以腦科學前沿研究促創(chuàng)新人才培養(yǎng)

時松海

未來的人才培養(yǎng)和科研創(chuàng)新，不能以簡單的體量作為發(fā)展目標，一定要同時以質(zhì)量作為發(fā)展的根本指標，即高質(zhì)量的人才培養(yǎng)體系一定要兼顧量和質(zhì)。

認識大腦是科學和社會發(fā)展的重要內(nèi)容。時至今日，人類對大腦仍知之甚少。腦科學一直被視為人類理解自然的“終極疆域”，正是由于這一學科的巨大發(fā)展?jié)摿εc艱難挑戰(zhàn)，吸引了全球優(yōu)秀科技工作者的關(guān)注。

腦科學之所以如此重要，是由于人在進行科學研究和自 然探索的時候，最終會回歸到對人自身的探索，而對人自身 最高層次的探索就會上升到腦科學的層面。人為什么會有不同的情感、如何做決策、什么是意識，對這些方面的探討，都是腦科學最具吸引力也是最為復雜的地方。

大腦新皮質(zhì)是一個極其復雜且高度組織化的結(jié)構(gòu)

人的大腦新皮層包括額葉、頂葉、枕葉和顳葉四大區(qū)域，占整個大腦體積和質(zhì)量的絕大部分，調(diào)控感知、語言、情感、認知等高級神經(jīng)功能。前額葉是大腦“核心區(qū)域”，其進化關(guān)乎人類大腦功能的進化。我們所有復雜高級認知活動，包括判斷、分析、思考、決策等，都需要大腦通過前額葉來控制。

大腦新皮質(zhì)在發(fā)育過程中，產(chǎn)生數(shù)量龐大且種類繁多的神經(jīng)元，這些神經(jīng)元可以形成特異的神經(jīng)突觸連接，進而組裝成精準復雜的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，調(diào)控各種復雜的行為活動。人類大腦之所以如此強大，是因為有數(shù)百億個不同類型的神經(jīng)元，這些神經(jīng)元非常精準地組裝成一個個神經(jīng)環(huán)路。我們可以簡單地理解大腦是一臺超級計算機，其中有很多CPU。大腦中數(shù)量龐大、種類繁多的神經(jīng)元是如何相互識別，并在空間位置上精確排布，最終形成功能性神經(jīng)環(huán)路（即CPU）的機制和規(guī)律，目前仍尚不清晰，這也是腦科學研究的一個重大前沿問題。我們一系列的研究工作就是系統(tǒng)理解大腦中的最基本的CPU在發(fā)育過程中是如何一步步精準組裝起來的，提出了大腦新皮層神經(jīng)元“出生在一起，連接在一起，工作在一起”的發(fā)育組裝原理。

腦科學對人工智能和新型智能體系的建立具有非常重要 的意義

隨著社會智能化的推進，人們目前找不出任何一個比大腦更強大的信息處理器和智能體系。雖然目前的人工智能已經(jīng)取得了不少重大進展和成果，例如利用神經(jīng)元的基本特性和視覺系統(tǒng)的層級信息處理方式構(gòu)建可進行學習的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。其中，比較簡單的例子就是人工智能系統(tǒng)能夠利用海量的數(shù)據(jù)和強大的計算能力，通過訓練模型進行人臉識別等具體任務，但這與人類或生物大腦的結(jié)構(gòu)和工作機制是非常不同的，主要體現(xiàn)在三個方面——

第一，普適性差，每個具體任務必須用相應的數(shù)據(jù)來訓練。

第二，小樣本學習能力弱，人類大腦經(jīng)過一兩次學習就可以形成記憶特征，而目前人工智能需要大量樣本學習訓練。

第三，抗噪聲能力差。這都是目前人工智能技術(shù)上的瓶頸，也是現(xiàn)在為什么仍需要開發(fā)更強大、更具普適性、有解釋性、有更好小樣本學習能力的新型智能系統(tǒng)的意義。

腦科學與全民健康越來越緊密

隨著社會的老齡化趨勢加速，神經(jīng)系統(tǒng)碰到的問題越來越多。從人類整個生命過程來看，每個階段都有可能發(fā)生非常復雜的腦神經(jīng)疾病，例如，嬰幼兒時期的自閉癥、青年時期的抑郁和情感障礙、中年時期的腦血管疾病和中風、老年時期的阿爾茨海默病和帕金森病等，這些腦神經(jīng)疾病逐漸成為社會和家庭最大的負擔。

與之相對的是，大腦這個由數(shù)百億神經(jīng)細胞組成的不到1.5公斤重的器官，至今仍是個謎。人們對這些神經(jīng)疾病幾乎都束手無策，沒有有效的治療和預防方案，例如自閉癥的治療只能試圖在早期通過一些行為來干預。這種靠行為異常來診斷的疾病，即便在醫(yī)療發(fā)達的今天，人們對它的致病機制還知之甚少。

近年來，美國、歐洲、日本等國家紛紛宣布啟動腦科學 研究。2016年，“中國腦計劃”（腦科學與類腦研究）被列入 國家“十三五”規(guī)劃。在“十四五”規(guī)劃中，“腦科學與類 腦研究”再次被列為七大科技前沿領(lǐng)域攻關(guān)項目之一。

清華-IDG/麥戈文腦科學研究院在過去的十多年間，基于清華大學辦學特點和工科優(yōu)勢，不僅開展腦科學和生命醫(yī)藥方向的基礎(chǔ)和應用前沿研究，還設(shè)有很多工科相關(guān)的研究團隊，開展腦機接口、深腦刺激、類腦計算及芯片開發(fā)等方向的研究。

腦機接口是腦科學研究的重點之一

腦機接口技術(shù)被視為一種全新的信息輸出輸入方式，其應用橫跨很多領(lǐng)域，很可能成為PC系統(tǒng)、手機系統(tǒng)、語音系統(tǒng)之后的又一大人機交互系統(tǒng)。這使得腦機接口從實驗室被快速推向了公眾視野，成為當下科研和投資的熱點。腦機接口未來有非常廣泛的應用場景，如對截癱病人和漸凍癥患者生活和工作的輔助。現(xiàn)在技術(shù)上基本可以做到通過人的意識（即腦神經(jīng)活動信息），控制機械手來完成喝水、握手或者打字交流等活動。但如何把這些科學成果進一步轉(zhuǎn)化并規(guī)?；瘧玫交颊呱砩希€有很長的路要走。

產(chǎn)業(yè)化需要一個自然的發(fā)展過程和契機

產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化一方面要予以支持和鼓勵，另一方面也要注意不能拔苗助長?？蒲醒芯亢彤a(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化對科學家的能力要求是很不同的，能夠兩者兼顧并且取得成功的人少之又少。很多科學家之所以不考慮投身產(chǎn)業(yè)，是因為這其中還需要一定的技能，比如一些科學家并不善于社會交際和表達，或者更愿意在實驗室里做研究。

創(chuàng)新人才培養(yǎng)有三點是非常核心的

教育是國家的未來、發(fā)展的根本，高質(zhì)量科技人才培養(yǎng)是國家發(fā)展的基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性的支撐。關(guān)于創(chuàng)新人才培養(yǎng)，我認為有三點值得思考——

第一，從關(guān)注“體量發(fā)展”到關(guān)注“質(zhì)量發(fā)展”的觀念和培養(yǎng)體系轉(zhuǎn)變。未來的人才培養(yǎng)和科研創(chuàng)新，不能以簡單的體量作為發(fā)展目標，一定要同時以質(zhì)量作為發(fā)展的根本指標，即高質(zhì)量的人才培養(yǎng)體系一定要兼顧量和質(zhì)。

第二，一流的創(chuàng)新文化生態(tài)和制度建設(shè)。創(chuàng)新人才培養(yǎng)需要以建設(shè)創(chuàng)新引領(lǐng)為主體的文化生態(tài)體系，全方位引導學生成長和發(fā)展。

第三，可持續(xù)的高質(zhì)量發(fā)展模式。高質(zhì)量人才培養(yǎng)、學科發(fā)展和科研創(chuàng)新，都需要有可持續(xù)的高質(zhì)量發(fā)展模式，需要跟國家、社會和地方發(fā)展產(chǎn)生長效關(guān)聯(lián)，形成閉環(huán)體系，探索多途徑支撐模式。

最后，我想引用清華大學老校長梅貽琦先生的“從游論”，高質(zhì)量的師生關(guān)系如同大魚前導，小魚尾隨。高水平的教師如“大魚”，要能跟學生“小魚”一起相伴而行，進行充分的交流和碰撞，引導學生向更高質(zhì)量、更高水平發(fā)展。另外，人才培養(yǎng)要有連貫性，從小學、中學到大學，持續(xù)對學生的興趣和能力進行培養(yǎng)、挖掘和鼓勵，只有做到充分的志趣挖掘和培養(yǎng)，未來才可能實現(xiàn)頂尖創(chuàng)新能力的人才培養(yǎng)。

另外，我們的教育總體更多關(guān)注人才正態(tài)分布的平均值變化，希望平均值越來越高，但除了提高平均值之外，是不是有更多的方式和機制能夠鼓勵一些有個性、有特長的人才有效發(fā)展成長起來。在整個教育體系里面，一方面要關(guān)注平均水平，另一方面也要創(chuàng)造條件，允許個性化的發(fā)展。