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一见钟情的“一见”到底有多长?

我是一名牛津大学脑科学科研人员,也是一名科普作者。

常有人问我脑科学到底是做什么的。其实答案很简单,脑科学就是研究大脑是怎么运作的。

每天我们的生活似乎都这么理所应当,我们可以看听说写、可以吸收海量的信息、可以体会喜怒哀乐,还可以完成极为复杂的工作。但其实这是一件细思极恐的事情:所有的这一切,都是由我们的大脑办到的。

脑科学就是研究这些我们习以为常的功能,大脑是如何实现的。

 

梦到底是什么?

为什么麻和辣都不是味觉?

记忆是如何形成又是如何消失的?

为什么有些帕金森病人会变得又懒又好赌?

再比如说,一见钟情的“一见”到底有多长?(答案是0.3秒)

对于大多数人来说,这些其实都是一些新奇有趣、可有可无的冷知识,甚至可能会有种误解,是不是脑科学家天天就是研究这些鸡毛蒜皮的小事儿?当然不是,这些只是我们为了传播科学把知识包装成大家都会想知道的样子而已。

那为什么我们要研究大脑呢?因为当大脑改变时,我们也变了。任何一点变化,都有可能是灾难性的。

人类探索大脑,如同探索宇宙,未知令人生畏。

“不老实”的大脑 

 

和大脑有关的有趣话题相当多。一千个读者,大概有一千个问题。但在我遇到的所有问题中,关于做梦的问题是问得最多的。

你睡觉的时候做梦吗?还记得昨晚做了什么梦吗?

你有没有想过梦境到底从何而来呢?

很多人会试图解析自己的梦境,分析它们的意义,甚至认为它们能够预测未来。其实如果你有一些脑科学知识就能明白这些都是过度解读。梦境的本质是大脑在睡眠时所产生的随机信号。

首先,人为什么能看见呢?眼睛其实只是光的接收器。在清醒的状态下,眼睛里的视网膜在接收到视觉信息后,会将这些信息传递到后脑勺的视觉皮层,这样你才能看见。但大脑在处理视觉信号的时候,其实不是那么“老实”的。

卡尼萨三角

举一个例子。你看到图中那个无边的三角形了吗?看起来一个白色三角形覆盖在一个黑色边的三角形和三个黑色圆圈上。但其实那个白色的无边三角形是不存在的,这是一个视觉错觉。你之所以会出现这种错觉,是因为大脑会自动去脑补,会按照以往的经验,去理解和解读收到的信号,再展示给你看。

那睡觉的时候,眼睛是闭着的为什么还能“看见”呢?因为在睡眠状态下,大脑里的细胞们还是处于活跃状态,它们偶尔会发出一些随机信号,这些“噪音”会被空闲的视觉皮层接收到。视觉皮层也没管这个信号从何而来,就把它们当成普通的视觉信号来处理,进而产生了无意义的图像。

但为什么你还是会在梦里看到很真实的人物和场景呢?这就是大脑的神奇之处了,它会自圆其说地“脑补”。

可能很多人对这个说法还是感到难以置信。这很正常。其实仔细想一想,我们谁都无法确定自己所处的世界是否是真实世界。所有的感受都是大脑的一面之词而已。

 

谁都可能抽到的“地狱签” 

当然,梦是一个很玄的话题。脑科学家们正在研究更有应用价值的问题,比如如何治疗阿尔茨海默症。

阿尔茨海默症(AD)是一种神经退化性疾病,国内俗称「老年痴呆症」。中国有世界上最多的AD患者,而且患者增长速度也是最快的。大脑在患有这种病之后,身体是健康的,但记忆却慢慢消失,就像是试图用手去止住沙流一般,无论如何努力,沙子也会从指缝中流走。每一粒沙就像是一小段记忆;有可能是一段很普通的记忆,也有可能是一段值得珍视的记忆,但沙流不会因为它们所携带的记忆是否重要而停止,直到最后自己都忘记了身边的人都是谁,也忘记了自己是谁。

到底是什么导致了大脑患上这种病,其实目前还不清楚。但我们能观察到,大脑在患病后会慢慢萎缩。

 

健康的大脑横切面(左)阿尔茨海默病患者的大脑横切面(右)

那么,到底是什么导致了这种萎缩呢?又要怎样阻止甚至逆转这种萎缩?这两个问题,就是脑科学家们关心的问题。

这两个问题的复杂程度,我大概用几十万字都没法说清楚。简而言之,是大脑中的神经细胞发生了变化。在显微镜下观察大脑切片,你会看到很多长得像树一样的细胞,叫做神经细胞。正常情况下,这些神经细胞之间是相连的,而相连的地方叫突触,而突触是生成记忆的关键。但如果观察阿尔茨海默症患者的大脑,就会发现突触消失了,而且神经细胞里和细胞外会有一些正常大脑中没有的东西,叫做β-淀粉样蛋白。为什么这些东西会出现?要怎么预防和消除它们?目前,这些问题都还没有确切答案,而这就是脑科学家们正在攻克的。

现在,对这类疾病的困境在于大多数人没有意识到这些病的可怕程度,也因此没有意识到研究这些病,其实是多么的迫在眉睫。这种困境出现的原因有两点,其一,光是理解“这个问题很难”就有很高的知识门槛。其二就是——大多数人还没有老。

但我的病理学老师曾说过:“如果我们在座的100个人都有幸活到退休,那这里可能有十个人得阿尔海默症、五个人会得帕金森病。”

帕金森病是另一种老年病,在65岁以上人群中比较常见。根据近年来中国疾病预防控制中心的数据调查,帕金森病的患病率为1.7%,约等于每50位老年人中就可能有1位会得帕金森病。随着神经的慢性退化,会让人不自主颤抖、身体僵硬、行走不便,随着疾病恶化,病人会出现痴呆的症状。

我一直觉得,帕金森病离我还有些距离,毕竟我还年轻。但我一位师兄才三十岁,就被确诊患有帕金森病。被确诊时,他的老婆刚安排好工作搬到巴黎和他团聚,还怀了孕。他得帕金森这件事,对我的心理冲击很大:一方面,师兄比我优秀许多,又刚结婚生子,感觉人生的新阶段才开始,怎么就要倒计时了呢?另一方面,青年帕金森病非常罕见,以往都是在教科书里才能看到的病例,而当一个我熟识的人真的受到这种疾病困扰时,就不是一个概率问题,也不是一项项罗列出来的症状了。这种冲击力,远比想象中大得多。

其实需要解决的疾病,不仅仅是阿尔茨海默症和帕金森病,也不仅仅是老年病。自闭症、抑郁症、精神分裂症等等也都是脑科学正在攻克的难题。这些疾病,都是因为大脑出现了变化的缘故才出现的。

 

 

 

我曾看到一位自闭症患者母亲在网络上的匿名留言,留言很长,大概意思是说自己一家人都很健康,为了要孩子周全地计划了很久,孕期也很仔细,孩子出生后同样各方面给予悉心照顾。但当她女儿确诊自闭症——而且是很严重的自闭症后,她才明白,自己抽到了“地狱签”。

任何人,无论贫穷还是富有,都有可能抽到“地狱签”。而脑科学的目标之一,就是尽可能地减少这类“地狱签”的影响。

 

 

 

理解世界与人类自身的 

 

“终极疆域” 

 

脑科学的使命不止于此。

除了对疾病和药物的研究之外,困扰科学家们的根本问题,其实还是回到了大脑本身:人类的智慧到底从何而来?或是说,大脑是怎么实现人类这么复杂的智能的?

说到这里,就不得不提人工智能。人工智能本就是为模拟人类智慧出现,于是,几乎在人工智能发展的每个周期之中,一旦研发陷入僵局,就会向脑科学取经,试图通过模拟人类大脑来寻求突破。

最近十年,人工智能的发展非常迅猛,已经能做到很多人都做不到的事情。但从根本上来讲,它还是一个接受命令-执行命令的机器。比如无人驾驶还是靠程序员提前设置好的程序完成的。它离人的智能还是有本质上的区别。

清华大学的研究团队通过模拟大脑结构,制作了一款芯片——“天机”。搭载天机芯片的自行车,成功地做到了“自行”,也就是完全自主地无人驾驶——这和现在已有的“无人驾驶”完全是两个概念。这也是中国的芯片第一次登上科研顶尖期刊《自然》杂志(Nature)的封面。

《Nature》封面文章

中国团队的“天机芯”架起了通用人工智能领域机器学习和神经科学的桥梁

但即使如此,人工智能在短时间内还是无法赶超人类智能。只有通过了解人脑,才有可能更快更好地创造出比人类更好的智能。

脑科学一直被视为人类理解自然界现象和人类自身生命智慧的“终极疆域”,是本世纪最重要的前沿科学之一,世界各国都在相继启动对脑科学的研究计划。之前我回国参加脑科学会议时,发现清华大学、北京大学和北京师范大学的脑科学研究部门都叫“IDG/麦戈文脑科学研究院”。我一直都觉得很奇怪,为什么北京的脑科学三巨头研究院都有个“IDG/麦戈文”前缀?一查才知道,这三所研究院都是 2011 年,由IDG创始人麦戈文先生及IDG资本共同捐资创立的。

说起IDG资本与脑科学的渊源,始于2000年麦戈文先生携夫人向麻省理工学院(MIT)捐款成立MIT麦戈文脑科学研究院。随后麦戈文先生想在亚洲成立一所脑科学研究院,据现任IDG资本创始董事长熊晓鸽回忆,“当时日本比较积极,有五所学校写了申请。而我一定是希望建在中国,就安排他到清华、北大谈”。

经过多方努力,终于在2011年促成了清华大学-IDG/麦戈文脑科学研究院的落地。同年十一月,又成立了北京大学和北京师范大学麦戈文脑科学研究院。当时捐赠的主要目的是为了吸引国内外优秀人才,及国际间的学术交流。但在短短十年间,IDG/麦戈文脑研究院已经发展成为中国领先的脑神经科学研究基地。

虽然三个研究院都以大脑的认知功能和疾病的研究为主,但因为聚集的科研工作者背景有所不同,三者各有所长:

北京师范大学的脑科学研究院倾力于大脑发育和儿童青少年心理发展的研究。北京大学偏向于采用脑成像技术了解认知科学。清华大学偏向于神经工程学,用工程科学和神经科学两条腿走路,将最先进的工程科学技术应用到脑科学的研究中,同时又将脑科学中的获取的第一手知识去启发工程技术,从而对如何理解大脑、重造大脑、保护大脑进行最为前沿的探索。

今年适逢清华大学110周年校庆,同时也是清华-IDG/麦戈文脑科学研究院成立十周年。熊晓鸽在日前举行的“IDG资本-清华脑科学发展基金捐赠仪式”上表示,IDG资本将继续向清华大学-IDG/麦戈文脑科学研究院进行捐赠,持续助力脑科学基础研究。值得一提的是,过去10年,麦戈文先生及IDG资本已累计向上述三所高校捐赠2亿人民币,而在未来IDG资本还将以每年不少于2000万人民币的捐赠金额继续支持中国脑科学基础研究。

“IDG资本-清华脑科学发展基金捐赠仪式”现场

这一捐赠相当少见。虽然世界各地都有因捐赠成立的研究所,但很多都是带有投资目的,所以一些脑科学研究所必须进行有一定应用价值的研究,而非单纯的基础研究。基础研究不仅费时费力、成本高昂,而且需要不间断长期投入,不论对于单个公司还是机构来说,长期承诺这样的无资金回报的持续投入,都是一个勇敢的决定。

带着对麦戈文先生的那份承诺,更出于对人类健康与社会发展的使命感,IDG资本致力于脑科学探索的冒险旅程仍在继续,“我们理解基础研究的系统性、复杂性和长期性,所以我们要更前瞻性地、更具远见地考虑问题。IDG资本将继续关注和支持基础科学的发展,为中国科技水平的整体提升、前沿产业的培育和发展,乃至人类科学事业的进步贡献绵薄之力。” 熊晓鸽说。

科学探索是一场不问归途的冒险之旅。但纵观历史,每一次基础科学和前沿技术的重大突破,都掀起了一轮科技和产业革命,为推动人类社会发展提供了原动力。

脑科学这项前沿学科如今逐步走入大众视野,虽然还有很多未知有待探索,很多问题亟待解决,好在,不仅科研工作者们始终孜孜不倦地攻坚克难,在国家和社会各界的重视和推动下,以IDG资本为代表的产业界探索也已陆续展开,怀着长期投入的勇气与决心,为创造一个更加美好的未来世界而努力。

(部分图片来自IDG资本、视觉中国、互联网)

策划:三联.CREATIVE

监制:沈艺超

微信编辑/设计排版:李木李

作者:赵思家

⊙文章版权归《三联生活周刊》所有,欢迎转发到朋友圈,转载请联系后台。

 

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