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中科院院士蒲慕明:自闭症克隆猴已研究成功,未来将公布

2018-11-4 20:54:59来源:新浪科技作者:-责编:孤城评论:

北京时间11月4日消息,今天,2018腾讯WE大会在北京展览馆举行。基普·索恩(Kip Thorne)、丽莎·兰道尔、蒲慕明等全球顶尖科学家出席会议并发表演讲。在大会举行前夕,中科院神经科学研究所所长,中科院院士蒲慕明接受了新浪科技的采访。

目前,社会各界对我国的“脑计划”都很关注,相对于美国和欧洲来,我国是后起者。对此,蒲慕明院士表示第一个“脑计划”已经准备了4年多了,至今还没有启动,是因为我们要做一个大计划,而且是20-30年的国家大计划,所以需要准备充分。

2017年11月27日世界上首个体细胞克隆猴“中中”诞生;12月5日第二个克隆猴“华华”诞生,目前“中中”和“华华”状况如何,对此,蒲慕明笑称,他们过的很好,他俩是中科院神经科学研究所的宝贝。另外,蒲慕明透露,马上他们要公布一批新的克隆猴,值得一提的是,这批克隆猴是带着自闭症疾病的猴子,将为自闭症的研究提供相关研究模型。

图为蒲慕明在演讲现场

网上流传了蒲慕明写给实验室年轻人的信,对此,蒲院士表示,他确实写过这封信,但中间有很多内容被其他人进行了篡改。他认为,年轻人最重要的是要投入,这就是他那信中最精髓的目的。蒲慕明笑称,他年轻的时候,一个星期曾7天都待在实验室,他希望致力于科学研究的人,可以全身心投入进行,这样能尽早出成果,尽早成功。(赵河雨)

以下为蒲慕明演讲全文:

各位来宾,刚才大家听了很多著名科学家谈到对于外在宇宙的理解,我们对于宇宙的起源还包括了生命的起源,我们有一个内在的宇宙就是我们的大脑,我们的大脑到底是怎么回事,我们为什么有这个能力去理解外界的世界?人的认知功能是怎么来的?

这个是我们大家都感兴趣的问题。

在过去的这四五年来,全世界掀起的一个浪潮,除了人工智能浪潮以外,还有脑科学的浪潮,这个浪潮在欧美、日本都引发了国家性的脑科学计划。我们中国科学家在过去四年里面也做了很大的努力,筹划一个中国的脑科学计划,我们希望这个计划更为完善,成为对于社会更有贡献的一个脑计划。我今天先给大家介绍一下中国的脑计划是怎么回事。

中国脑计划可以说是一个“一体两翼”的结构。这个“一体”就是主体是基础研究,理解我们人类大脑认知功能是怎么来的。为了研究各种人类的认知功能,我们需要建立各种平台,同时我们也想理解认知的能力是怎么样在发育过程中出现的,就是认知的发育过程。

在这个过程中要理解人的大脑,你必须知道它的结构。任何时候你不知道结构是怎么样的,你很难理解它的工作原理是什么,所以这个结构是什么?就是大脑的网络,成千亿的细胞怎么样连在一起,它有什么样的规则,怎么样处理信息,做这个结构我们就需要一个图谱,就是一个连接的图谱。

就像我们看到计算机里面它的结构是什么,我们要分析他的功能必须知道计算机的结构,对于大脑的功能我们必须要知道大脑的网络结构,这就叫做“全脑介观神经联接图谱”,也是我们这个大计划的一部分。

当了,这个主体的基础研究在它的“两翼”:

第一,我们对社会的需求非常重要,就是理解怎么样去做重要的脑疾病的诊断和治疗。现在的社会面临了很大的问题,就是我们的各种脑疾病都没有办法治疗,诊断也很难早期干预,就是在基础研究上能够有所贡献。

第二,我们有另外一个社会需求,就是我们人工智能的发展非常红火,各种应用刚才我们也听说了,都可以有很好的应用。但是我们从长远来说,人工智能现在是一个非常专用性的、做某一种问题的专用智能,不像我们人类的大脑是一个通用的智能。我们的大脑可以举一反三,用很少的能量我们可以做很多的事情,不需要很多的数据我们也可以做很多的决策,这个是怎么来的?

所以,未来人工智能要进一步发展的话,就需从脑科学得到启发,包括机器学习的过程,怎么从脑启发的这个概念来设计新的计算模式,新的类似人脑的神经元结构的器件、芯片,甚至是机器人。

这个领域我们叫做脑机智能技术,所以这个“一体两翼”是中国脑科学、脑计划中,我们大家都有共识的。

当然我们先讲什么是认知,大家都知道认知科学非常重要,认知到底可以怎么看呢?我可以分成三个层面。

层面一:认知是对外界世界的认知,包括我们的感知觉,对外界各种感官所收到的信息,怎么样在大脑中引起反应,我们把各种感知觉怎么样整合,感知觉之后怎么样变成运动。有两块,这些东西要注意,对外界世界应该注意什么地方,学习记忆各种分类,做简单的决策,这些是所有动物都有的,从果蝇到鱼到鼠都有这种功能,这种保守的认知功能可以在各种模式里研究。过去这几十年来,在用小型的动物来研究对外界世界的认知,已经有很成熟的进展了。

层面二:非我的认知,这就不是所有动物都有的。比如说我们有同情心、同理心,别人想什么,我可能知道你在想什么,我们可以参与很复杂的社会行为,以及“我跟你是有差别的”,对自己有一个自我意识。这些是怎么来的?这些就不是所有动物都有的,可能我们要到灵长类才有,所以我们叫做非灵长类应该是最好的模式。

猕猴是最靠近人类的实验动物,我今天要特别讲非灵长类也是因为这个原因。在这个里面我们希望中国的脑计划,把这个也当成一个重心,因为中国在灵长类的研究现在是世界领先,而且我们的资源也是最丰富的,所以我们有机会成为这个领域的领跑者。

层面三:更进一步,这个层面的认知,我们叫语言的认知。只有人类才有语音交流,有丰富的句法、文法,可以有无限的句型的变化。这不是(自然界)所有的语音交流,动物也有语音交流,有声音交流,但是它没有语言,语言只有人类有,连黑猩猩(最靠近人的动物)都没有,都不能做到这一点。

那我们怎么样理解语言呢?语言的理解、语义的理解,也是人工智能里面临最大的问题。语音识别可以,面孔识别可以,你要讲一句话,你让一个机器懂你,真正能够完全理解你的意思,这还很困难,原因是我们对于语言的理解还是不够。

所以在个领域,对语言的认知理解,会对未来的人工智能,包括你可以想象一下,将来的一个机器人,你讲什么话,它都懂你的话,它可以学,将来变成你生活的一部分,这种真正具有人类智能的机器人,这是我们想象中的未来,这都要靠着我们对最上层的语言、认知的理解。

我们可以在人身上来理解。人类因为疾病损伤造成了语言障碍,你可以研究怎么回事儿,哪个脑区有问题,但是我们真正要理解语言的来源,我们必须要用动物做实验。

比如说我们把一个猴子,不会说人话的猴子,我们把人类跟语言相关的基因放在猴子的大脑里面,也许它的网络结构就变化了,它发音的能力也变化了,(从中)也可以看到人的起源是什么样的,我觉得这是一个很有意思的未来领域。

要理解人类的大脑,我们说的这个图谱,这个图谱是什么意思?我们说人的大脑图谱可以有三个层面。

大家很熟悉的去医院里面做核磁成像,它可以给你一些大脑大致的结构,非常宏观的结构,但是真正要理解大脑必须要有一个介观的理解,我们就叫介观层面的理解,就是脑图谱最关键的一个内容,就是叫有细胞分辨度。要知道是哪一类的细胞跟另外一类细胞之间的连接,这个叫介观的连接图谱,这个也是在中国脑计划里面一个核心项目。

当然,我们可以看得更细,到微米、纳米以下的微观层面的图谱,这个就更复杂了,现在还没有到能够分析微观层面。所以这个层面也是未来的10年、20年来,中国脑计划和世界脑计划都关心的内容。

举个例子,这个大脑复杂性可以从这么一个图看出来,这里只有52个神经细胞,它在全脑的投射我们把它画出来了,你可以看它的复杂性。我们的人脑有1000亿个神经细胞,所以你可以想象大脑的复杂性,要理解它是有很大的工作要做的,我们为什么要做这个图谱呢?而且我们要以猕猴来做呢?

猕猴是最靠近人类的实验动物,因为它跟人类最靠近,理解它的结构我们就可以更容易理解人的结构,最终我们还是要理解自己的大脑。所以(我们把)做猕猴的全脑图谱作为一个目标,这个是我们中国脑计划的目标。由于这个动物的模型跟人类比较靠近,所以我们可以对高等的认知功能,我刚才讲的对自我、非我的认知,对语言的认知我们可以有进一步的理解。

脑疾病出了问题,这个猕猴也是一个很好的模型。猕猴的疾病模型,我们可以研究它这个问题到底是在什么地方。像刚才我们讲到的,你可以用光遗传的方法刺激某一个环路,让某一个功能恢复。

到最后,现在非常重要的就是我们现在的宏观图谱,就是你在医院里面可以拿到这些MRI的图谱,我们不能够完全理解它的意义,因为它是非常宏观的,而且每一个分辨度不够。所以我们有了猕猴的宏观图谱加上我们的介观图谱,知道有细胞分辨度的联系图谱了,我们就可以理解我们很多在医院里面得到的信息,大量的信息到底是什么意思、什么意义,怎么样去诊断各种疾病,这是一个很有使用价值的图谱。

所以,我们这个图谱包括了几种图谱,一种我们要知道这个大脑里面各种基因的分布是怎么样的,大脑到底有多少种类的细胞,这个是很奇怪的,我们现在最简单的一个问题,对于我们大脑的理解,它的原件我们还搞不太清楚。到底有多少不同的细胞,现在有人说几百种,有人说是上千种不同的细胞,因为细胞不同功能就不一样,做出来的连接就做不同的事儿了,所以我们一定要把细胞的种类分清楚,这个是细胞类型的图谱。

当然这个图谱做出来,我们最终要追踪它的连接,连接是关键。所有的大脑功能都是靠连接出来的。所以知道是哪一类细胞能够做细胞特异性连接的追踪,我们才能够真正得到所谓的连接图谱。当然,有了这个结构图谱,我们还知道它的功能,我们需要用各种方式来调控,看特殊连接上,它的活动是什么样子,(运行)怎么样功能的时候对应什么样的活动,出了问题我们可以调控它的活动,所以这就是功能性的研究。

当然,做这个我们有各式各样的平台要建立,我就不细讲了,这些平台都是全世界都在努力建立的,关于脑研究的平台,包括你怎么样观测、调控大脑的神经细胞,怎么样追踪它的连接。

最后,我们有特色的非人灵长类的基因操作平台,因为我们可以把跟疾病相关的基因,在猴子里面敲出或者敲入,改变它,使它产生有人类疾病的症状,我们就可以拿来做研究,研究怎么样的方法可以治疗这个疾病,做好了以后我们开始运用到人的身上。

所以这是在疾病方面,我们希望能够针对几种重要的疾病进行研究。在发育期间,我们大家都知道有孤独症、智障,这些问题是我们现在社会面临的,至少有1%的小孩子、年轻的儿童有孤独症的征象,我们将来要有能够诊断治疗的方法。我们在中年有各种精神类的疾病(比如抑郁症、各种成瘾,包括网络成瘾,这些都是未来要面临的问题。还有老年的退行性疾病,神经元退化死亡造成的老年痴呆,这些都是需要能够解决的。

我们要能够理解发病的原理,要能够找到各种诊断的方法。我们要有各种干预的方法帮助早期诊断,病还没有真正发生的时候,早期的干预是将来脑疾病诊断最好的方式。像退行性疾病,细胞都死亡了,你要怎么治疗,你最好在还没有死亡的过程之中就早期地干预,使它死亡缓慢,退化缓慢,就可以推迟脑疾病的出现。

所以早期诊断与早期干预是非常重要的。这些工具必须要在动物的模型上先做,不能直接在人身上做,所以我们就需要有各种动物的模型,非人灵长类的模型,来研发、检测药物的效果或者刺激干预的效果,是不是能够在动物疾病模型的猴子上做成。我们也希望建立各种临床平台,包括各种数据平台、血样平台、脑库、训练中心。

我刚才讲的是应用在脑疾病的方面,中国脑计划将来要做的。我们当然也希望做成另外一个应用,脑机智能技术。这里面包含了各种跟脑机相关的研究,首先就是脑机接口跟脑机融合的技术,用大脑的信息控制机器、假肢等等,这就是脑机接口。

当然我们还有各种电的、磁的、超声的调控大脑的器件,这可以帮助治疗各种疾病。我们知道它的环路技术,我们可以刺激特殊的环路,这就不是整个药物的治疗、干预,而是物理、生理的干预。这种干预有特异性,可能比药物更好。现在脑疾病的药物都很少有非常有特异性的,常常有副作用,有效性也很有问题。

当然我们现在在不断地研发药物,同时我们需要有各种物理刺激的方法。

脑启发的人工网络的模型和计算方法,这个是现在的深度网络的计算模型,是一个非常固化的一个连接模型。我们人类大脑的连接是可以变的,有很大的可塑性,怎么把人脑或者从动物模型里面得到的、真实的生物脑的连接模式,怎么样应用到人工网络计算,机器学习的方式上,这就是将来要做的。

我们当初说要做各种计算的方式,是一个方面,器件也是一个方面。怎么样做出芯片、器件、处理器跟大脑神经元的结构是比较类似的,就像类脑的器件,怎么样最终做出一个类脑的机器人,这都是这个领域需要做的。

我现在大致总结一下,我们这个研究在中国可能大家会注意到,发展非常地迅速,而且很可能是世界领先的一个领域。这个领域我们希望能够做到的是什么呢?通过这个能够理解高等生物的认知功能,在世界的前沿上能理解得更清楚,我们才会产生各种模型。动物模型都是带着疾病的,然后我们研究各种治疗干预的方法,这个是我们未来中国非灵长类研究的方向。

我举一个例子,我们最近做的非灵长类的,我们把人的基因跟自闭症的基因在猴的受精卵里面表达,得到有自闭症的猴子出现。人的自闭症基因这上面是各种染色体里面都插入外来的基因,插入之后这个猴子它有各种表情,包括重复活动、反复的动作。

自闭症最常见的就是喜欢做同样的动作,这个猴子同样在笼子里面同样地打转,同一个方向不断地转这种活动,它也有很高的焦虑症,焦虑性要比其它的猴子要高,它跟其它猴子在一起玩耍的时间特别少,它喜欢单独在一边,跟其它的野生猴或者其它的转基因猴不一起玩耍。社会的孤独症反应在它的行为上面,所以这种猴子我们现在可以说是一种模型,但是我们需要很多这样子的模型。

我们也有的猴子它的睡眠睡不好,在睡觉的时候它会有动作,它的动眼睡眠、非动眼睡眠都达到了下降,它是怎么来的呢?是把一个焦虑的基因从胚胎中把它消除了。我们知道人身上所有的组织里都有焦虑的激素,这个激素随着时间的波动,白天昼夜都不一样的,波动是非常明显的,白天跟黑夜这个波动在这个猴子身上就消失了。

这种猴子我们现在你可以看到它。最左边是运动的轨迹,野生猴在笼子里到处跑;另外一个是消除这个基因的母猴子,它躲在一边它不动,有人来往就往笼子上面跑。这个症状两只对照,雌猴都是活动很少,有抑郁和焦虑的症状。

像这个猴子我们现在已经在做它的克隆,因为它的症状非常明显了。它克隆出来了一批,这个结果还没有公布,我们今年年底之前要有一个新闻发布会,以这个猴的模型来克隆的猴,如果有一批猴子出来的话,我们可以做疾病的研究,这就是我们说克隆猴的模型我们在世界上是领先的。

我们最后给大家看一下我们做的克隆猴,什么叫克隆呢?也就是把一个猴身上的体细胞,大家都记得吴承恩的《西游记》,孙悟空把身上的毛一拔、一吹,出来一大批猴子,那就是克隆。500年前的神话,体细胞的克隆。我们现在实现了,你可以把它的体细胞放在碟子里面养,把它的细胞里面的核,带着它的基因,把这个核放到一个卵里。卵自己的核拿掉了,把体细胞的核跟卵融合,进到重新重建的新卵中。把这个卵放到代孕的猴子里面,让它怀孕出生下来,它的基因表达都是体细胞,你有一大堆成纤维细胞,出来就是一大群同样的(猴子),像双生的孩子一样。

我们现在第一批克隆猴是两个,中中华华大家都知道,中中华华的基因表现很清楚,你看它的DNA指纹检测,完全是体细胞的基因,不是它代孕妈妈的基因。中中华华现在活得很好,它现在跟野生猴子在一起,你都分不出来它跟野生猴的差别。我们不能在它身上做实验,我们把它当作宝贝,我们绝对要让它过最好的生活,活得最长。

这是我们的两个英雄,都没有出过国留学的年轻科学家,土生土长的,我们自己培养的科学家。刘真是博士后,孙强是我们的平台主任,他们两个人带着一群工作人员,20个人左右的工作人员,把这个东西做成。我们做了5年,在国际上20年来大家都想做,但是没有做成,但是我们做成了,非常高兴。

克隆猴到底是什么意思呢?第一个,我们现在同样齐全背景的猴子,我们可以很快得到一批,在一年之内就可以得到这样一批猴子,这个猴子拿来有什么好处?我们可以研究神经生物学的问题,也可以研究疾病问题。因为我们拿的是体细胞,体细胞我们可以在体外编辑出很精确的基因编辑,编辑好了我们才移植到卵里面,让它存活。非常准确的基因编辑产生的猴的模型,可以做临床前的药效或者治疗效果的检测用。

最后,我们为了研究图谱,基因的背景都不一样,做出来的图谱都不一样,看你怎么决定,所以我们要有标准猴来做图谱,就是要做各种工具猴。研究猕猴大脑的图谱,我们也在走重要的一步。

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关键词:克隆猴自闭症

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