致蒲慕明院士的一封公开信

                  航天科工集团二院卄三所  都世民

尊敬的蒲慕明院士：您好！

作为生物学的外行，作为一名老科研人员，看了中国脑计划将公布，要驶入“快车道”，既感到兴奋也感到有些疑惑。我记得美国最初发布脑计划时，有的院士就认为是“瞎子摸象”式的脑研究。从千亿神经元建模，用超级计算机计算，从大数据中研究脑科学。这是天方夜谭。事实证明这种研究方式不可行。如今欧盟领军人物已换帅，计划在修改。

中国的脑计划到底是什么架构？有没有建议和补充的余地？笔者提点看法和建议，见下文。

                       中国的脑计划是什么呢？

笔者搜索蒲院士已发表的相关资料归纳整理，加了一点看法。

一.脑科学研究的目标

a理解脑：阐明脑功能的神经基础和工作原理；

b.模拟脑：研发类脑计算方法和人工智能系统；

c保护脑：促进智力发展、防治脑疾病和创伤；

d开发脑，以英国和日本脑科学家发表的脑开发专著，提出脑联想树状结构及相关议题。

二.总体思路

a.有所为，有所不为；

b.重要的前沿领域必须与先进国家竞争；

c.发挥我国优势，在某些领域取得国际领先。

三.研究内容

A. 脑认知神经原理的基础研究;

1)基本脑认知功能（感觉和知觉、学习和记忆、情绪和情感、注意和抉择等）神经环路和工作机理

2.)高等脑认知功能（同理心、思维、自我意识、语言等）的神经环路和工作机理

3.)人宏观神经网络、模式动物介观神经网络的结构性和功能性全景式图谱

B.脑机智能技术研发;

1)脑机接口和脑机融合新模型，新方法

2)脑活动（电、磁、超声）调控技术

3)新一代人工网络计算模型和类脑计算系统

4)类神经元的处理器、存储器和类脑计算机

5)类脑智能体和新型智能机器人

6)大数据信息处理和计算新理论

C.脑重大疾病诊断和干预;

1）阐释脑重大疾病（如：幼年期自闭症和智障，中年期抑郁症和成瘾、老年前的退行性脑疾病）的致病机理

2）确立脑重大疾病预警、早期诊断各种指标（包括血液和脑脊液、分子影像和脑功能指标）

3）研发脑重大疾病早期干预、治疗与康复的新技术、新方法、新仪器的研发（包括药理、生理和物理技术）

D 脑研究新技术、资源与样本库等支撑平台.

1）基础研究平台

2）神经元类型鉴别和标记、神经环路示踪法、宏观核磁影像、介观光学影像、微观电镜影3）像的网络分析、神经活动调控技术、脑科学大数据信息分析和储存平台、转基因非人灵长类模型等平台。

4）临床研究平台

5）人类脑影像神经网络数据库、遗传信息与体液样品数据与标本库、健康人群和脑疾病患者脑库等平台。

                       各国的脑计划特点简述

从各国已启动的脑计划来看：

1.美国侧重于研发新型脑研究技术；人造大脑；“密商”人造人；绘制大脑连结图。

2.欧盟主攻以超级计算机技术来模拟脑功能；原计划不可行，在修订。

3.日本于2014年出台的“脑计划”，则聚焦以狨猴为模型研究各种脑功能和脑疾病的机理。建立动物模型，研究大脑神经回路技术，从而更好地诊断以及治疗大脑疾病。从感官切入研究脑机制；扩大学科范围，改变脑科研视角范围，寻找突破口。

4.英国的脑开发研究获国际认同。创建脑开发联想图。

5.德国用复杂思维为大脑建模，构画了一个雏形。

6中国“脑科学和类脑研究”。“一体两翼”的布局。

脑科学和类脑研究的全球共识：

第一，脑科学是人类理解自然界现象和人类本身的终极疆域，是本世纪最重要的前沿学科之一；

第二，脑疾病所带来的社会经济负担已超过心血管病和癌症，脑科学的发展对脑疾病的诊断治疗将有关键性的贡献；

第三，计算机技术和人工智能发展至今已面临瓶颈，对人脑认知神经机制的理解可能为新一代人工智能算法和器件的研发带来新启发。

第四，人类大脑功能急需开发。

                          脑研究的问题与难点

1.大脑活动背后的神经回路，以及神经信息是怎样处理、储存和检索的，人类现有的知识还十分有限。

2.用超级计算机模拟人脑需要大量的猜测，这可能使得模拟出的结果具有误导性。根本不现实，只能以失败告终。

3.弄清每个神经元的活动以及所有神经元之间的连结性，具有十分重要的意义.千亿神经元及相互链接都搞清楚堂何容易！也可能这种想法是不对的！一个一个搞清楚，怎么测？怎么记载？如果考虑动态变化，怎么办？是重新从头来吗！

4.人类大脑结构和功能的理解，加深对感知、行为以及意识的研究。

5.成果有望帮助了解阿尔茨海默病和帕金森氏症等疾病，并为各种神经和精神疾病的治疗提供新的途径。脑研究与脑疾病相互关联与相互推动。如音乐治疗脑疾病的思路和方法，说明了这一点。

6.测量神经元活动和神经连结性新技术的发展。测量的时空分辨率和效率，通过更有效的人机界面探索脑活动的动力学，控制大脑回路的输出。

测量技术的突破对脑研究十分重要。如果能用无线电波方式将人脑信息传送到脑外，实际上解决了生物学的跨时空链接。具有重大的创新意义。

7.未来一二十年内，对小鼠神经网络的研究将大致完成。动物的试验研究一直是生物学、医学常用研究方法。这种方法毕竟与人脑不同。几十年的电磁生物效应研究，电磁波对人脑和人体是有益还是有害，一直没有定论。处在争议之中。对这种研究有参考价值，但是寄希望不宜过高。

8.以非人灵长类动物为模型研究人类高等认知功能.

                 中国研究者该怎么做？

“我们无法忍受人类仍旧对大脑如何工作知之甚少”。20多年前，英国生物学家、DNA双螺旋结构的发现者之一弗朗西斯·克里克（Francis Crick）如此抱怨。大脑如何工作？为什么知之甚少？克里克如此抱怨说明什么？外行人看来，他迷在“围城”内，跳不出圈外。按中国千年佛学提醒世人：“以是义故。如来常说。汝等比丘。知我说法。如筏喻者。法尚应舍。何况非法。”生物学家只关注细胞、神经元、基因、线粒体、染色体、蛋白，关注的结果是想解释宏观层面事物。而生物学不研究宏观层面。无论是“自上而下”，还是“自下而上”，找不到宏观到微观各个层面的全部链接。

1.诺奖得主莫泽夫妇

诺奖得主莫泽夫妇

认为：大脑中有GPS导航系统。其理由是：“对于神经系统更为复杂的动物，像是沙漠里的蚂蚁和蜜蜂，则拥有更多导航手段。其中一种与GPS相似的常用方法叫作路径整合，神经细胞通过实时监测动物相对于初始位置的运动方向和速度，并加以计算，获得当前所在的位置。通过这种方法，动物可以完全不依赖路标等外界因素，仅靠自身的神经系统就可以导航。对于脊椎动物，特别是哺乳动物，用于辨识方向的方法，在此基础上又进化地更为先进。”

他们都是生物学家，他们是在理解大脑还是在模拟大脑，我认为他们的研究方法是将大脑虚拟化，在电脑上映射神经元放电，得出细胞的分类，用电子学概念，跨时空链接，未加证明，得出GPS导航结论。一些业内专家解读诺奖总是说好的，看不见有异议。

2.北大的研究团队：

基因组实验，发现了一种蛋白质复合体，可以在磁场中定位方向，并在多个动物物种中找到了这种蛋白基因。研究人员将其命名为磁感应蛋白（MagR）。相关论文17日在线发表在英国自然出版集团的学术期刊《自然·材料》上。这种磁感应导航可看成动物的“第六感”。这是细胞定位宏观层面的推断。这也是生物学典型做法，用观察到的微观层面的现象，推断宏观事物，这也是跨时空说事，用“第六感”表述。笔者认为根据不充分。北大的研究团队是在微观层面关注蛋白，有了新发现，可是他们跨时空，提出“第六感官”的概念，与地球磁场联系在一起。他们跨学科发表了机理解释，这就有问题了。他们应该将整个试验搬进电磁屏蔽室，消除或减小地球磁场对试验的影响，再外加磁场重新观测蛋白取向。这种试验国外有类似报道。涉及电子学电磁兼容学科（EMC）相关知识。

另外，生物学业内专家早对细胞取向有研究，他们专注于微观层面取向，解释胚胎生成，与北大研究团队看法不一样。

3.黑视素的“光天线”

国外有一篇报道：“光基因学新工具有望治疗感光受体退化性眼病患者”，发表在科技日报上。该文报道的是瑞士和德国科学家研究团队对小鼠视觉进行的实验研究。文中指出黑视素的“光天线”概念，笔者提出疑问，“黑视素的“光天线”说法靠谱吗？发表在光明网和科学网论坛上。这也是生物学家借用电子学概念来沟通微观与宏观层面之间的链接。这种做法让电子学业内人士难以认同。因为电子学无法解释这类说法的组成及工作机理。科技日报总编还作了点评。点评对不对？需要证明。

以上三例说明什么？笔者认为：生物学家和医学解剖学家是解读人脑结构的权威，但是要搞清这种结构的工作原理就需要多学科的解读。生物学家抱怨、困惑是必然的。美国人难道不懂吗？不是！他们对“颠覆性创新”很重视，也取得一些成效。美国国防部高级研究计划局(DARPA)启动了一个新项目，计划开发人脑和计算机之间的界面。通过这样的界面，人脑可以直接控制计算机，而用户将不必再动手操作。

应当指出的是，“颠覆性技术”不是指单一公司或行业，沿其纵深探索的性能创新，特别是有的新技术已实际应用，就难有颠覆性影响效果。通过综合和融合“高新技术储备库”，以提高现有产品平台效能，就可能有颠覆性影响效果。我们的脑计划如何驶入快车道？具体可操作的实施方案是什么？如何真正建立跨单位、跨地区、跨学科、强强结合的团队,打破单位的本位主义,加强科学院与大学院校之间的实质合作。

              建议创建颠覆性技术的“孵化机构”

创建颠覆性技术的“孵化机构”的有关问题的思考：

1.将脑结构的研究与理解脑功能研究放入孵化机构中，研究人员应从各相关学科中挑选有创新思维的拨尖人才参与。

2.寻找生物学家困惑和抱怨的焦点问题，由此立题。让多学科人员提出解决方案，然后论证，寻找突破口。

3.课题管理制度的核心：

一是对课题负责人充分授权，他们全权负责团队成员招募、确定技术路线、自主支配项目经费，主管部门只对阶段性目标进行考核。

二是专业的行政支持，免除研究者后顾之忧。保证他们基本稍高的生活保障，不追求名利，只以国家利益高于一切为宗旨。

三是鼓励课题之间平行竞争。型号负责人有权在初期资助不同技术路线的团队.

4.聘用人员可从各事业单位借调，聘期一般是3到4年，最长不超过5年。

5.将科研人员从汇报、报表、检查、考核等流程中解放出来，将主要精力投入到科技创新中去。

6.对涉及国家安全机密研究项目，按国家保密规章执行。

                              参考资料

【1】蒲慕明，中科院神经科学研究所 ，2015年年会记录：对中国脑科学未来的思考，-http://www.dxy.cn/bbs/topic/33193787?source=rss

【2】启动大脑，【英】博赞( Buzan,T.)著；卜煜婷译，一北京：化学工业出版社，2015.1

书名原文： Use Your Head。

【3】李奇等著，视听觉信息整合脑机制研究，一北京：国防工业出版社，2014.5。

【4】启动大脑，【英】博赞( Buzan,T.)著；卜煜婷译，一北京：化学工业出版社，2015.1

书名原文： Use Your Head。

【5】复杂性思维---物质、精神和人类的计算动力学，[德]克劳斯，迈因策尔  著

曾国屏 苏俊斌译，上海辞书出版社，2013.12。

【6】大国竞逐脑科学，中国将上“快车道”，——访中科院神经科学研究所所长蒲慕明，来源：新华社，2016-05-05。

http://www.nmg.xinhuanet.com/xwzx/kjww/2016-05/05/c_1118805653.htm

【7】蒲慕明 ，大型脑科学计划往何处去来源：《国家科学评论》，2014-6-4 14:52:54

【8】 彭茜 张忠霞，中国“脑科学” 将上“快车道”，来源：湖南日报 ，2016-04-29 07:50:26

【9】中国脑科学计划望年内启动 将布局三大领域， 来源：中国证券网，2016-04-28 13:19:51：

http://news.cnstock.com/news/sns_bwkx/201604/3777871.htm

【10】彭茜 张忠霞， 访蒲慕明：如果“中国脑计划”今年年内启动……，来源：科学网，http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2016/5/345298.shtm。

【11】中国“脑科学计划”即将上线 优势何在？，新浪科技，，来源：“知识分子”微信公众号，2015年11月04日 09:21 。

【12】杨先碧，“大脑中的GPS-指引我们找到回家的路”，大自然探索，四川科学技术出版社主办，2015年第一期，52-57。

【13】艾莉森.阿博特（A1ison Abbott），“第五对诺奖夫妇”，《环球科学》，2014年12期，译者汪梅子。

【14】“我们如何辨识方向？解密大脑中的GPS”，光明网.《光明日报》，2016-01-30。

【15】“大脑GPS:还有很多待解谜团”------专访2014年诺贝尔生理学或医学奖得主爱德华”《环球科学》2016年2月号，总第122期。

【16】北大发现磁感应蛋白 或揭开“第六感”之谜，2015-11-18 08:16:50 ，来源：腾讯科技。参考消息网，2015-11-18 。

【17】“每个细胞都知道方向”，《环球科学》，2016年第4期，撰文保罗。N．阿德勒( Paul N．Adle，)  杰里米，内桑斯(Jeremy Nathans)，翻译 荣丽。

【18】黑视素的“光天线”说法靠谱吗？---请教科技日报总编

本文引用地址：http://blog.sciencenet.cn/blog-1339385-891267.html  此文来自科学网都世民博客。

【19】未来1 0年  中国学科发展战略，脑与认知科学，国家自然科学基金委员会，中国科学院，一北京：科学出版杜，2011。

【20】脑研究的难题，本文引用地址：http://blog.sciencenet.cn/blog-1339385-924303.html  此文来自科学网都世民博客。

【21】研究人脑的多种模式 ---探索小宇宙的新趋势，
本文引用地址：http://blog.sciencenet.cn/blog-1339385-909184.html  此文来自科学网都世民博客。

【22】让人难辩是非的脑科学    ---人找回家路是无源光雷达工作模式，本文引用地址：http://blog.sciencenet.cn/blog-1339385-977881.html  此文来自科学网都世民博客。

【23】人眼是超宽带超级阵列天线（   The human eye is Super array of UWB antenna）
本文引用地址：http://blog.sciencenet.cn/blog-1339385-976046.html  此文来自科学网都世民博客。