被称为“终极疆域”的脑科学,为什么越来越重要?

来源:创业邦

作者丨巴里

编辑丨子钺

头图丨图虫

我们可以看见满天星辰,但对于自己的大脑却知之甚少。

当下,全球有超过5000万阿尔茨海默患者,全球有近10%的儿童患有多动症,全球有3.5亿抑郁症患者……这是IDG资本脑科学公益片中提及的一组数字。这些脑神经疾病越来越对人类构成重大危险,已经超过心血管病、癌症成为首位。

虽然在人类生命体的研究中,获诺贝尔奖最多的是脑科学,但大脑这个由上千亿神经细胞组成的3磅重的器官,与人体的关联至今还是个谜。

也正在有越来越多的科学家和机构投入到脑科学的研究。

早在2013年,美国白宫就宣布了“大脑计划”。在2006年发现自己有潜在50%的帕金森病风险时,Google创始人Sergey Brin为帕金森病研究捐助了5000万美元。IDG创始人麦戈文夫妇更是在2000年就成立了MIT麦戈文人脑研究院。2016年,陈天桥和雒芊芊捐赠1.15亿美金建立加州理工陈天桥雒芊芊神经科学研究院。

作为一个基础学科,脑科学正在越发展现其价值。越来越多的科学家也开始回到国内从事研究工作,亦或是开始创业投身产业。

今天(4月22日),适逢清华大学110周年校庆之际,“IDG资本-清华脑科学发展基金捐赠仪式”在清华大学隆重举行。这是继2011年清华-IDG/麦戈文脑科学研究院成立之后,双方合作的再次延续。


被称为“终极疆域”的脑科学,为什么越来越重要?


被称为“终极疆域”的脑科学,为什么越来越重要?

IDG资本脑科学公益视频

“要不要举家回国,回到清华?”

2019年,在美国工作生活了23年的时松海正在面临一次重大的人生抉择。

时间来到1991年,他考入清华大学生物科学与技术系,1996年毕业后,他踏上了大洋彼岸美国的土地,先后在美国冷泉港实验室及纽约州立大学石溪分校做博士研究。那时,他的主要研究方向是学习和记忆,这与他在清华最后一段时间的经历有关。

“当时,学生们都会记单词,考托福、考GIE,再加上受到清华大学生物系复系之后首位系主任蒲慕明等几位校友的影响,他们经常回到清华生物系讲学,在学习和记忆方面做了很多研究工作,那时候我懵懵懂懂中,对神经科学产生了浓厚的兴趣。”年轻的时松海也将神经科学作为了他毕生研究的领域。

回忆起第一个做的项目,时松海可谓记忆犹新。他谈到,之所以人类能够学习和记忆新的单词,其物质基础就在于大脑是具有可塑性的,大脑神经细胞之间的交流实际上决定了我们大脑中到底存储了哪些信息。他希望用成像的方法直观地观察到,大脑中神经细胞和神经细胞之间连接的东西到底是如何发生变化的。

他采用了当时最先进的双光子激光扫描成像、分子生物学和电生理等先进技术,首次揭示了神经突触后谷氨酸受体动态运输是突触可塑性的根本机制。但新技术也往往意味着不够成熟,时松海在整个过程中花费了大量时间反复摸索。

由于做双光子成像需要在一个完全黑暗的空间里,任何微弱的光线都会影响设备的成像效率,时松海索性将屋里都粉刷成了黑色,挂上厚厚的窗帘,每天从早到晚反复试验,就这样一直到有了初步的实验结果,他一共坚持了一年的时间。

突触可塑性是学习和记忆的神经基础,这一系列的研究发现也为深入理解学习记忆原理提供了依据,对于整个领域具有突破性的意义。这也在Science评选的“1999年度十大科学进展”中排名第二。两年后,时松海又荣获了Science 2001年度生物科学全球青年科学家奖特等奖的殊荣,并应邀到瑞典斯德哥尔摩参加了百年诺贝尔奖颁奖仪式。

时松海也成为了第一位也是迄今为止唯一一位获得该奖项特等奖的中国人,成为蜚声海内外的神经生物学家。

2017年,时松海在麻省理工学院(MIT)的一次会议上认识了IDG资本创始董事长熊晓鸽。熊晓鸽对创业邦说,全世界顶尖的脑科学人才不超过60位,而近40位在美国,在中国则极为稀缺,特别希望像时松海教授这样的人才能够回到中国。

放弃美国20多年的工作生活,接受熊晓鸽和清华的邀请回国,对时松海来说无疑是一个重大的抉择。“尽管在海外这么多年,我依然保持着中国国籍,在内心会觉得总有一天会回到祖国。再加上一直以来和清华的沟通交流,也最终决定2019年全家回国。”时松海说。

刚刚回到国内的时松海,就马上加入到了清华-IDG/麦戈文脑科学研究院的发展建设中,担任院长。谈到这所研究院的建立,也离不开熊晓鸽的大力推动。

2000年,IDG创始人麦戈文为母校麻省理工学院捐赠3.5亿美元,成立麦戈文脑科学研究院。目前,这所研究院已成为全球顶尖的脑科学研究机构。此后,麦戈文希望在全球再找几所优秀大学,捐赠设立脑科学研究院,其中日本即是目标之一。

熊晓鸽回忆,“当时麦戈文先生想在亚洲成立一所,再在欧洲成立一所。当时日本比较热,日本有五所学校写了申请。因为我是IDG亚洲负责人,我想建在日本干嘛?还是建在中国好。我就安排他到清华、北大谈。”

在熊晓鸽的安排下,麦戈文夫妇曾于2006年、2008年、2010年三次访问清华,实地调研和考察清华在脑科学研究方面的进展。2011年,麦戈文先后和清华大学、北京大学、北京师范大学签署合作协议,共同建设IDG/麦戈文脑科学研究院,每所研究院都获得麦戈文的1000万美元捐赠。

在这三所脑科学研究院的管理架构中,设置了三位美方董事,包括麦戈文(去世之后由他的夫人接任)、熊晓鸽以及麻省理工学院脑科学研究院院长。熊晓鸽不仅花时间参与管理,还捐赠了200万美元。

“我目前是麻省理工学院脑科学研究院除麦先生夫妇外个人捐款最多的。”他把资金捐到麻省理工学院,专项用于支持中国的项目,包括中国研究人员到美国学习、美国研究者到中国交流等。

熊晓鸽之所以花时间、捐资金支持麦戈文创办的脑科学研究院,还有一层原因就是他的母亲死于脑溢血,这让他在此后格外关注脑疾病。

在十年后的今天(4月22日),适逢清华大学110周年校庆之际,“IDG资本-清华脑科学发展基金捐赠仪式”在清华大学隆重举行。这是继2011年清华-IDG/麦戈文脑科学研究院成立之后,双方合作的再次延续。此次捐赠的资金将继续用于人才引进和学术交流。

“捐赠不是以投资为目的,主要还是长期支持脑科学的基础研究。”熊晓鸽谈到,脑科学一直被视为人类理解自然界现象和人类本身的“终极疆域”,是本世纪最重要的前沿科学之一。有数据显示,全世界40%死于脑溢血的患者都在中国。

除此之外,全球不同年龄、不同国籍的脑功能障碍患者高达数百万,人类社会为此付出了难以估量的代价。相关疾病的研究、诊疗都需要更多基础科学研究的突破。“这一点也是当年说服麦戈文先生在中国建立脑科学研究院的重要原因之一。”

脑科学能够解决AI之所不能

在十年前的捐赠仪式上就提出,成立清华-IDG/麦戈文脑科学研究院的目的就是要建立一个世界一流的脑科学研究和人才培养基地,开发并应用最先进的技术来理解大脑、再现大脑并保护大脑。

“脑科学之所以如此重要,是由于人在进行科学研究、自然探索的时候,最终会回归到对人自身的探索,而人对自身最高层次的探索就会上升到脑科学的层面。怎么有不同的情感,怎么做决策,怎么有意识,这些方面的探讨,都是脑科学最具吸引力也是最复杂的地方。”

时松海指出,脑科学之所以如此重要还体现在其社会意义上。

随着社会智能化的推进,脑科学对人工智能和新型智能体系的建立都非常重要,人们找不出任何一个比大脑更强大的处理器和智能体系。虽然目前的人工智能已经取得了不少成果,例如,使用视觉系统的处理方式模拟大脑,但距离真实的大脑还非常遥远。其中,比较简单的例子就是智能系统能够利用海量的数据和强大的计算能力,通过模型的训练应用在人脸识别等场景上。

但这与人类的大脑仍然是完全不同的,由此也带来三个问题:

第一、没有普适性,只能做人脸识别,做不了其他工作,每个领域的工作都必须用相应的数据来训练;

第二、人类大脑经过一两次就可以形成记忆特征,而计算机小样本的深度学习能力非常差;

第三、其抗噪声能力非常差,稍微混入一些不相关的信息就无法识别。

“这都是目前从技术上无法解决的瓶颈,也就是现在为什么要开发更强大、更具普适、有解释性、有更好小样本学习能力的新型智能系统的意义。”时松海谈到。

脑科学也与全民健康越来越紧密。随着社会的老龄化趋势加速,神经系统所碰到的问题会越来越多。

从人类整个生命过程来看,每个阶段都有可能发生非常复杂的脑神经疾病。例如,童年发育时期的自闭症,青年时期由于社会压力所引起的抑郁、情感障碍等精神疾病,中年时期的脑血管、中风等疾病,以及老年时期的阿斯海默症、帕金森病等等,这些脑神经疾病已经成为了社会最大的负担。

根据世界卫生组织统计,包括各种神经类和精神类疾病在内的脑相关疾病,占到了28%,超过了心血管疾病和癌症。预计到2030年,整个社会与脑神经疾病相关的负担金额将会超过7000万亿。

与之相对的是,这个由上千亿的神经细胞组成的3磅重的器官,与人体的关联至今还是个谜。人们对于所有的神经疾病几乎束手无策,并没有有效的治疗方案。比如自闭症,只能试图在早期通过一些行为干预,防止进一步的恶化。这种完全靠行为来定义的疾病,即便在医疗如此发达的今天,人们对它还知之甚少。

近年来,中国、美国、欧盟、日本等国家纷纷宣布启动脑科学研究。2016年,“中国脑计划”(脑科学与类脑研究)被列入国家“十三五”规划。在“十四五”规划中,“脑科学与类脑研究”再次被列为7大“科技前沿领域攻关”项目之一。

时松海说,“我们很难想象,百年清华在清华-IDG/麦戈文脑科学研究院成立前,几乎没有进行脑科学研究。这个研究院就像一颗种子,历经十年的成长,清华脑科学的研究已经取得了长足的进步。”

值得一提的是,在过去的十年间,基于清华工科的特点,研究院所做的不仅限于生物医药的研究,还设有不少工科相关的实验室,例如脑机接口、深脑刺激、类脑计算以及芯片开发等研究工作。

据介绍,研究院也从最初的2个果蝇实验室,到13个小鼠实验室,再到2个雪貂及灵长类实验室,到现在的近20个独立实验室+11个相关领域的工科实验室,300多名在读研究生与博士后。在学习记忆、机械感受、大脑发育、脑疾病机制等方面都取得了一批重大成果。

不只在实验室,正在走入现实

清华-IDG/麦戈文脑科学研究院也一直在进行着脑科学领域的产业化科研项目。

作为脑科学领域的一个研究方向,脑机接口可谓在近两年大火。2019年,Facebook宣布10亿美元收购脑机接口创企CTRL-Labs。

今年2月,特斯拉CEO埃隆·马斯克旗下的脑机接口初创公司Neuralink,正在通过电脑芯片与猴子的大脑进行连接,从而使猴子能够通过自己的意念来操控乒乓球游戏。马斯克也提到,“如果进展顺利,我们可能会在今年晚些时候进行初步的人体试验。” 

脑机接口技术被视为一种全新的输出输入方式,其应用将横跨数个领域,其操作系统也有可能成为PC系统、手机系统、语音系统之后的又一大人机交互系统。这都使得脑机接口从实验室被推向了公众视野,并成为当下投资热点。

2019年,渐冻症患者王甲,登上了央视节目《挑战不可能》的舞台。


被称为“终极疆域”的脑科学,为什么越来越重要?


被称为“终极疆域”的脑科学,为什么越来越重要?

《挑战不可能》清华团队助力渐冻人用意念打字

参加节目时,王甲已患病12年,全身瘫痪、无法说话,仅剩下眼部周围的肌肉能够活动。但是在节目现场,他成功完成“读诗”挑战:借助脑机接口打字系统,用“意念”控制机器,打出诗句“希望,而且为之奋斗,把这一切放在你的肩上”。

王甲使用的脑机接口系统,正是来自清华大学。清华-IDG/麦戈文脑科学研究院研究员高小榕教授的团队研究脑机接口已有20余年,一直以医疗应用为主要动力。目前,中国已经有上百名渐冻症患者尝试使用脑机接口。

时松海对创业邦说,马斯克在成立Neuralink后,对于科研院校也都产生了巨大的影响。马斯克解决的并不是一个新的科研问题,他只是在工程化上做了一些新的改善。

据了解,脑机接口未来至少有三个非常大的应用场景,一个是对渐冻症和瘫痪病人健康的恢复。现在基本可以从技术上做到让人通过他的意识,利用机械手喝水、握手或者用意识打字交流。但是如何把这些科学成果能够真正转化可以规模应用到病人身上,还需要有很长的路要走。

除了病人的健康恢复,脑机接口还可以应用于智能家居的控制、无人操控等领域。据市场研究机构Valuates Reports的报告,2019年全球脑机接口市场规模估计为13.6亿美元,预计到2027年将达到38.5亿美元,年均复合增长在13%。 

时松海认为,脑机接口是一个非常令人兴奋且有巨大潜力的方向。

从科研到产业,科学家的“下海潮”

如今,似乎已没有人再会对科学家的创业提出异议。不接地气、不能产业化、不懂人情、不懂人性、不懂管理的刻板标签也正在科学家身上撕去。

高通创始人雅各布斯已成为科学家创业成功范式的模板。思科的两位创始人夫妇莱昂纳多博萨克、桑迪勒娜均是斯坦福大学教授,为了互传爱意,他们在斯坦福大学校园内搭建了人类历史上第一个互联网雏形。

英特尔的三位创始人不仅是加州大学伯克利分校、麻省理工学院的博士,更是这两所大学的教授。核心团队同样来自于他们的学生与同事。

30年后,中国也迎来了美国硅谷当初科学家创业的黄金时代。

来自清华大学的PonyAI小马智行团队、RealAI瑞莱智慧团队、Face++旷视科技团队,来自上海交通大学的第四范式团队,来自中科院的华大基因团队、寒武纪团队、宁德时代团队,来自香港中文大学的商汤团队等背后都有着科学家的身影。

在脑科学领域,国内也有来自各高校科研机构所组成的创业团队,例如NeuraMatrix、脑陆科技、优脑银河、强脑科技等。脑陆科技团队是一个来自哈佛大学、清华大学、加州大学伯克利分校、中科院的创业团队,四位创始人的平均年龄在30岁左右。

熊晓鸽说,过去,我们投资比较成功的是消费互联网赛道的公司,技术含量不那么高,主要是依靠商业模式和执行能力,但是现在尤其是AI、自动驾驶还有脑科学、生物工程等领域的创业者大不一样。其中,绝大部分都是博士生,技术门槛比较高。技术创业者只需要精通自身熟悉的领域即可。

“对于他们来说,最重要的是找到一个合适的风险投资机构,要能够懂你的技术,能够帮上忙”,熊晓鸽对创业邦说。这也就要求投资人也要懂技术,能够与这些科学家沟通交流,进行产研结合。这与过去VC/PE的做法完全不一样。

但同时,产业化需要一个自然的发展过程和契机,一方面要予以支持和鼓励,也要注意到不应该拔苗助长。时松海认为,科研和产业化对于科学家所具备的能力要求是不同的,能够两者兼顾并且取得成功的人少之又少。很多科学家之所以不考虑投身产业,这其中还需要一定的技能,比如大多数科学家并不是那么social,更愿意在实验室里做研究。

时松海打比方说,从某种程度上,做基础研究的学者就好比科学家和医生的关系。我们做基础研究时发现的研究成果,如果能写到教科书里,对我们来说就是巨大的成功。但实际能创造多少社会价值和经济价值,我们并不清楚。而医生则可以真的应用这些理论去治病救人,造福更多的人。

“做企业和做科研还是两回事,尤其当企业做大时,就需要创业者构建一整套更加完善的系统,需要有好的CFO管钱,Marketing做营销,再将你的技术转化成可商用的产品。”熊晓鸽建议道。

无论如何,现在,高情商、高智商、深谙商业和管理之道的新一代科学家正在与企业、资本越来越近,用自身的硬科技实力深刻影响着中国经济的产业革新。

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