訪蒲慕明:自閉症克隆猴已研究成功,未來將公布

访蒲慕明:自闭症克隆猴已研究成功,未来将公布

北京時間11月4日消息,今天,2018騰訊WE大會在北京展覽館舉行。基普·索恩(Kip Thorne)、麗莎·蘭道爾、蒲慕明等全球頂尖科學家出席會議並發表演講。在大會舉行前夕, 中科院神經科學研究所所長,中科院院士蒲慕明接受了新浪科技的採訪。

目前,社會各界對我國的“腦計劃”都很關注,相對於美國和歐洲來,我國是後起者。對此,蒲慕明院士表示第一個“腦計劃”已經準備了4年多了,至今還沒有啟動,是因為我們要做一個大計劃,而且是20-30年的國家大計劃,所以需要準備充分。

访蒲慕明:自闭症克隆猴已研究成功,未来将公布

2017年11月27日世界上首個體細胞克隆猴“中中”誕生; 12月5日第二個克隆猴“華華”誕生,目前“中中”和“華華”狀況如何,對此,蒲慕明笑稱,他們過的很好,他倆是中科院神經科學研究所的寶貝。另外,蒲慕明透露,馬上他們要公佈一批新的克隆猴,值得一提的是,這批克隆猴是帶著自閉症疾病的猴子,將為自閉症的研究提供相關研究模型。

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圖為蒲慕明在演講現場

網上流傳了蒲慕明寫給實驗室年輕人的信 ,對此,蒲院士表示,他確實寫過這封信,但中間有很多內容被其他人進行了篡改。他認為,年輕人最重要的是要投入,這就是他那信中最精髓的目的。蒲慕明笑稱,他年輕的時候,一個星期曾7天都待在實驗室,他希望致力於科學研究的人,可以全身心投入進行,這樣能儘早出成果,儘早成功。(趙河雨)

以下為蒲慕明演講全文:

各位來賓,剛才大家聽了很多著名科學家談到對於外在宇宙的理解,我們對於宇宙的起源還包括了生命的起源,我們有一個內在的宇宙就是我們的大腦,我們的大腦到底是怎麼回事,我們為什麼有這個能力去理解外界的世界?人的認知功能是怎麼來的?

這個是我們大家都感興趣的問題。

在過去的這四五年來,全世界掀起的一個浪潮,除了人工智能浪潮以外,還有腦科學的浪潮,這個浪潮在歐美、日本都引發了國家性的腦科學計劃。我們中國科學家在過去四年裡面也做了很大的努力,籌劃一箇中國的腦科學計劃,我們希望這個計劃更為完善,成為對於社會更有貢獻的一個腦計劃。我今天先給大家介紹一下中國的腦計劃是怎麼回事。

中國腦計劃可以說是一個“一體兩翼”的結構。這個“一體”就是主體是基礎研究,理解我們人類大腦認知功能是怎麼來的。為了研究各種人類的認知功能,我們需要建立各種平臺,同時我們也想理解認知的能力是怎麼樣在發育過程中出現的,就是認知的發育過程。

在這個過程中要理解人的大腦,你必須知道它的結構。任何時候你不知道結構是怎麼樣的,你很難理解它的工作原理是什麼,所以這個結構是什麼?就是大腦的網絡,成千億的細胞怎麼樣連在一起,它有什麼樣的規則,怎麼樣處理信息,做這個結構我們就需要一個圖譜,就是一個連接的圖譜。

就像我們看到計算機裡面它的結構是什麼,我們要分析他的功能必須知道計算機的結構,對於大腦的功能我們必須要知道大腦的網絡結構,這就叫做“全腦介觀神經聯接圖譜”,也是我們這個大計劃的一部分。

當了,這個主體的基礎研究在它的“兩翼”:

第一,我們對社會的需求非常重要,就是理解怎麼樣去做重要的腦疾病的診斷和治療。現在的社會面臨了很大的問題,就是我們的各種腦疾病都沒有辦法治療,診斷也很難早期干預,就是在基礎研究上能夠有所貢獻。

第二,我們有另外一個社會需求,就是我們人工智能的發展非常紅火,各種應用剛才我們也聽說了,都可以有很好的應用。但是我們從長遠來說,人工智能現在是一個非常專用性的、做某一種問題的專用智能,不像我們人類的大腦是一個通用的智能。我們的大腦可以舉一反三,用很少的能量我們可以做很多的事情,不需要很多的數據我們也可以做很多的決策,這個是怎麼來的?

所以,未來人工智能要進一步發展的話,就需從腦科學得到啟發,包括機器學習的過程,怎麼從腦啟發的這個概念來設計新的計算模式,新的類似人腦的神經元結構的器件、芯片,甚至是機器人。

這個領域我們叫做腦機智能技術,所以這個“一體兩翼”是中國腦科學、腦計劃中,我們大家都有共識的。

當然我們先講什麼是認知,大家都知道認知科學非常重要,認知到底可以怎麼看呢?我可以分成三個層面。

層面一:認知是對外界世界的認知,包括我們的感知覺,對外界各種感官所收到的信息,怎麼樣在大腦中引起反應,我們把各種感知覺怎麼樣整合,感知覺之後怎麼樣變成運動。有兩塊,這些東西要注意,對外界世界應該注意什麼地方,學習記憶各種分類,做簡單的決策,這些是所有動物都有的,從果蠅到魚到鼠都有這種功能,這種保守的認知功能可以在各種模式裡研究。過去這幾十年來,在用小型的動物來研究對外界世界的認知,已經有很成熟的進展了。

層面二:非我的認知,這就不是所有動物都有的。比如說我們有同情心、同理心,別人想什麼,我可能知道你在想什麼,我們可以參與很複雜的社會行為,以及“我跟你是有差別的”,對自己有一個自我意識。這些是怎麼來的?這些就不是所有動物都有的,可能我們要到靈長類才有,所以我們叫做非靈長類應該是最好的模式。

獼猴是最靠近人類的實驗動物,我今天要特別講非靈長類也是因為這個原因。在這個裡面我們希望中國的腦計劃,把這個也當成一個重心,因為中國在靈長類的研究現在是世界領先,而且我們的資源也是最豐富的,所以我們有機會成為這個領域的領跑者。

層面三:更進一步,這個層面的認知,我們叫語言的認知。只有人類才有語音交流,有豐富的句法、文法,可以有無限的句型的變化。這不是(自然界)所有的語音交流,動物也有語音交流,有聲音交流,但是它沒有語言,語言只有人類有,連黑猩猩(最靠近人的動物)都沒有,都不能做到這一點。

那我們怎麼樣理解語言呢?語言的理解、語義的理解,也是人工智能裡面臨最大的問題。語音識別可以,面孔識別可以,你要講一句話,你讓一個機器懂你,真正能夠完全理解你的意思,這還很困難,原因是我們對於語言的理解還是不夠。

所以在個領域,對語言的認知理解,會對未來的人工智能,包括你可以想象一下,將來的一個機器人,你講什麼話,它都懂你的話,它可以學,將來變成你生活的一部分,這種真正具有人類智能的機器人,這是我們想象中的未來,這都要靠著我們對最上層的語言、認知的理解。

我們可以在人身上來理解。人類因為疾病損傷造成了語言障礙,你可以研究怎麼回事兒,哪個腦區有問題,但是我們真正要理解語言的來源,我們必須要用動物做實驗。

比如說我們把一個猴子,不會說人話的猴子,我們把人類跟語言相關的基因放在猴子的大腦裡面,也許它的網絡結構就變化了,它發音的能力也變化了,(從中)也可以看到人的起源是什麼樣的,我覺得這是一個很有意思的未來領域。

要理解人類的大腦,我們說的這個圖譜,這個圖譜是什麼意思?我們說人的大腦圖譜可以有三個層面。

大家很熟悉的去醫院裡面做核磁成像,它可以給你一些大腦大致的結構,非常宏觀的結構,但是真正要理解大腦必須要有一個介觀的理解,我們就叫介觀層面的理解,就是腦圖譜最關鍵的一個內容,就是叫有細胞分辨度。要知道是哪一類的細胞跟另外一類細胞之間的連接,這個叫介觀的連接圖譜,這個也是在中國腦計劃裡面一個核心項目。

當然,我們可以看得更細,到微米、納米以下的微觀層面的圖譜,這個就更復雜了,現在還沒有到能夠分析微觀層面。所以這個層面也是未來的10年、20年來,中國腦計劃和世界腦計劃都關心的內容。

舉個例子,這個大腦複雜性可以從這麼一個圖看出來,這裡只有52個神經細胞,它在全腦的投射我們把它畫出來了,你可以看它的複雜性。我們的人腦有1000億個神經細胞,所以你可以想象大腦的複雜性,要理解它是有很大的工作要做的,我們為什麼要做這個圖譜呢?而且我們要以獼猴來做呢?

獼猴是最靠近人類的實驗動物,因為它跟人類最靠近,理解它的結構我們就可以更容易理解人的結構,最終我們還是要理解自己的大腦。所以(我們把)做獼猴的全腦圖譜作為一個目標,這個是我們中國腦計劃的目標。由於這個動物的模型跟人類比較靠近,所以我們可以對高等的認知功能,我剛才講的對自我、非我的認知,對語言的認知我們可以有進一步的理解。

腦疾病出了問題,這個獼猴也是一個很好的模型。獼猴的疾病模型,我們可以研究它這個問題到底是在什麼地方。像剛才我們講到的,你可以用光遺傳的方法刺激某一個環路,讓某一個功能恢復。

到最後,現在非常重要的就是我們現在的宏觀圖譜,就是你在醫院裡面可以拿到這些MRI的圖譜,我們不能夠完全理解它的意義,因為它是非常宏觀的,而且每一個分辨度不夠。所以我們有了獼猴的宏觀圖譜加上我們的介觀圖譜,知道有細胞分辨度的聯繫圖譜了,我們就可以理解我們很多在醫院裡面得到的信息,大量的信息到底是什麼意思、什麼意義,怎麼樣去診斷各種疾病,這是一個很有使用價值的圖譜。

所以,我們這個圖譜包括了幾種圖譜,一種我們要知道這個大腦裡面各種基因的分佈是怎麼樣的,大腦到底有多少種類的細胞,這個是很奇怪的,我們現在最簡單的一個問題,對於我們大腦的理解,它的原件我們還搞不太清楚。到底有多少不同的細胞,現在有人說幾百種,有人說是上千種不同的細胞,因為細胞不同功能就不一樣,做出來的連接就做不同的事兒了,所以我們一定要把細胞的種類分清楚,這個是細胞類型的圖譜。

當然這個圖譜做出來,我們最終要追蹤它的連接,連接是關鍵。所有的大腦功能都是靠連接出來的。所以知道是哪一類細胞能夠做細胞特異性連接的追蹤,我們才能夠真正得到所謂的連接圖譜。當然,有了這個結構圖譜,我們還知道它的功能,我們需要用各種方式來調控,看特殊連接上,它的活動是什麼樣子,(運行)怎麼樣功能的時候對應什麼樣的活動,出了問題我們可以調控它的活動,所以這就是功能性的研究。

當然,做這個我們有各式各樣的平臺要建立,我就不細講了,這些平臺都是全世界都在努力建立的,關於腦研究的平臺,包括你怎麼樣觀測、調控大腦的神經細胞,怎麼樣追蹤它的連接。

最後,我們有特色的非人靈長類的基因操作平臺,因為我們可以把跟疾病相關的基因,在猴子裡面敲出或者敲入,改變它,使它產生有人類疾病的症狀,我們就可以拿來做研究,研究怎麼樣的方法可以治療這個疾病,做好了以後我們開始運用到人的身上。

所以這是在疾病方面,我們希望能夠針對幾種重要的疾病進行研究。在發育期間,我們大家都知道有孤獨症、智障,這些問題是我們現在社會面臨的,至少有1%的小孩子、年輕的兒童有孤獨症的徵象,我們將來要有能夠診斷治療的方法。我們在中年有各種精神類的疾病(比如抑鬱症、各種成癮,包括網絡成癮,這些都是未來要面臨的問題。還有老年的退行性疾病,神經元退化死亡造成的老年痴呆,這些都是需要能夠解決的。

我們要能夠理解發病的原理,要能夠找到各種診斷的方法。我們要有各種干預的方法幫助早期診斷,病還沒有真正發生的時候,早期的干預是將來腦疾病診斷最好的方式。像退行性疾病,細胞都死亡了,你要怎麼治療,你最好在還沒有死亡的過程之中就早期地干預,使它死亡緩慢,退化緩慢,就可以推遲腦疾病的出現。

所以早期診斷與早期干預是非常重要的。這些工具必須要在動物的模型上先做,不能直接在人身上做,所以我們就需要有各種動物的模型,非人靈長類的模型,來研發、檢測藥物的效果或者刺激干預的效果,是不是能夠在動物疾病模型的猴子上做成。我們也希望建立各種臨床平臺,包括各種數據平臺、血樣平臺、腦庫、訓練中心。

我剛才講的是應用在腦疾病的方面,中國腦計劃將來要做的。我們當然也希望做成另外一個應用,腦機智能技術。這裡麵包含了各種跟腦機相關的研究,首先就是腦機接口跟腦機融合的技術,用大腦的信息控制機器、假肢等等,這就是腦機接口。

當然我們還有各種電的、磁的、超聲的調控大腦的器件,這可以幫助治療各種疾病。我們知道它的環路技術,我們可以刺激特殊的環路,這就不是整個藥物的治療、干預,而是物理、生理的干預。這種干預有特異性,可能比藥物更好。現在腦疾病的藥物都很少有非常有特異性的,常常有副作用,有效性也很有問題。

當然我們現在在不斷地研發藥物,同時我們需要有各種物理刺激的方法。

腦啟發的人工網絡的模型和計算方法,這個是現在的深度網絡的計算模型,是一個非常固化的一個連接模型。我們人類大腦的連接是可以變的,有很大的可塑性,怎麼把人腦或者從動物模型裡面得到的、真實的生物腦的連接模式,怎麼樣應用到人工網絡計算,機器學習的方式上,這就是將來要做的。

我們當初說要做各種計算的方式,是一個方面,器件也是一個方面。怎麼樣做出芯片、器件、處理器跟大腦神經元的結構是比較類似的,就像類腦的器件,怎麼樣最終做出一個類腦的機器人,這都是這個領域需要做的。

我現在大致總結一下,我們這個研究在中國可能大家會注意到,發展非常地迅速,而且很可能是世界領先的一個領域。這個領域我們希望能夠做到的是什麼呢?通過這個能夠理解高等生物的認知功能,在世界的前沿上能理解得更清楚,我們才會產生各種模型。動物模型都是帶著疾病的,然後我們研究各種治療干預的方法,這個是我們未來中國非靈長類研究的方向。

我舉一個例子,我們最近做的非靈長類的,我們把人的基因跟自閉症的基因在猴的受精卵裡面表達,得到有自閉症的猴子出現。人的自閉症基因這上面是各種染色體裡面都插入外來的基因,插入之後這個猴子它有各種表情,包括重複活動、反覆的動作。

自閉症最常見的就是喜歡做同樣的動作,這個猴子同樣在籠子裡面同樣地打轉,同一個方向不斷地轉這種活動,它也有很高的焦慮症,焦慮性要比其它的猴子要高,它跟其它猴子在一起玩耍的時間特別少,它喜歡單獨在一邊,跟其它的野生猴或者其它的轉基因猴不一起玩耍。社會的孤獨症反應在它的行為上面,所以這種猴子我們現在可以說是一種模型,但是我們需要很多這樣子的模型。

我們也有的猴子它的睡眠睡不好,在睡覺的時候它會有動作,它的動眼睡眠、非動眼睡眠都達到了下降,它是怎麼來的呢?是把一個焦慮的基因從胚胎中把它消除了。我們知道人身上所有的組織裡都有焦慮的激素,這個激素隨著時間的波動,白天晝夜都不一樣的,波動是非常明顯的,白天跟黑夜這個波動在這個猴子身上就消失了。

這種猴子我們現在你可以看到它。最左邊是運動的軌跡,野生猴在籠子裡到處跑;另外一個是消除這個基因的母猴子,它躲在一邊它不動,有人來往就往籠子上面跑。這個症狀兩隻對照,雌猴都是活動很少,有抑鬱和焦慮的症狀。

像這個猴子我們現在已經在做它的克隆,因為它的症狀非常明顯了。它克隆出來了一批,這個結果還沒有公佈,我們今年年底之前要有一個新聞發佈會,以這個猴的模型來克隆的猴,如果有一批猴子出來的話,我們可以做疾病的研究,這就是我們說克隆猴的模型我們在世界上是領先的。

我們最後給大家看一下我們做的克隆猴,什麼叫克隆呢?也就是把一個猴身上的體細胞,大家都記得吳承恩的《西遊記》,孫悟空把身上的毛一拔、一吹,出來一大批猴子,那就是克隆。500年前的神話,體細胞的克隆。我們現在實現了,你可以把它的體細胞放在碟子裡面養,把它的細胞裡面的核,帶著它的基因,把這個核放到一個卵裡。卵自己的核拿掉了,把體細胞的核跟卵融合,進到重新重建的新卵中。把這個卵放到代孕的猴子裡面,讓它懷孕出生下來,它的基因表達都是體細胞,你有一大堆成纖維細胞,出來就是一大群同樣的(猴子),像雙生的孩子一樣。

我們現在第一批克隆猴是兩個,中中華華大家都知道,中中華華的基因表現很清楚,你看它的DNA指紋檢測,完全是體細胞的基因,不是它代孕媽媽的基因。中中華華現在活得很好,它現在跟野生猴子在一起,你都分不出來它跟野生猴的差別。我們不能在它身上做實驗,我們把它當作寶貝,我們絕對要讓它過最好的生活,活得最長。

這是我們的兩個英雄,都沒有出過國留學的年輕科學家,土生土長的,我們自己培養的科學家。劉真是博士後,孫強是我們的平臺主任,他們兩個人帶著一群工作人員,20個人左右的工作人員,把這個東西做成。我們做了5年,在國際上20年來大家都想做,但是沒有做成,但是我們做成了,非常高興。

克隆猴到底是什麼意思呢?第一個,我們現在同樣齊全背景的猴子,我們可以很快得到一批,在一年之內就可以得到這樣一批猴子,這個猴子拿來有什麼好處?我們可以研究神經生物學的問題,也可以研究疾病問題。因為我們拿的是體細胞,體細胞我們可以在體外編輯出很精確的基因編輯,編輯好了我們才移植到卵裡面,讓它存活。非常準確的基因編輯產生的猴的模型,可以做臨床前的藥效或者治療效果的檢測用。

最後,我們為了研究圖譜,基因的背景都不一樣,做出來的圖譜都不一樣,看你怎麼決定,所以我們要有標準猴來做圖譜,就是要做各種工具猴。研究獼猴大腦的圖譜,我們也在走重要的一步。

我今天就講到這裡,謝謝大家!

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