微軟創(chuàng)始人保羅·艾倫：欲實施大腦逆向工程

據(jù)國外媒體報道，微軟公司聯(lián)合創(chuàng)始人保羅·艾倫（Paul Allen）捐贈巨資，建立了艾倫腦科學(xué)研究所，希望它產(chǎn)出的成果能讓自己創(chuàng)辦微軟的貢獻相形失色；他甚至制定了在自己過世之后繼續(xù)資助這家研究所的計劃。艾倫的愿望能實現(xiàn)嗎？

以下為全文摘要：

在一個小房間的黑色帷幕后面，鈦藍寶石激光器瞄準了一個微小而令人驚訝的目標：用外科手術(shù)植入到活老鼠頭骨中的一個半厘米大的玻璃窗口。當(dāng)這只老鼠在一個類似跑步機的白色球狀體上奔跑，并看著一塊電腦屏幕時，激光器會發(fā)射千兆分之一秒鐘的激光。如果老鼠用到了某些腦細胞，特殊的染料會讓這些細胞發(fā)出綠光，它們的圖像會被足以偵測出單個光子的相機捕捉下來。

這種帶有《星際迷航》風(fēng)格的技術(shù)具有極為深刻的意義。老鼠頭骨中的那一小團組織把來自老鼠眼部的神經(jīng)沖動變成了一個相互作用。如果可以揭開了這個過程的秘密，科學(xué)家們就能了解哺乳動物的大腦是如何體驗世界的了。

此外它還有另外一重好處：讓59歲的保羅·艾倫露出難得一見的滿面笑容。這位微軟聯(lián)合創(chuàng)始人已經(jīng)向“艾倫腦科學(xué)研究所（Allen Institute for Brain Science）”捐贈了5億美元巨資，希望它產(chǎn)出的成果能讓自己創(chuàng)辦微軟的貢獻相形失色。艾倫腦科學(xué)研究所散落在西雅圖弗里蒙特附近的三棟建筑物里，它的主要側(cè)重點是研發(fā)工具，以便幫助科學(xué)家們了解人類大腦如何迸發(fā)出奇妙而神秘的創(chuàng)造力。老鼠激光器就是這些工具之一，從技術(shù)上說它是一種新型顯微鏡。

保羅·艾倫在艾倫腦科學(xué)研究所

雄心壯志

“作為一名曾經(jīng)的程序員，我仍然對大腦如何發(fā)揮作用，信息流如何產(chǎn)生感到好奇，”艾倫在一次采訪中說，他很少接受采訪。“如果你了解神經(jīng)科學(xué)，哪怕只明白一點點，你都會意識到所有這些東西都是相互連接起來的。所以，大腦會試圖使用它能使用的所有東西——它看到了什么，它聽到了什么，溫度如何，過去的經(jīng)驗。它使用所有這一切，試圖計算這個動物下一步應(yīng)該做什么，無論這個動物是老鼠還是人類。”

這是由好奇心和雄心推動的一份沉甸甸的事業(yè)，而艾倫自己面對的生死大事讓它越發(fā)變得沉重起來。今年六月，他的母親費伊·艾倫（Faye Allen）死于老年癡呆癥。費伊·艾倫是一名教師，是她給保羅·艾倫灌輸了對書籍和知識的熱愛。“在任何時候，當(dāng)你看到你愛的人……”艾倫沒有說完這句話，“你看到他們作為人的一切特征慢慢消失，沒有任何辦法可想。”艾倫自己也患上了第四期非霍奇金淋巴瘤，一種致命的血癌，病情目前還比較穩(wěn)定。他情緒振奮，精力充沛，對于自己將留下什么樣的傳承有著強烈的緊迫感。

他投入艾倫研究所的最初1億美元獲得的成果是一份巨大的電腦圖譜，它顯示了老鼠大腦基因的工作方式，其他科學(xué)家利用這個工具查明了可能在人類多發(fā)性硬化癥、記憶和飲食失調(diào)中發(fā)揮作用的基因。第二個億的成果是一份與之類似的人類大腦圖譜（它導(dǎo)致了大腦工作方式新理論的誕生）以及老鼠大腦和老鼠脊髓的發(fā)育圖譜，它們現(xiàn)在已經(jīng)成為了全球各地神經(jīng)科學(xué)家不可缺少的工具。

艾倫目前是美國最富有的20人之一，擁有凈資產(chǎn)約150億美元。他給艾倫研究所捐贈了另外 3億美元，現(xiàn)在這個機構(gòu)不只為其他科學(xué)家開發(fā)工具，也雇用了幾名頂尖的腦神經(jīng)科學(xué)家開展自己的前沿研究了。其中一個項目是了解老鼠的視覺皮層，從而了解大腦神經(jīng)細胞的一般工作方式。還有一個項目試圖分離大腦中所有類型的細胞，并利用干細胞來了解它們的發(fā)育方式。科學(xué)家們認為腦細胞類型可能有1000種，但就連這一點他們也不能確定。艾倫說：“在軟件領(lǐng)域，我們把這種方法叫做逆向工程。”

艾倫愿意為這些項目提供資金為他帶來了越來越多的追隨者。大衛(wèi)·安德森（David Anderson）是加州理工學(xué)院的一名教授，做老鼠大腦圖譜項目的建議就是他最先向艾倫提出的。安德森說：“我覺得保羅是一個英雄，他為科學(xué)做的事情很少有其他慈善家辦到。這需要一個人對科學(xué)抱有信心，并且跟隨自己好奇心的指引。”

但也有人懷疑他的宏偉新計劃能否產(chǎn)生成果。麻省理工學(xué)院教授利根川進（Susumu Tonegawa）進行過廣泛的腦科學(xué)研究，曾榮獲1987年的諾貝爾生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎。他說，“第一階段的投資確實獲得了成效。”但是艾倫的工業(yè)式方法真的能揭開大腦如何產(chǎn)生意識的奧秘嗎？“這是腦科學(xué)研究中懸而未決的最大問題之一，”利根川進說，“我不知道艾倫的做法是否會產(chǎn)生成果。”

艾倫過去三十年的職業(yè)生涯受健康問題的影響極大。他在1982戰(zhàn)勝霍奇金淋巴瘤后離開了微軟，之后再也沒有回到過那家公司。比爾·蓋茨會一門心思撲在微軟上，把它發(fā)展成20世紀最重要的公司，而艾倫則花了數(shù)十億美元到各種興趣愛好上。他購買了球隊（NBA波特蘭開拓者隊和西雅圖海鷹橄欖球隊），有線電視公司（Charter Communications，讓他損失了80億美元）和研究實驗室（以營利為目的Interval Research，在2000年停業(yè)）。他是私人資助人類太空飛行和尋找外星生命的第一人，曾出資興建了EMP搖滾博物館，以紀念美國已逝知名搖滾音樂家杰米·亨德利克斯 （Jimi Hendrix）， 擁有世界上最大的游艇之一Tatoosh。這艘豪華游艇長300英尺（約91.5米），有一個6英尺（約1.82米）深的游泳池，交誼廳帶有一個法國石灰?guī)r壁爐。

保羅·艾倫的游艇Tatoosh

創(chuàng)辦研究所

在20世紀90年代末，艾倫開始考慮做一個大型神經(jīng)科學(xué)項目，當(dāng)時他正在投資給西雅圖的一些生物技術(shù)公司。其中一個公司是Rosetta Inpharmatics，它當(dāng)時開展的基因工作可以說是老鼠大腦圖譜的前身。該公司首席執(zhí)行官斯蒂芬·弗倫德（Stephen Friend）是一名癌癥研究員，他記得艾倫跟他們進行了長篇討論，希望“為大腦數(shù)據(jù)建立一個偉大圖書館”。弗倫德安排艾倫與詹姆斯·沃森（James Watson，因提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)學(xué)說贏得諾貝爾生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎）見了面。

沃森勸說艾倫開展一個更大的計劃——創(chuàng)辦一個像洛克菲勒大學(xué)（Rockefeller University）或在索爾克研究院（Salk Institute）那樣的研究所，吸納最優(yōu)秀的科學(xué)家。艾倫有些猶豫，一則10億美元不是一個小數(shù)目，二則他曾有過創(chuàng)辦Interval Research的失敗經(jīng)歷。Interval Research失敗的原因部分在于，該機構(gòu)中的很多科學(xué)家單打獨斗，只是在完成自己手上的項目而已。

但人類基因組測序計劃的進展激發(fā)了艾倫的信心。這個計劃是以工業(yè)規(guī)模開展科學(xué)研究的一個例子，艾倫希望投資給與之類似的項目。“我確實有能力做一些事情，來幫助世界各地的科學(xué)家快速獲得進展。”他說。

艾倫決定通過舉辦“專家研討會”來確定具體的項目。這一系列頭腦風(fēng)暴會議首先在西雅圖，然后又在Tatoosh游輪上舉辦了兩次。到場的科學(xué)家包括沃森，以及同樣獲得過諾貝爾獎的神經(jīng)科學(xué)家理查德·阿克塞爾 （Richard Axel）和利蘭·哈特韋爾（Leland Hartwell）。每個科學(xué)家都提出了跟自身興趣有關(guān)的建議。心理學(xué)家和語言學(xué)家史蒂芬·平克（Steven Pinker）希望創(chuàng)辦“社會的分子（molecule to society）”研究所來研究神經(jīng)學(xué)和行為學(xué)，還有人希望把重心放在實驗用動物，比如線蟲或靈長類動物上。

加州理工學(xué)院的神經(jīng)學(xué)家及遺傳學(xué)家安德森的建議最終勝出：繪制老鼠大腦中基因工作方式的圖譜。老鼠大腦中的每一個細胞都有2萬個相同的基因，這些基因讓一個腦細胞不同于一個心臟細胞。該項目如果成功，科學(xué)家們就可以像觀看計算機讀取硬盤那樣觀看基因代碼如何被“讀取”了。為了使用一段基因代碼，細胞必須把它從細胞中的DNA轉(zhuǎn)錄成化學(xué)信使RNA。科學(xué)家當(dāng)時正在學(xué)習(xí)如何測量RNA水平；弄清哪部分老鼠大腦使用什么基因?qū)⒂兄谏窠?jīng)科學(xué)家了解這些基因做了什么。

艾倫說，參加研討會的所有科學(xué)家都認為這個項目值得一做——盡管每個研究者都有自己的想法。他說：“這個項目吸引我的地方在于，之前從未有人做過這樣的事情，這個項目是可以擴展的，它可以建起一個數(shù)據(jù)庫。全球范圍的研究者都可以訪問它，這會把神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的所有研究項目推高一個層次。”這有些類似于他在微軟發(fā)揮的作用：艾倫創(chuàng)建了讓其他人編寫軟件的模擬器；他仍然在創(chuàng)建開發(fā)工具，只不過這一次是面向的是神經(jīng)科學(xué)家。

他母親是一個非常愛書的人，當(dāng)有人請她列出100本最愛的圖書時，她無論如何也無法把數(shù)目縮減到165本以下。她還很善于做填字游戲，但突然之間，她就變得記不起片刻之前自己說過什么話了。 2003年年初，她被診斷出患有老年癡呆癥，艾倫在日記中寫道，他十分“心痛”。不久，艾倫腦科學(xué)研究所利用他最初捐贈的1億美元成立起來。

老鼠大腦圖譜

一些慈善家把錢投到建筑物或基礎(chǔ)設(shè)施上，有些則直接為有需要的人提供幫助。艾倫把錢花在了研究腦科學(xué)的人才上。最開始，他招募了曾在遺傳學(xué)創(chuàng)業(yè)公司Rosetta Inpharmatics 任職的艾倫·瓊斯（Allan Jones）來開發(fā)老鼠大腦圖譜。很快，瓊斯就開始接手管理整個研究所了。

瓊斯沒有聘請大牌教授，而是招募到了60名青年科學(xué)工作者，他們有些是向研究生院請假來工作的。自動化機器將老鼠大腦冷凍并切成薄片；每個腦切片都被放到一個顯微鏡載玻片上，技術(shù)員把每個腦切片浸到RNA溶液中，給含有單獨一段RNA序列的細胞染上特定的顏色。像這樣，每個腦切片中只有一個基因，每個大腦中只有6個基因可以被捕獲到，這意味著創(chuàng)建老鼠大腦圖譜總共用了4000只老鼠。2004年12月，艾倫研究所開始在網(wǎng)站上免費提供老鼠大腦圖譜，整個項目大體完成是在2006年。完成的圖譜包含25萬個載片的8500萬幅圖像，其600 TB的數(shù)據(jù)量相當(dāng)于2003年時整個互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)量的一半。

老鼠大腦圖譜迅速成為全世界工業(yè)界和學(xué)術(shù)界神經(jīng)科學(xué)家的標準工具之一。2006年，一些科學(xué)家用這個工具發(fā)現(xiàn)了可能會影響人類多發(fā)性硬化癥易感性、飲食失調(diào)和記憶的基因。強生公司的神經(jīng)科學(xué)研發(fā)負責(zé)人侯賽尼·K·曼基（Husseini K. Manji）說他手下的科學(xué)家使用這個工具的獨特基因數(shù)據(jù)來審視項目，麻省理工學(xué)院的神經(jīng)科學(xué)家艾德·博登（Ed Boyden）表示它可以幫他弄清楚開展什么樣的實驗。老鼠大腦圖譜項目培養(yǎng)的一種老鼠甚至已經(jīng)成為美國最流行實驗用老鼠。

人類大腦圖譜

在實驗室之外，艾倫度過了生命中的一段暗淡時期。2008年，一次心律失常讓他不得不做瓣膜置換手術(shù)。一個月后，他又由于肺部積液問題做了另一個手術(shù)。當(dāng)他的另一個肺出現(xiàn)積液時，醫(yī)生診斷出他患上了晚期非霍奇金淋巴瘤，并擴散到了淋巴結(jié)。忍受著化療骨疲勞的痛苦，艾倫口述了回憶錄《創(chuàng)意人》（Idea Man）。同一時期，他投資的Charter Communications有線電視公司也陷入了破產(chǎn)。

但腦神經(jīng)科學(xué)中心的發(fā)展給他帶來了寬慰。艾倫喜歡向科學(xué)家們提問題，也喜歡規(guī)劃未來的道路。老鼠大腦圖譜成功之后，他又再投入1億美元開展一個更艱難的任務(wù)：人類大腦圖譜。人腦的大小是老鼠大腦的3000倍，細胞數(shù)量是老鼠大腦的1000倍。

大腦切片和染色用的所有設(shè)備都必須改裝。而更關(guān)鍵的問題是人類大腦難以獲得。建立圖譜需要10個以內(nèi)的人腦，死者在死亡時應(yīng)該年富力強，不能有腦疾病或腦損壞。

四年之后，研究所已經(jīng)獲捐了6個合適的大腦，科學(xué)家們對其中4個進行了一定程度的分析。這個項目計劃于今年完成，但是于2010年放到網(wǎng)上的第一批腦部圖像已經(jīng)產(chǎn)生了一些科學(xué)成果。迄今為止，新圖譜上來自最初兩個人腦的基因表達只有一點點差異，科學(xué)家們有望了解它的含義。

布拉德利·沃特科（Bradley Voytek）是舊金山加州大學(xué)一名年輕的神經(jīng)學(xué)家，他使用軟件，把常常同時出現(xiàn)在科學(xué)文獻中的詞語跟大腦圖譜中的基因表達對進行匹配。像這類數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法導(dǎo)致了800個“大腦可能如何工作”的新想法，而且科學(xué)家們現(xiàn)在可以對這些想法進行測試了，看來運算式的方法確實有希望幫助破譯人類腦袋里的計算機。

新的計劃

艾倫認為，我們探索大腦就像是一個中世紀的鐵匠試圖對一架噴氣飛機實施“逆向工程”。這個鐵匠不僅不知道機翼如何安裝到機身上的，是什么東西讓發(fā)動機運轉(zhuǎn)，甚至連空氣動力學(xué)的基本理論也不明白。“跟神經(jīng)科學(xué)相比，基于摩爾定律的技術(shù)容易多了，”艾倫說，“大腦工作的方式跟計算機非常不同。計算機是一個非常規(guī)則的結(jié)構(gòu)，當(dāng)它獲得一堆記憶時，每個小部分都計算一點兒記憶，然后再把它們組合起來，傳回到的某個地方，這個原理非常簡單。”

“因此在大多數(shù)情況下，人都可以學(xué)會編程。你可以學(xué)會如何編程。我在高中時就開始編程了。我、比爾·蓋茨，以及我們的朋友們都是這樣，花上幾年時間認真學(xué)習(xí)，就能明白和運算有關(guān)的所有東西。”

人的大腦是進化來的，每一個微小部分都非常不同于其他微小部分。艾倫說，“這真是復(fù)雜得可怕”，得花“幾十年再加幾十年”的研究來了解它。“要了解大腦是如何工作的，科學(xué)家們還需要攻克很多難關(guān)，贏得數(shù)十個諾貝爾獎才行。”

盡管這是一個艱巨的挑戰(zhàn)，艾倫卻知難而上。在過去的18個月內(nèi)，他已經(jīng)聘請了三名全美頂尖的神經(jīng)科學(xué)家，研究所人員也增加了兩倍，達到了200人，并且還計劃增員一倍，搬遷到一個新的、更大的樓宇中。來自加州理工學(xué)院的克里斯托夫·科赫（Christof Koch）是一名物理學(xué)家，他的左手臂上紋有蘋果電腦的標志。科赫說他的同事認為他辭去安穩(wěn)的教職工作簡直是瘋了，但他不辭職就無法投入到這個項目中。美國有一萬個神經(jīng)科學(xué)實驗室，但沒有哪一個的項目有這么宏大。“我們制定了10年計劃，我們要做一些在大學(xué)里無法完成的東西。”他說。

克雷·里德（Clay Reid）放棄了哈佛大學(xué)的終身職位，前來艾倫研究所研究老鼠視覺皮層。“對于下一步該怎么做，我可以勾勒出很大的夢想，但在其他地方是不可能實現(xiàn)這些夢想的。”他的項目名為Mindscope，會使用到激光顯微鏡等工具。哥倫比亞神經(jīng)科學(xué)家里卡多·多爾梅奇（Ricardo Dolmetsch）則離開斯坦福大學(xué)，錢來艾倫研究所負責(zé)另一項挑戰(zhàn)：利用干細胞弄清大腦是由什么構(gòu)成的。 科赫說，“如果一名機械師不知道一輛汽車里有多少零部件，你會信任那名機械師嗎？”他把目前用于治療抑郁癥和精神分裂癥的藥物比喻成把汽油澆在汽車上，希望有一些汽油能流進發(fā)動機里。

“大科學(xué)”

在招募這些人才的過程中，作為創(chuàng)業(yè)家和局外人的艾倫也有所轉(zhuǎn)變。就像早期的軟件領(lǐng)域一樣，科學(xué)領(lǐng)域中也有幾百個或幾千個科學(xué)家在獨立工作，互相競爭，甚至連索爾克研究院和洛克菲勒大學(xué)中也是這樣。艾倫的工業(yè)化方法在研究人員中被稱為“大科學(xué)（big science）”，有些人覺得這是一個令人擔(dān)憂的趨勢。紐約大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)家托尼·莫維森（Tony Movshon）說，“神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域獲得資助的形勢比我職業(yè)生涯中的任何時候都差，我認為由研究者發(fā)起的小型科學(xué)研究是獲得創(chuàng)造性理念的最佳方式。”

甚至是最初激勵了艾倫的人類基因組計劃，也有可能減緩了DNA測序技術(shù)的商業(yè)化，因為它讓Applied Biosciences這家公司制造的設(shè)備形成了壟斷。只有在這個計劃結(jié)束后，提供更便宜設(shè)備的新公司進入這個領(lǐng)域，遺傳學(xué)領(lǐng)域的新革命才會出現(xiàn)。

艾倫研究所首席執(zhí)行官艾倫·瓊斯說：“有些事情需要有標準，需要在很大的規(guī)模上系統(tǒng)性地進行。而小實驗室在這個方面有欠缺。”他指出，在物理學(xué)領(lǐng)域，標準的做法是讓每個人都有同樣的步調(diào)，并開展像歐洲核子研究中心超級對撞機那樣的大項目。探索心智奧秘所需的集體努力不應(yīng)該比探索宇宙奧秘少。

保羅·艾倫仍然比較樂觀，他說：“證據(jù)會在未來幾年內(nèi)出現(xiàn)，到那時，我們會看到我們現(xiàn)在開展的這些新項目產(chǎn)生成果。”他的3億美元投資是在五年的時間跨度中做出的，但艾倫和他的團隊看到的時間框架不是未來五年，甚至也不是未來十年，而是未來幾十年。艾倫說他感覺好極了，癌癥也沒有了。他說隨著研究所的科學(xué)家門繼續(xù)獲得研究成果，他也將無限期地繼續(xù)提供支持——艾倫甚至制定了在他過世之后繼續(xù)資助這家研究所的計劃。他說，“我會把遺產(chǎn)中的很大一部分分配給這類面向未來的工作。”