绘制人脑地图

绣夫

2001年2月12日，由6国科学家共同参与的国际人类基因组公布了人类基因组图谱及初步分析结果。这个被誉为生命科学“登月计划”的研究项目取得重大进展，为人类揭开自身奥秘奠定了坚实的基础。

众所周知，在宇宙内的所有物体当中，人类的大脑是最复杂的。人脑是由错综交织的神经元细胞构成的，其数量如同银河系中的星星一样多。神经元是大脑中的特殊细胞，通过其外隔膜可以产生简单的峰值电压。这些电压脉冲可以沿着神经轴传播，激发大脑中其他化学信号的释放。这些二进制的0或1脉冲载有关于我们和这个世界的信息：我们看见了什么？为什么而生气？该走哪条路等等。然而这些以毫秒计算的电压是如何编码的呢？是否在大脑的不同地方脉冲信号的含意也不尽相同呢？所以，搞清信息在神经元活动中如何编码的，是探索大脑奥秘的重中之重。

科学家承认，一个多世纪以来，对大脑的探索才刚刚触及了这个巨大科学挑战的表层。研究大脑，必然比人类基因组测序更加复杂。最近，美国奥巴马政府希望整合领域内已有的研究，配置科研资金，启动一个为期10年的项目，最终绘制出一份记录人脑活动的完整的地图。

目前，距离做到这一点，科学家还有很远的路要走。在他们启动这一程序之前，他们必须开发出能分析大脑的仪器。而在他们开发出能适用于人类的仪器之前，他们必须先在一些较为简单的物种身上获得成功，当然先要假定在那些动物身上得出的结论能应用于人类。

动物研究当前的最高水平，是可以同时从约一千个神经元中取样，而人脑有约850亿～1000亿个神经元。拉斐尔·尤斯特博士是美国哥伦比亚大学的一名神经学家，曾率先使用激光来测量老鼠大脑皮层中神经元的活动。他说：“对于人类，我们必须开发新的技术，其中一些得从零开始。”

2014年发表在《神经元》期刊上的一篇文章描述了一种绘制活跃人脑地图的可能方法。这篇文章由6位知名科学家署名，提出应该从神经元数量非常少的物种开始，随后转向越来越复杂的动物。

但是，这样一路研究到人，将是一个巨大跨越，以至一名曾参与美国这一研究计划制定的科学家索尔克研究所的神经学家特里·谢诺沃斯基把这项挑战称为“百万神经元的长征”。

研究者们提出了各种各样可以用于研究的技术，但是，其中很多都还停留在模型阶段，或者只是设想。其中的一些，比如美国哈佛大学维斯研究所实验室正在设计一款微型的纳米机器人，使其能够在人类身体中旅行。

此外，现在用于对人脑活动进行高分辨率取样的技术都需要开颅，这大大地限制了其可行性。对这些现有技术的应用已经取得了一些进步，但只是在最基本水平上的突破。

尽管如此，前不久出版的《自然》期刊中，美国加州大学旧金山分校的几位神经外科医生在人脑语言功能的运作机制方面发表了重要的新见解。这项研究是在3名严重癫痫病人的允许下进行的，研究内容包括在他们的大脑表面安装密集的传感器电极网。据领导该研究小组的爱德华·F·张博士说，这264个电极分别从各自区域取样，每个区域包含多达数百万的神经元。尽管传感器的分辨率较为粗糙，但也是迄今为止最强大的。它展示出人类大脑皮层上的语言中心如何控制喉、舌、下巴、唇和脸，这些部位都参与了发声，形成人类语言。

张博士说：“我不认为这是一项重大的技术发明。但是这表明，哪怕渐进的进步都有作用，并且展示了这些进步将怎样影响我们对研究对象的理解。”而加州大学小组的终极目标是充分了解大脑的语言机制，以研发高级的人工器械，使瘫痪或中风患者有可能开口说话。