近年来，脑科学的发展正在影响着人类的方方面面，包括科技、文化、医学、教育、金融和军事等等。2014年9月29日下午，在中国传媒大学图书馆圆形报告厅举办了“探索大脑奥秘，促进传媒科技”学术讲座。美国范德堡大学医学中心神经外科DBS研究所所长C.Chris Kao教授应脑科学与智能媒体研究院邀请做了“从大脑深度刺激探索大脑奥秘”的主题报告。此次讲座由中国传媒大学脑科学与智能媒体研究院和理工学部主办，并得到了校领导的高度重视和支持。在讲座中，Kao教授从理论到事例，深入浅出介绍了大脑深度刺激（Deep Brain Stimulation，DBS）技术以及在很多疾病治疗中取得的成果，阐明了DBS在人类疾病治疗、大脑感知和意识研究方面的重要作用。
大脑研究的目的是搞清楚人类大脑的工作原理，但实际上，由于实验条件所限，脑科学的发展相比其它学科的发展要迟后一些。在现代脑科学中的大量成果是来自于动物实验。但是，毕竟动物（即使是和我们最接近的灵长类动物）的大脑和我们人类有些不同。大脑对于我们来说还有许多的奥秘。例如，人脑最特殊的功能就是语言功能。中国传媒大学的播音与主持专业折射出的就是对中国人语言的理解和表达实践的最高水平。其实语言的表达和四肢的运动都是由大脑负责运动的皮层来控制的，有一定的共性。目前，脑科学的研究已经被广泛应用于体育运动。但在语言这样的运动中的应用还不多见。事实上，由于对于语言的研究难以用动物做实验研究，所以在脑科学中，对于语言的很多方面，例如语义的理解、带情感的语音合成等，还有待进一步的研究。在大数据和新媒体的时代，舆情分析技术也很受关注。但如何有效地在各种形式的数据中，有效获取信息，我们还面临巨大的挑战。仿脑的语音和文本理解、图像和视频的理解等将会大大促进舆情分析技术和媒体技术的发展。脑科学中，至今还一直难以理解的一个核心问题是有关意识的问题。我们每个人都能感受到自己的意识。但意识到底是怎么回事，直到今天还没有满意的答案。显然，对人脑的实验将会比动物大脑的实验在探究这样的核心问题上要有效的多。我们可以通过语言来和被试者进行交流。但是在DBS技术之前，这样的机会几乎是零。
被称为DBS之父的Benabid教授于1987年已开始应用深部脑刺激术(DBS)对丘脑腹外侧核刺激治疗震颤（通常是帕金森病的首发症状）。1997年DBS治疗得到美国食品与药品监督委员会(FDA)批准。在近十多年中，DBS得以迅速的发展。DBS疗法主要是将电极植入到患者脑内，运用脉冲发生器刺激其大脑深部的某些神经核，纠正异常的大脑电环路，从而减轻这些神经方面的症状。与永久性的不可调节和不可逆的损伤大脑的一些治疗方法（烧灼或放疗）不同，DBS并不破坏大脑结构，可以允许今后的进一步治疗。在电极植入到患者脑内之后，研究者既可以施加刺激信号，也能接受脑细胞信号，为人脑的研究创造了前所未有的实验条件。由于大脑本身没有疼觉细胞，电极的植入过程是在患者清醒的状态下完成的。通过语言交流、外界刺激等，我们可以观察到大脑内部一些细胞的信号。这些数据相比其它无创性实验数据，如功能性磁合成共振，在更微观的层次上能帮助科学家探究大脑的工作原理。Kao教授和Benabid教授多次合作，是全球最早从事DBS的研究者之一，拥有10多项专利技术，成功实施/协助实施/指导实施过上千台手术，也为中国的DBS领域培养了一批核心人才。目前，我国的DBS技术主要应用在临床。有关脑科学的实验还处于薄弱环节。此次Kao教授的来访有望提升在国内展开DBS临床应用的同时，开展脑科学实验的水平。
脑科学备受重视这一点也可以从刚刚宣布的2014年的生理学和医学诺贝尔获中看出。获奖者John O´Keefe教授和Moser夫妇的主要工作就是在大鼠大脑中的“海马体”及其周边区域发现了一种具有类似于GPS定位功能的特殊神经细胞。而“海马体”很早就被认为和记忆有关的发现则是来自于一位具有失忆症的病人H.M。这位病人为有关人脑记忆的研究做出了巨大的贡献。近年来，在同一大区域内，通过DBS的方法又发现了概念神经细胞。这些概念神经细胞无论是当患者看到含有某位名人的照片还是听到这位名人的名字甚至是看到这位名人的名字都有相同的响应。概念神经细胞的发现将有助于揭开大脑中概念的形成、知识的存储、思维等一系列未解之谜，具有重大的意义。没有DBS技术和患者的配合，我们很难想象如何能发现概念神经细胞。目前，有关概念神经细胞的研究还不完善，在继续深入研究中。
中国传媒大学脑科学与智能媒体研究院的研究团队在对概念神经细胞的研究中提出了有关区域性神经细胞数量和概念的容量及模糊度之间的关系，并形成了一个看似简单，但难以找到答案的数学模型。在Kao教授的来访期间，中传脑科学与智能媒体研究院的工作者们和Kao教授一起探讨了这个问题，并决定在DBS中用实验来寻找答案。同时也在会议上发布了相应的理论挑战题目，并为此设立了5万元的奖金鼓励有兴趣的同学和老师来应战和探讨。（详情请通过微信关注：中传脑科学与智能媒体研究院。）
伴随技术的不断成熟和新技术的发展，DBS技术为人类大脑的研究打开了一扇大门。但是，DBS对于大脑的研究也有其不足之处。DBS的电极植入不能太随意。每次植入都可能损伤成百上千甚至更多的脑细胞。因此，优秀的DBS神经外科医生需要基于对患者病情的了解，基于理论模型，快速有效地找到病源区域，实施刺激。然而，由于至今还缺乏良好的理论模型，在DBS中，神经外科医生们更多地采用尝试性的做法。有些DBS确实也会带来一些其它的负面影响，例如失语症。大脑是个复杂的网络系统，很多区域会相互影响。当治好某个症状的同时，诱发了另一个症状并不难理解。如何能尽量降低这样的副作用呢？神经计算模型的建立是一个很好的答案。
20世纪90年代初，以美国为主，欧洲国家、美国、日本等国家掀起了脑科学研究的热潮，即为20世纪90年代著名的“脑的十年”计划。耗资100亿美元、总部设在巴黎的“国际人类前沿科学计划”，被世人看成是和美国的“战略防御计划”、欧洲的“尤里卡计划”鼎足而立的三大科学规划之一。该计划组织全球性的科技合作，而脑科学是“国际人类前沿科学计划”的重点。2013年1月28日，欧盟委员会宣布人脑工程计划作为“未来新兴旗舰技术项目”，将在未来10年内获得10亿欧元的经费。在日本的“脑科学时代”计划中，关于脑的认知功能及其信息处理的研究是重中之重。脑科学的内涵，以及这一新时代重大科学前沿探索项目的战略目标是：理解脑-阐明智力与思维的脑机制；保护脑-延缓衰老和治疗神经性、精神性疾病；创造脑-发展脑风格的人工智能和神经计算系统；营养脑-促进教育和防治老龄智力衰退。包括知觉、注意、记忆、动作、语言、推理和思考、意识乃至情感动机在内的各个层次和各个方面的人类认知和智力活动都被列入研究的重点。结合信息科学研究新型计算机和智能系统也被列为该计划的主要研究方向之一。
神经计算模型采用计算机来模拟大脑或大脑的某些区域。对于大脑的模拟可以分为几个层次。最宏观的是系统层次上的模拟。其实，现在的电脑就是在宏观系统层次上对大脑的模拟结果。电脑之父冯诺依曼和图灵都是受到人脑的启发，奠定了电脑和人工智能的基础。只是当时对大脑的了解还非常粗浅，以至于现在的电脑在很多方面远远不如人脑（但在有些方面如记忆，依靠硬件的支撑，大大超越了人脑）。新一代仿脑的神经计算模型则将建立在细胞和突触层次来进行模拟。模拟的核心依据是能够解释神经信号产生的HH方程（Hodgkin和Huxley1963获诺贝尔奖）和神经信号传递的突触机制（例如各种神经递质、受体和可塑性的工作原理等。这里产生过很多诺贝尔奖）。但由于HH方程的以及链接机制的复杂性，在软件模拟的速度方面是一大瓶颈。一些具有硬件实力的团队（如IBM）则趋向用硬件来实现。中国传媒大学脑科学与智能媒体研究院的研究团队在有关神经计算方面从理论到方法具有一定的优势，而且已经在高性能计算硬件平台上的实施研究取得了进展。有望在不久的将来，实现大规模实时化的大脑模拟平台，为医疗、智能计算、智能媒体等应用做出贡献。
在此次讲座中，老师和同学们提出了许多有关大脑研究的问题。通过讨论，大家意识到脑科学不但涉及医学和计算机，也对整个社会的文化和经济发展都会有深刻的影响。最后中国传媒大学陈文申书记作了总结发言，表达了对同学们珍惜接触前沿科学的机会、开拓视野增长学识的殷切期望，并希望在中传脑科学与智能媒体的研究能涌现出世界一流的科研成果，吸引国内外优秀的人才积极参与，为早日实现中国传媒大学成为世界知名大学做出贡献。
更多信息，请微信关注：中传脑科学与智能媒体研究院
回到顶部