50塊左右的腦區(qū)“拼圖”可以拼起“器官之王”——大腦。根據(jù)德國(guó)神經(jīng)解剖學(xué)家布魯?shù)侣L制的腦區(qū)圖，大腦皮層被分為52塊（其中兩塊是猴子的）其中1、2、3區(qū)控制體感……37區(qū)負(fù)責(zé)人臉識(shí)別……

雖然這樣的功能劃分對(duì)大腦研究和疾病治療起到了重要的作用，但距離了解大腦并重構(gòu)它還差得遠(yuǎn)。

不久前《細(xì)胞》在線發(fā)表了中國(guó)科學(xué)家利用單細(xì)胞質(zhì)譜、光遺傳、分子生物學(xué)、電生理及動(dòng)物行為學(xué)等技術(shù)方法，揭示的日光照射改善學(xué)習(xí)記憶的分子及神經(jīng)環(huán)路機(jī)制。這一發(fā)現(xiàn)讓光也成為影響大腦神經(jīng)環(huán)路的因子之一，牽起了一連串關(guān)于益智、健腦的可能遐想。

越來(lái)越深入的研究，讓人們探查到大腦中越來(lái)越多的秘密，但大腦謎題卻絲毫沒有因此減少。到底大腦里還有多少未知的謎題？所有的謎題能不能得到答案，解題后又能否再造一個(gè)大腦呢？

人類對(duì)大腦了解多少？

前不久，“現(xiàn)代神經(jīng)科學(xué)之父”圣地亞哥·拉蒙-卡哈爾的一些神經(jīng)元手繪圖走紅社交媒體，那些現(xiàn)在看來(lái)粗糙簡(jiǎn)單的神經(jīng)元是真正的“所見即所繪”。手繪圖顯示的是大腦切片在顯微鏡下的真實(shí)形狀，每張都有各自的特點(diǎn)，但“末梢”消失在紙張未及之處。

然而利用顯微光學(xué)切片斷層成像系列技術(shù)，科學(xué)家們就有可能在全腦范圍內(nèi)觀察某一個(gè)細(xì)胞。華中科技大學(xué)教授龔輝說(shuō)：“之前人們將大腦手工切片、逐片掃描，通過(guò)細(xì)胞染色對(duì)神經(jīng)元或神經(jīng)環(huán)路進(jìn)行研究，這樣的信息是割裂的?！?/p>

全新的成像技術(shù)，讓人類從“坐井觀天”的切片視野中走出來(lái)。“神經(jīng)元細(xì)胞原來(lái)是可以跨越多個(gè)腦區(qū)的，這刷新了人類對(duì)大腦的認(rèn)識(shí)。”轉(zhuǎn)基因標(biāo)記、斷層掃描、三維重構(gòu)算法等多學(xué)科的交融，“使大腦圖譜不再是離散的斷面圖片的集合，而是準(zhǔn)連續(xù)的、有明確空間尺度和位置信息的全腦結(jié)構(gòu)及功能聯(lián)接圖譜?！比A中科技大學(xué)副校長(zhǎng)駱清銘說(shuō)。例如，在斷層掃描前，用病毒轉(zhuǎn)染神經(jīng)細(xì)胞，讓神經(jīng)元發(fā)出熒光，就像給神經(jīng)元在暗夜里通了“電”，這時(shí)候再通過(guò)成像系統(tǒng)就可以獲得腦內(nèi)熒光標(biāo)記的神經(jīng)元在全腦的“部署”。

然而在功能的進(jìn)一步探索中，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，有些神經(jīng)元細(xì)胞不只扮演一個(gè)角色?！凹媛殹笔沟蒙窠?jīng)環(huán)路的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系愈加復(fù)雜。駱清銘將其比喻為現(xiàn)實(shí)中的各大網(wǎng)路?！熬拖裎覀冇须娋W(wǎng)、水網(wǎng)、道路網(wǎng)、通信網(wǎng)……大腦里也會(huì)根據(jù)不同的需求構(gòu)建出多維的網(wǎng)絡(luò)?！?/p>

在這個(gè)可能的多維網(wǎng)絡(luò)中，人們甚至沒有厘清神經(jīng)元的類型，更別提環(huán)路的維度。這就好比拼“樂高”玩具，有哪些不同顏色或形狀的組件還不知道，就更不知道要拼的是哪類網(wǎng)絡(luò)、跨區(qū)拼接又有哪些線索。

對(duì)于大腦，科學(xué)家面對(duì)的是一個(gè)無(wú)法想象擁有多大體量、多少影響因素的巨大未知。

“三觀”能擔(dān)重構(gòu)大任？

大腦是如此復(fù)雜，充滿謎題，我們要用怎樣的方法來(lái)獲取謎題的答案？駱清銘認(rèn)為，由于人腦的高度復(fù)雜性，為實(shí)現(xiàn)全面揭示人腦高級(jí)功能的最終目標(biāo)，神經(jīng)環(huán)路的解密需要從低等動(dòng)物到高等動(dòng)物，開展多層次多角度的研究。其中的多層次在行業(yè)內(nèi)的共識(shí)為“宏觀”“介觀”“微觀”。

過(guò)去切片、染色、上鏡觀察神經(jīng)細(xì)胞的不同形態(tài)等是宏觀研究的主要手段。而今光、電、磁的應(yīng)用，使得宏觀研究離開了“死神”的地盤。核磁共振（MRI）、正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層顯像（PET）等多種腦功能成像技術(shù)的應(yīng)用，讓腦活體的宏觀研究成為可能。

美國(guó)人腦連接組計(jì)劃（HCP）用5年時(shí)間采集和公開了千人量級(jí)、基于青年人的高質(zhì)量多模態(tài)MRI數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)就是“號(hào)角”?！斑@帶動(dòng)了國(guó)內(nèi)外共同利用該數(shù)據(jù)繪制大腦皮層精細(xì)功能圖譜和全腦結(jié)構(gòu)連接圖譜等工作?！北本┐髮W(xué)教授高家紅說(shuō)。英國(guó)等國(guó)也相繼開展繪制基于本民族人腦的宏觀圖譜?！拔磥?lái)，體現(xiàn)基因表達(dá)、化學(xué)遞質(zhì)、代謝等大腦信息，加入成長(zhǎng)、疾病等維度的動(dòng)態(tài)演化版也可能被繪制出來(lái)?！备呒壹t介紹，北京大學(xué)2018年發(fā)布了中國(guó)人腦精細(xì)結(jié)構(gòu)模板，使得中國(guó)人腦研究無(wú)需基于西方人的結(jié)構(gòu)模板。

從宏觀到微觀，人類猶如“凌空入?！保媾R難以想象和掌控的數(shù)據(jù)量。中科院自動(dòng)化研究所研究員韓華介紹：“2016年初，美國(guó)高級(jí)情報(bào)研究計(jì)劃署（IARPA）撥款2800萬(wàn)美元支持哈佛大學(xué)獲取1立方毫米鼠腦突觸連接的結(jié)構(gòu)和功能數(shù)據(jù)，電鏡數(shù)據(jù)量高達(dá)PB規(guī)模?！?/p>

幾個(gè)數(shù)字的鮮明對(duì)比，已經(jīng)可以看出微觀的探究超出了目前人類能力之外。因此，量子計(jì)算被視為可以擔(dān)負(fù)起這一計(jì)算能力的潛力技術(shù)。

“介觀”介于宏觀與微觀之間，即不像微觀那樣“緊盯局部”，又可能彌補(bǔ)宏觀腦圖譜在結(jié)構(gòu)和功能對(duì)接方面的空白?！凹纫娚郑ㄈX）、又見樹木（神經(jīng)元）甚至樹葉（神經(jīng)聯(lián)接）?！敝锌圃荷窠?jīng)科學(xué)研究所研究員杜久林說(shuō)得形象。介觀研究目前處于模式動(dòng)物階段，中國(guó)將于2020年繪成斑馬魚全腦介觀圖譜。

再造如何加點(diǎn)“靈魂”？

然而，“三觀”研究之后，我們就可以重構(gòu)大腦了嗎？

面對(duì)兩堆一樣距離、一樣新鮮度、一樣香、一樣多的稻草，驢子會(huì)怎么選擇？答案是隨機(jī)。機(jī)器會(huì)怎么選擇？它不會(huì)選擇，只會(huì)無(wú)休止地計(jì)算下去，直到宕機(jī)。

在一次講座中，中科院院士、量子物理學(xué)家潘建偉表示，對(duì)于經(jīng)典算法來(lái)說(shuō)，隨機(jī)性是難以實(shí)現(xiàn)的。

這個(gè)被稱為“隨機(jī)”的東西，對(duì)于生命體來(lái)說(shuō)極其簡(jiǎn)單，卻是非生命體望塵莫及的。形似如何走向神似或?qū)⒊蔀椤霸僭臁敝凶盍钊速M(fèi)解的部分。

“三觀”之后，用不用加點(diǎn)“靈魂”？科學(xué)家們也會(huì)時(shí)不常地提出疑問，例如“有沒有我們未知的物質(zhì)在生物死亡之時(shí)，已經(jīng)在大腦中發(fā)生了變化”。最著名的實(shí)驗(yàn)來(lái)自美國(guó)大夫鄧肯·麥克道高，他用靈敏的光束天平測(cè)出了靈魂的重量約為21克。

這是不是記憶與思維方式？那么，死亡究竟帶走了什么，或者改變了什么？由于目前的研究方法仍舊是基于大腦組織的離體檢測(cè)，這樣的疑問始終無(wú)從考究。

目前，也有科學(xué)家探索對(duì)生物進(jìn)行活體腦電定位追蹤和觀察的方法，例如中科院神經(jīng)所杜久林研究員團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了在斑馬魚捕食、游動(dòng)時(shí)觀測(cè)神經(jīng)細(xì)胞的電磁信號(hào)，但精度還有待提高。或許未來(lái)發(fā)生在宏觀腦區(qū)探測(cè)技術(shù)的變革，將發(fā)生在介觀或者微觀。當(dāng)可以對(duì)活體而非標(biāo)本進(jìn)行探測(cè)時(shí)，人類對(duì)大腦的認(rèn)識(shí)可能會(huì)進(jìn)入新天地。

不過(guò)可以確定的一點(diǎn)是，對(duì)于人腦的重建工作，將不會(huì)局限于神經(jīng)科學(xué)家的研究領(lǐng)域，甚至可能是舉物理、化學(xué)、計(jì)算等全科學(xué)之力。（記者 張佳星）