50塊左右的腦區(qū)“拼圖”可以拼起“器官之王”——大腦。根據(jù)德國神經(jīng)解剖學家布魯?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)負責人臉識別……

雖然這樣的功能劃分對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它還差得遠。

不久前《細胞》在線發(fā)表了中國科學家利用單細胞質(zhì)譜、光遺傳、分子生物學、電生理及動物行為學等技術方法，揭示的日光照射改善學習記憶的分子及神經(jīng)環(huán)路機制。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，牽起了一連串關于益智、健腦的可能遐想。

越來越深入的研究，讓人們探查到大腦中越來越多的秘密，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大腦呢？

人類對大腦了解多少？

前不久，“現(xiàn)代神經(jīng)科學之父”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)在看來粗糙簡單的神經(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形狀，每張都有各自的特點，但“末梢”消失在紙張未及之處。

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

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

然而在功能的進一步探索中，科學家們發(fā)現(xiàn)，有些神經(jīng)元細胞不只扮演一個角色?！凹媛殹笔沟蒙窠?jīng)環(huán)路的網(wǎng)絡關系愈加復雜。駱清銘將其比喻為現(xiàn)實中的各大網(wǎng)路。“就像我們有電網(wǎng)、水網(wǎng)、道路網(wǎng)、通信網(wǎng)……大腦里也會根據(jù)不同的需求構建出多維的網(wǎng)絡?！?/p>

在這個可能的多維網(wǎng)絡中，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、跨區(qū)拼接又有哪些線索。

對于大腦，科學家面對的是一個無法想象擁有多大體量、多少影響因素的巨大未知。

“三觀”能擔重構大任？

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

過去切片、染色、上鏡觀察神經(jīng)細胞的不同形態(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)射型計算機斷層顯像（PET）等多種腦功能成像技術的應用，讓腦活體的宏觀研究成為可能。

美國人腦連接組計劃（HCP）用5年時間采集和公開了千人量級、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“號角”?！斑@帶動了國內(nèi)外共同利用該數(shù)據(jù)繪制大腦皮層精細功能圖譜和全腦結(jié)構連接圖譜等工作?！北本┐髮W教授高家紅說。英國等國也相繼開展繪制基于本民族人腦的宏觀圖譜?！拔磥?，體現(xiàn)基因表達、化學遞質(zhì)、代謝等大腦信息，加入成長、疾病等維度的動態(tài)演化版也可能被繪制出來?！备呒壹t介紹，北京大學2018年發(fā)布了中國人腦精細結(jié)構模板，使得中國人腦研究無需基于西方人的結(jié)構模板。

從宏觀到微觀，人類猶如“凌空入海”，面臨難以想象和掌控的數(shù)據(jù)量。中科院自動化研究所研究員韓華介紹：“2016年初，美國高級情報研究計劃署（IARPA）撥款2800萬美元支持哈佛大學獲取1立方毫米鼠腦突觸連接的結(jié)構和功能數(shù)據(jù)，電鏡數(shù)據(jù)量高達PB規(guī)模。”

幾個數(shù)字的鮮明對比，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，量子計算被視為可以擔負起這一計算能力的潛力技術。

“介觀”介于宏觀與微觀之間，即不像微觀那樣“緊盯局部”，又可能彌補宏觀腦圖譜在結(jié)構和功能對接方面的空白。“既見森林（全腦）、又見樹木（神經(jīng)元）甚至樹葉（神經(jīng)聯(lián)接）。”中科院神經(jīng)科學研究所研究員杜久林說得形象。介觀研究目前處于模式動物階段，中國將于2020年繪成斑馬魚全腦介觀圖譜。

再造如何加點“靈魂”？

然而，“三觀”研究之后，我們就可以重構大腦了嗎？

面對兩堆一樣距離、一樣新鮮度、一樣香、一樣多的稻草，驢子會怎么選擇？答案是隨機。機器會怎么選擇？它不會選擇，只會無休止地計算下去，直到宕機。

在一次講座中，中科院院士、量子物理學家潘建偉表示，對于經(jīng)典算法來說，隨機性是難以實現(xiàn)的。

這個被稱為“隨機”的東西，對于生命體來說極其簡單，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解的部分。

“三觀”之后，用不用加點“靈魂”？科學家們也會時不常地提出疑問，例如“有沒有我們未知的物質(zhì)在生物死亡之時，已經(jīng)在大腦中發(fā)生了變化”。最著名的實驗來自美國大夫鄧肯·麥克道高，他用靈敏的光束天平測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，這樣的疑問始終無從考究。

目前，也有科學家探索對生物進行活體腦電定位追蹤和觀察的方法，例如中科院神經(jīng)所杜久林研究員團隊實現(xiàn)了在斑馬魚捕食、游動時觀測神經(jīng)細胞的電磁信號，但精度還有待提高?；蛟S未來發(fā)生在宏觀腦區(qū)探測技術的變革，將發(fā)生在介觀或者微觀。當可以對活體而非標本進行探測時，人類對大腦的認識可能會進入新天地。

不過可以確定的一點是，對于人腦的重建工作，將不會局限于神經(jīng)科學家的研究領域，甚至可能是舉物理、化學、計算等全科學之力。（記者 張佳星）