微软创始人保罗·艾伦：欲实施大脑逆向工程

2012年09月25日文摘来源： 腾讯科技

在一个小房间的黑色帷幕后面，钛蓝宝石激光器瞄准了一个微小而令人惊讶的目标：用外科手术植入到活老鼠头骨中的一个半厘米大的玻璃窗口。当这只老鼠在一个类似跑步机的白色球状体上奔跑，并看着一块电脑屏幕时，激光器会发射千兆分之一秒钟的激光。如果老鼠用到了某些脑细胞，特殊的染料会让这些细胞发出绿光，它们的图像会被足以侦测出单个光子的相机捕捉下来。

这种带有《星际迷航》风格的技术具有极为深刻的意义。老鼠头骨中的那一小团组织把来自老鼠眼部的神经冲动变成了一个相互作用。如果可以揭开了这个过程的秘密，科学家们就能了解哺乳动物的大脑是如何体验世界的了。

此外它还有另外一重好处：让59岁的保罗·艾伦露出难得一见的满面笑容。这位微软联合创始人已经向“艾伦脑科学研究所（Allen Institute for Brain Science）”捐赠了5亿美元巨资，希望它产出的成果能让自己创办微软的贡献相形失色。艾伦脑科学研究所散落在西雅图弗里蒙特附近的三栋建筑物里，它的主要侧重点是研发工具，以便帮助科学家们了解人类大脑如何迸发出奇妙而神秘的创造力。老鼠激光器就是这些工具之一，从技术上说它是一种新型显微镜。

保罗·艾伦在艾伦脑科学研究所（腾讯科技配图）

雄心壮志

 “作为一名曾经的程序员，我仍然对大脑如何发挥作用，信息流如何产生感到好奇，”艾伦在一次采访中说，他很少接受采访。“如果你了解神经科学，哪怕只明白一点点，你都会意识到所有这些东西都是相互连接起来的。所以，大脑会试图使用它能使用的所有东西——它看到了什么，它听到了什么，温度如何，过去的经验。它使用所有这一切，试图计算这个动物下一步应该做什么，无论这个动物是老鼠还是人类。”

这是由好奇心和雄心推动的一份沉甸甸的事业，而艾伦自己面对的生死大事让它越发变得沉重起来。今年六月，他的母亲费伊·艾伦（Faye Allen）死于老年痴呆症。费伊·艾伦是一名教师，是她给保罗·艾伦灌输了对书籍和知识的热爱。“在任何时候，当你看到你爱的人……”艾伦没有说完这句话，“你看到他们作为人的一切特征慢慢消失，没有任何办法可想。”艾伦自己也患上了第四期非霍奇金淋巴瘤，一种致命的血癌，病情目前还比较稳定。他情绪振奋，精力充沛，对于自己将留下什么样的传承有着强烈的紧迫感。

他投入艾伦研究所的最初1亿美元获得的成果是一份巨大的电脑图谱，它显示了老鼠大脑基因的工作方式，其他科学家利用这个工具查明了可能在人类多发性硬化症、记忆和饮食失调中发挥作用的基因。第二个亿的成果是一份与之类似的人类大脑图谱（它导致了大脑工作方式新理论的诞生）以及老鼠大脑和老鼠脊髓的发育图谱，它们现在已经成为了全球各地神经科学家不可缺少的工具。

艾伦目前是美国最富有的20人之一，拥有净资产约150亿美元。他给艾伦研究所捐赠了另外 3亿美元，现在这个机构不只为其他科学家开发工具，也雇用了几名顶尖的脑神经科学家开展自己的前沿研究了。其中一个项目是了解老鼠的视觉皮层，从而了解大脑神经细胞的一般工作方式。还有一个项目试图分离大脑中所有类型的细胞，并利用干细胞来了解它们的发育方式。科学家们认为脑细胞类型可能有1000种，但就连这一点他们也不能确定。艾伦说：“在软件领域，我们把这种方法叫做逆向工程。”

艾伦愿意为这些项目提供资金为他带来了越来越多的追随者。大卫·安德森（David Anderson）是加州理工学院的一名教授，做老鼠大脑图谱项目的建议就是他最先向艾伦提出的。安德森说：“我觉得保罗是一个英雄，他为科学做的事情很少有其他慈善家办到。这需要一个人对科学抱有信心，并且跟随自己好奇心的指引。”

但也有人怀疑他的宏伟新计划能否产生成果。麻省理工学院教授利根川进（Susumu Tonegawa）进行过广泛的脑科学研究，曾荣获1987年的诺贝尔生理学和医学奖。他说，“第一阶段的投资确实获得了成效。”但是艾伦的工业式方法真的能揭开大脑如何产生意识的奥秘吗？“这是脑科学研究中悬而未决的最大问题之一，”利根川进说，“我不知道艾伦的做法是否会产生成果。”

创办研究所

在20世纪90年代末，艾伦开始考虑做一个大型神经科学项目，当时他正在投资给西雅图的一些生物技术公司。其中一个公司是Rosetta Inpharmatics，它当时开展的基因工作可以说是老鼠大脑图谱的前身。该公司首席执行官斯蒂芬·弗伦德（Stephen Friend）是一名癌症研究员，他记得艾伦跟他们进行了长篇讨论，希望“为大脑数据建立一个伟大图书馆”。弗伦德安排艾伦与詹姆斯·沃森（James Watson，因提出DNA双螺旋结构学说赢得诺贝尔生理学和医学奖）见了面。

沃森劝说艾伦开展一个更大的计划——创办一个像洛克菲勒大学（Rockefeller University）或在索尔克研究院（Salk Institute）那样的研究所，吸纳最优秀的科学家。艾伦有些犹豫，一则10亿美元不是一个小数目，二则他曾有过创办Interval Research的失败经历。Interval Research失败的原因部分在于，该机构中的很多科学家单打独斗，只是在完成自己手上的项目而已。

加州理工学院的神经学家及遗传学家安德森的建议最终胜出：绘制老鼠大脑中基因工作方式的图谱。老鼠大脑中的每一个细胞都有2万个相同的基因，这些基因让一个脑细胞不同于一个心脏细胞。该项目如果成功，科学家们就可以像观看计算机读取硬盘那样观看基因代码如何被“读取”了。为了使用一段基因代码，细胞必须把它从细胞中的DNA转录成化学信使RNA。科学家当时正在学习如何测量RNA水平；弄清哪部分老鼠大脑使用什么基因将有助于神经科学家了解这些基因做了什么。

艾伦说，参加研讨会的所有科学家都认为这个项目值得一做——尽管每个研究者都有自己的想法。他说：“这个项目吸引我的地方在于，之前从未有人做过这样的事情，这个项目是可以扩展的，它可以建起一个数据库。全球范围的研究者都可以访问它，这会把神经科学领域的所有研究项目推高一个层次。”这有些类似于他在微软发挥的作用：艾伦创建了让其他人编写软件的模拟器；他仍然在创建开发工具，只不过这一次是面向的是神经科学家。

人类大脑图谱

在实验室之外，艾伦度过了生命中的一段暗淡时期。2008年，一次心律失常让他不得不做瓣膜置换手术。一个月后，他又由于肺部积液问题做了另一个手术。当他的另一个肺出现积液时，医生诊断出他患上了晚期非霍奇金淋巴瘤，并扩散到了淋巴结。忍受着化疗骨疲劳的痛苦，艾伦口述了回忆录《创意人》（Idea Man）。同一时期，他投资的Charter Communications有线电视公司也陷入了破产。

但脑神经科学中心的发展给他带来了宽慰。艾伦喜欢向科学家们提问题，也喜欢规划未来的道路。老鼠大脑图谱成功之后，他又再投入1亿美元开展一个更艰难的任务：人类大脑图谱。人脑的大小是老鼠大脑的3000倍，细胞数量是老鼠大脑的1000倍。

大脑切片和染色用的所有设备都必须改装。而更关键的问题是人类大脑难以获得。建立图谱需要10个以内的人脑，死者在死亡时应该年富力强，不能有脑疾病或脑损坏。

四年之后，研究所已经获捐了6个合适的大脑，科学家们对其中4个进行了一定程度的分析。这个项目计划于今年完成，但是于2010年放到网上的第一批脑部图像已经产生了一些科学成果。迄今为止，新图谱上来自最初两个人脑的基因表达只有一点点差异，科学家们有望了解它的含义。

布拉德利·沃特科（Bradley Voytek）是旧金山加州大学一名年轻的神经学家，他使用软件，把常常同时出现在科学文献中的词语跟大脑图谱中的基因表达对进行匹配。像这类数据驱动的方法导致了800个“大脑可能如何工作”的新想法，而且科学家们现在可以对这些想法进行测试了，看来运算式的方法确实有希望帮助破译人类脑袋里的计算机。

新的计划

艾伦认为，我们探索大脑就像是一个中世纪的铁匠试图对一架喷气飞机实施“逆向工程”。这个铁匠不仅不知道机翼如何安装到机身上的，是什么东西让发动机运转，甚至连空气动力学的基本理论也不明白。“跟神经科学相比，基于摩尔定律的技术容易多了，”艾伦说，“大脑工作的方式跟计算机非常不同。计算机是一个非常规则的结构，当它获得一堆记忆时，每个小部分都计算一点儿记忆，然后再把它们组合起来，传回到的某个地方，这个原理非常简单。”

“因此在大多数情况下，人都可以学会编程。你可以学会如何编程。我在高中时就开始编程了。我、比尔·盖茨，以及我们的朋友们都是这样，花上几年时间认真学习，就能明白和运算有关的所有东西。”

人的大脑是进化来的，每一个微小部分都非常不同于其他微小部分。艾伦说，“这真是复杂得可怕”，得花“几十年再加几十年”的研究来了解它。“要了解大脑是如何工作的，科学家们还需要攻克很多难关，赢得数十个诺贝尔奖才行。”

尽管这是一个艰巨的挑战，艾伦却知难而上。在过去的18个月内，他已经聘请了三名全美顶尖的神经科学家，研究所人员也增加了两倍，达到了200人，并且还计划增员一倍，搬迁到一个新的、更大的楼宇中。来自加州理工学院的克里斯托夫·科赫（Christof Koch）是一名物理学家，他的左手臂上纹有苹果电脑的标志。科赫说他的同事认为他辞去安稳的教职工作简直是疯了，但他不辞职就无法投入到这个项目中。美国有一万个神经科学实验室，但没有哪一个的项目有这么宏大。“我们制定了10年计划，我们要做一些在大学里无法完成的东西。”他说。

克雷·里德（Clay Reid）放弃了哈佛大学的终身职位，前来艾伦研究所研究老鼠视觉皮层。“对于下一步该怎么做，我可以勾勒出很大的梦想，但在其他地方是不可能实现这些梦想的。”他的项目名为Mindscope，会使用到激光显微镜等工具。哥伦比亚神经科学家里卡多·多尔梅奇（Ricardo Dolmetsch）则离开斯坦福大学，钱来艾伦研究所负责另一项挑战：利用干细胞弄清大脑是由什么构成的。 科赫说，“如果一名机械师不知道一辆汽车里有多少零部件，你会信任那名机械师吗？”他把目前用于治疗抑郁症和精神分裂症的药物比喻成把汽油浇在汽车上，希望有一些汽油能流进发动机里。

“大科学”

在招募这些人才的过程中，作为创业家和局外人的艾伦也有所转变。就像早期的软件领域一样，科学领域中也有几百个或几千个科学家在独立工作，互相竞争，甚至连索尔克研究院和洛克菲勒大学中也是这样。艾伦的工业化方法在研究人员中被称为“大科学（big science）”，有些人觉得这是一个令人担忧的趋势。纽约大学的神经科学家托尼·莫维森（Tony Movshon）说，“神经科学领域获得资助的形势比我职业生涯中的任何时候都差，我认为由研究者发起的小型科学研究是获得创造性理念的最佳方式。”

甚至是最初激励了艾伦的人类基因组计划，也有可能减缓了DNA测序技术的商业化，因为它让Applied Biosciences这家公司制造的设备形成了垄断。只有在这个计划结束后，提供更便宜设备的新公司进入这个领域，遗传学领域的新革命才会出现。

艾伦研究所首席执行官艾伦·琼斯说：“有些事情需要有标准，需要在很大的规模上系统性地进行。而小实验室在这个方面有欠缺。”他指出，在物理学领域，标准的做法是让每个人都有同样的步调，并开展像欧洲核子研究中心超级对撞机那样的大项目。探索心智奥秘所需的集体努力不应该比探索宇宙奥秘少。

保罗·艾伦仍然比较乐观，他说：“证据会在未来几年内出现，到那时，我们会看到我们现在开展的这些新项目产生成果。”他的3亿美元投资是在五年的时间跨度中做出的，但艾伦和他的团队看到的时间框架不是未来五年，甚至也不是未来十年，而是未来几十年。艾伦说他感觉好极了，癌症也没有了。他说随着研究所的科学家门继续获得研究成果，他也将无限期地继续提供支持——艾伦甚至制定了在他过世之后继续资助这家研究所的计划。他说，“我会把遗产中的很大一部分分配给这类面向未来的工作。”