的。仅脑样本制备的难题，我们就花了三年时间才攻克。”骆清铭说。

那些年，骆清铭承受了巨大的压力，不知何时能出成果，但他始终带领团队坚持着。经过8年努力，骆清铭团队终于研发出显微光学切片断层成像系统，拍出了鼠脑的黑白图谱，于2010年底发表在《科学》杂志上，并入选2011年度“中国科学十大进展”。这之后，他的团队不断取得突破，拍出了鼠脑的彩色图谱。再后来，图谱的色彩越来越丰富，显示的内容越来越精细，脑结构之美让艺术家都叹为观止。

力争率先完成对人类大脑的精准扫描

2016年，骆清铭团队得到江苏省、苏州市和苏州工业园的支持，获得4.5亿元投资，成立苏州脑空间信息研究院，以工业化的方式来绘制脑图谱。

在研究院洁净的实验室内，科研人员用树脂包裹住鼠脑，形成如同胶囊大小的“琥珀”。成像仪器的金刚石刀片将浸泡在溶液中的鼠脑标本切割成1微米厚的薄片，边切边拍照。一只鼠脑大约切1万层，最后合成三维脑图谱。

“我们已在实验鼠身上获得成功，正在对更高级、更复杂的灵长类动物发起挑战，力争在世界上率先完成对人类大脑的精准扫描。”苏州脑空间信息研究院副院长李安安说。

骆清铭说，目前计算是最大的技术瓶颈，人脑图谱的绘制还要等待技术的发展。

骆清铭团队被选中参与美国脑计划，也为欧盟和其他国家的脑计划提供数据。但骆清铭更希望中国能够尽早启动自己的脑科学计划。他说：“这项研究非常值得投入，会产生超过百倍的回报。它能促进儿童教育，推动人类对抑郁症、帕金森、老年痴呆症等脑疾病的诊断治疗。尤其是中国进入老龄化社会之后，这项研究对于延缓老年病，提高老年人生活质量，都具有重要意义。”据新华社

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人脑为什么难以研究？

人类可以探索时间是如何起源以及宇宙将如何终结之类的问题，但却始终无法弄清我们的大脑本身是如何进行工作的。这是为什么呢？

据国外媒体报道，在美国杜克大学认知神经科学研究中心的斯柯特·胡特尔看来，这个问题的标准答案应该是：“在我们已知的宇宙间，人脑是最为复杂的物体。正是这种复杂性使得我们无法在现实中模拟出简单而精确的模型。”据悉，人类的大脑和动物的大脑区别很大，人类的大脑百分之九十是胶质细胞，但是其他的动物大脑胶质细胞比例极低，大部分动物大脑中神经元的比例更高，这就给人类科学家研究大脑制造出巨大难度。

此外，胡特尔还认为，脑科学研究中最大的障碍物应该是目光短浅，因为在进行大脑研究时，神经系统科学家们也无法突破自己大脑（经验）的局限。胡特尔说：“人脑中充斥着860亿个神经细胞，它们之间通过错综复杂的神经网路相互连结。常常影响我们研究的一个不利因素是，我们往往自以为凭借我们的经验就可以了解大脑。事实上，我们的主观经验根本无法指引我们了解大脑是如何工作的。”

近年来，科学家们已经可以使用各种脑成像技术，如功能磁共振技术，观察活动中的大脑，并测定神经元组是如何工作的。通过这些技术，科学家们已经精确地确定人脑中负责某些功能的神经中枢，如负责逃避危险状况、处理视觉信息、做美梦和储存长期记忆的中枢。然而，科学家们还无法弄明白这些神经网络是如何合作，以使这些功能得以执行的。

做梦是处理事还是归零？

一些科学家表示，大脑以做梦的形式处理复杂的情感和日常生活中经历的事情，其他一些科学家则认为这是大脑将信息归零的一种方式，就像电脑一样。最近进行的一项研究发现，做梦能够帮助我们缓解伤痛。智商越高的人越容易做梦，白天打个盹能够让人精力更加充沛，以更饱满的热情投入到工作中去。

大脑由左右脑构成，彼此对称。左右脑协同工作，左脑侧重于理性思维，善于推理，逻辑性强；右脑侧重于感性思维，善于创新，跳跃性强。有趣的是，如果掐自己的左脚脚趾，疼痛感却是在右脑完成。此外，它们还会将任何颠倒的图像“拨乱反正”。 也就是说，如果视网膜接收到的图像是倒立的，视神经在将图像信息传往大脑过程中，大脑会自动将图像颠倒过来。更令人感到不可思议的是，即使只有半个大脑，人也能活下来。宗合

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