什麼是腦科學？

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近一兩年來，人工智慧領域的研發和應用突然熱遍全球，人工智慧模擬人類大腦，通過對神經網路進行訓練，來達到自主學習、準確反饋的目標。從應用技術研發回溯到基礎研究，可以很清晰的看到，人類開始試圖認識自身，而且是以自然科學研究的經驗和方法，把產生認知、情感和意識的腦袋，當成無情感無意識的物質去研究認知規律，能否取得突破性成果，值得思考。

國際上，美國相繼提出「神經科學研究藍圖」計劃(2005年)、 「通過推動創新性神經技術開展大腦研究」的國家專項計劃(2013年)、《國家人工智慧研究與發展戰略規劃》(2016年);歐盟將「人腦工程計劃」列入未來新興旗艦技術項目(2013年)。日本、韓國、加拿大等先後發布大腦發展戰略和共識，艾倫研究所、谷歌公司、微軟公司、百度公司等研究機構和企業，紛紛加入。

2016年，我國把「腦科學與類腦研究」被「十三五」規劃綱要確定為重大科技創新項目和工程之一，目前，「腦科學與類腦研究」作為「科技創新2030重大項目」已啟動的4個試點之一，已經進入實施方案編製階段。

那麼，什麼是腦科學呢?首先從最簡單的講起，神經系統有兩大類，一是中樞神經系統，包括大腦、小腦、腦幹、脊髓;另一種是外周神經系統，主管知覺還有各種內臟自主神經系統。腦科學主要專註於大腦研究，所以，腦科學是神經科學的一部分。而大腦最主要的部位就是大腦皮層，這是人類最發達的一個部位，大腦之下的很多結構，叫皮層下結構，是比較早期就出現了的，不過在進化中，從猴子到猩猩再到人，這個皮層的結構得到了極大的增長，這就是人類認知的主要來源。

可以說，腦科學是研究腦的結構和功能的科學，簡單分為：

1. 基礎神經科學：

通過基礎理論研究神經生物學來認識大腦的結構和功能關係。包括，研究人和動物的神經系統的結構與功能、及其相互關係的科學，是在分子水平上、細胞水平上、神經網路或迴路水平上乃至系統和整體水平上闡明神經系統特別是腦的物質的、能量的、信息的基本活動規律的科學。主要有六個研究分支：分子神經生物學(化學物質)、細胞神經生物學(細胞、亞細胞)、系統神經生物學、行為神經生物學(學習記憶、情感、睡眠、覺醒等)、發育神經生物學、比較神經生物學等。

通過計算神經科學模擬大腦運行方式。應用數學理論和計算機模擬方法來研究腦功能的學科。

2. 臨床神經科學：側重醫學臨床應用

研究與神經系統有關的疾病，及其診斷、治療方法、技術等。腦是人體最複雜、最精密的器官，人類的大腦重量平均只有1400g，僅占體重的2%~3%，而血液供應量卻佔全身的15%~20%。簡單來說，腦分為主管感知思維活動的大腦、負責平衡運動的小腦和生命中樞腦幹。

腦科學目前最主要關注的就是皮層的各種功能。大腦皮層的各個部位是分管各種功能的，就是說，功能是分區的，哪個區域受損，就會喪失相應的腦功能。比如語言區域受損就不會說話，視覺皮層受損就會看不見，對此的實驗科研人員已經確認過很多次，形成公認的認知了。但是科學家們觀察到一個非常令人驚訝的現象，當人們不做任何事，只是在大腦中想像幾個字時，發現整個大腦皮層到處都是活動，這說明想像幾個字雖然看起來是個很簡單的事，但是實際上牽涉到了大腦的很多部位，但形成這種情況的機制至今還不清楚。

腦科學有哪些方面的應用?一是保護大腦，如研究老年痴呆、抑鬱症、精神分裂症的大腦機制，並進一步探索如何進行治療。二是創造大腦，怎樣利用已知的大腦工作原理進行人工智慧等相關研究。

一些比較有趣的應用實例：

1. 意念控制，意念控制的核心是對腦電信息的提取、分析、解讀，將其轉化為相應動作。這項技術的難點在於對於腦電信息的解析，現階段對意念控制的研究還主要是針對人類的初級動作。目前，已有的一些意念控制技術有通過腦電波記錄的方式來記錄大腦活動，進行信號處理和人工智慧的技術將腦電波進行解析，轉化為要求機器人執行的具體行動。

2. 控制大腦的技術——光遺傳學技術，光遺傳學是結合遺傳工程與光來操作個別神經細胞的活性。誘發神經元電信號或抑制神經元動作電位，產生神經元的激活或抑制。

3. 人工智慧，基於「深度學習」人工神經網路，谷歌大腦讓電腦自發學會了「貓」的概念。計算機已經能夠識別圖像，並進行「看圖說話」，人工智慧可以駕駛汽車，參加高考，作畫寫詩，新的演算法能顯著提高心臟病發作預測準確率。

從目前各國已經啟動的「腦計劃」來看，美國更側重於研發新型腦研究技術;歐盟則主攻以超級計算機技術來模擬腦功能;日本也推出過「腦計劃」，主要是以狨猴為模型研究各種腦功能和腦疾病的原理。

中國的「腦計劃」會更加全面，融合了上面三個不同層面的布局。但在涉獵的範圍有所取捨的前提下，在未來的十五年內，中國希望能夠在腦科學、腦疾病早期診斷與干預、類腦智能器件三個前沿領域取得國際領先的成果。(責任編輯馬征，主編李志民)

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