关于对“脑科学学科建设与应用性研究”课题的规划与思考
戴翔
大家好！我是一名从事脑科学工作的研究与实践者，自接触“全脑”这个概念以来，如今对她已经有了不同程度的认识和理解。
首先，“脑科学”如何与教育（家庭教育、学校教育、社会教育）紧密地链接？
其次，“脑科学”如何实现人才的有效培养？
再次，“脑科学”如何推动经济繁荣、社会进步、国家发展、民族振兴？
带着这三个问题，想与大家聊一聊。
有人说，当下既是最好的时代也是最坏的时代。这句话是引自英国作家狄更斯的《双城记》的开头那段：这是最好的时代，这是最坏的时代；这是智慧的时代，这是愚蠢的时代；这是信仰的时期，这是怀疑的时期；这是光明的季节，这是黑暗的季节；这是希望之春，这是失望之冬；人们面前有着各样事物，人们面前一无所有；人们正在直登天堂，人们正在直下地狱。”...... 海尔集团董事局主席张瑞敏在2021新年寄语中就如此表述：不平凡的2020年，让我们对世界有了更多新认识。有人说，2020年，是最坏的一年，也有人说，这可能是未来十年最好的一年。无论如何，2020年，让我们对时代有了更清醒的认识。我们更加确信自己正处于一个急剧变化的时代。有人把这个时代称为“乌卡（VUCA）时代”。VUCA是四个英文单词的首字母，分别指“易变性”(Volatility)、“不确定性”(Uncertainty)、“复杂性”(Complexity)、和“模糊性”(Ambiguity)。在“乌卡时代”，唯一不变的就是变化本身。其实，我认为时代没有所谓的好坏，只是社会发展的必然。就像四季轮回一样，就像天体运行规律一样，有其运转的自然规律，有其因果的必然过程和结论。
对于人脑来说，也同样有发展进化演变的规律，为了研究这一规律的发展变化及对人类相关方面产生的影响，科学家、心理学家、教育家及其他各行业学者专家都纷纷投入到“脑科学”的研究中来，这就出现了以美国、日本等先进发达国家率先进入“脑科学”研究计划中来，我们中国也从2000年开始加入到“脑科学”的研究计划中来。如今已经相继在北京大学、复旦大学、西南大学等学府院校成立了“脑科学”实验室……
随着脑科学理论的不断普及，一些脑科学爱好者尝试着将脑力开发引进对孩子的开发训练中，如早期的记忆训练、阅读训练、写作训练，再到后来的潜意识训练、感知训练等，甚至让很多训练到了“神奇”的地步，过度的夸大其“神秘功能”性，一度让全脑教育市场众说纷纭、乱象丛生！
为此，我们有必要来了解一下什么是“教育”，所谓“教育”，清代陳昌治刻本《說文解字》：教——上所施下所效也。育——養子使作善也。从这里我们就知道教育的根源在父母，也是之所以如今强调家庭教育的重要性。家庭教育中的重要一环就是家长要持什么样的观念和态度对待孩子的教育问题，家长要深知脑科学的常识让孩子在大脑发育的关键期给予必要的“刺激”和“训练”。而现在，我们就要追寻教育的本源，认真思考教育的时机、内容和方法。这也就是我们大家要静下心来潜心专研脑科学教育的意义、目标、发展进程、方法及步骤。
下面，我就与大家来谈一谈以上提到的几个问题。
一、“脑科学学科”教育的意义
要了解脑科学教育的意义，我们必须了解人类的脑计划，这个计划包括神经科学和信息科学，这是当今自然科学的两大热点，两方面相互结合研究，其目标是利用现代化信息工具，将大量、不同层次的有关脑的研究数据分析、处理、整合与建模，建立神经信息学数据库和有关神经系统所有数据的全球知识管理系统，以便从分子水平到整体系统水平研究、认识、保护、开发大脑。
我们都知道，曼哈顿计划、阿波罗登月计划和人类基因组计划是划时代的三大科学工程，它们给整个人类社会带来了深远的影响。许多科学家认为，在人类基因组计划之后应该是人类蛋白质组计划和人类脑计划。
人类脑计划包括神经科学和信息学相互结合的研究，其核心内容是神经信息学。脑科学和信息学是当今国际科学研究的两大热点，神经信息学是这两大学科相结合的新兴的边缘学科。其目标是利用现代化信息工具，使神经科学家和信息学家能够将脑的结构和功能研究结果联系起来，其将不同层次有关脑的研究数据进行检索、比较、分析、整合、建模和仿真，绘制出脑功能、结构和神经网络图谱，从而解决当前神经科学所面临的海量数据问题，从基因到行为各个水平加深人类对大脑的理解，达到“认识脑、保护脑和创造脑”的目标。
人脑的复杂性远远超出了我们当前的认识能力，传统的细胞生物学等的实验室研究对于解决人脑对复杂信息的获取、处理与加工及高级认知功能的机制，犹如只见树木不见森林。神经信息学工具和数据库的应用，使得我们可能从有限的实验数据中找出神经信息获取、处理和整合的规律和法则，提出在各种刺激条件下，脑内信息加工的数学模型的实验假设和用计算机模拟脑内神经信息网络。可以说，人类脑计划近20年的发展历程处处与神经信息学紧密相连。
1996年在巴黎的政府间实体———经济合作发展组织（OECD）的科学论坛批准建立以美国为领头国家的神经信息学工作组，参与国包括美国、英国、德国、法国、瑞典、挪威、瑞士、澳大利亚、日本等19个国家，欧洲委员会也作为正式成员参加。美国国立精神卫生研究院副主任，美国国立卫生研究院神经信息学部主任——考斯陆博士是全球人类脑计划的负责人。考斯陆博士是一名神经药理学家，他在神经科学、心理学和药理学等领域出版了多本著作，发表了100多篇科研论文，还得到了十几个不同的荣誉和奖章。考斯陆博士创建 N IH第一个神经科学项目，并出任 N IMH基础与临床神经科学部主任。几年前他又创建了著名的人类脑计划并出任 N IH该机构主任，该机构当前已资助数千万美元专项科研经费用于人类脑计划和神经信息学的研究。美国的几个著名大学，如哈佛大学、耶鲁大学、加州大学、康乃尔大学等都承担了人类脑计划的研究课题。
1996年，以美国为首的神经信息学工作组建立，其目的是组织和协调全世界神经科学和信息学家共同研究脑、开发脑、保护脑和创造脑。根据规定，成员国之间可利用电子网络寻求研究协作伙伴，进行数据交换和科研协作，可以免费使用通用神经信息学数据库和信息工具，承担科研任务，同享科研成果和脑研究资源。
1997年人类脑计划在美国正式启动，美国20多家著名的大学和研究所参加了这个研究计划。50多位神经信息学的课题负责人得到该项目的基金资助。他们充分利用神经科学和信息科学的优势条件进行研究，相互间建立合作关系，利用电子网络互通信息，运用数据库进行资源共享。
没有一个国家能独立完成“人类脑计划”这项巨大的工程，它需要像人类基因组计划那样开展国际间的大规模协作。当前，国际性的神经信息合作组织已在全球召开了四次工作会议，共同策划“全球性人类脑计划和神经信息学”。具体已提出几项重大建议：创建全球性的神经信息学电子网络，开发先进的神经信息学工具、方法和数据库，通过数据资源共享和建模仿真来了解神经系统的结构和功能，推动科学进步。
2013年3月公布美国一项名为“脑活动绘图”的计划，参与者包括国家卫生研究院、国防部高级研究项目局、国家科学基金会等联邦机构，霍华德·休斯医学研究所、艾伦脑科学研究所等私营机构，以及神经学家和纳米科学家组成的团队。他们将共同推进对人类大脑近千亿神经细胞的理解，加深对感知、行为以及意识的研究。这一计划也有助于加深阿尔茨海默氏症、帕金森氏症等疾病的理解，找到一系列神经性疾病的新疗法，并有望为人工智能领域的进展铺平道路。
因此，脑科学教育的意义十分广泛，有广义的社会范畴的话题，我们在这里着重分析具体的探讨学习方面的话题。所以，我们要通过脑科学专家的研究成果，运用最系统、最高效的训练手段，充分调动大脑的各项功能，从而在学生的学习上实现轻松高效的学习，实现智力与情商的同步提升，培养一批批智慧少年，从而成为国家一批批栋梁之才！这就是脑科学教育所承载的现实而深远的意义。
二、“脑科学学科”教育的目标
首先我们要揭示大脑的奥秘，这是新世纪人类面临的最大挑战。生命是什么？“人活着”是怎么一回事？大脑如何思维？数不清的疑问浮现在人类的脑海中。人之所以成为万物之灵，有别于其它物种，是因为人类有极其复杂的大脑，它是千百万年进化的结晶。在过去的六亿年中，生物体通过进化产生出由大量神经元相互联结而形成的神经网络，解决了在不断变化的复杂环境中人脑如何处理各种复杂信息的问题。尤其是人的高级认知功能的高度发展，使得人类成为万物之首，具备了主宰世界的能力。科学研究发现，一个成人大脑重约3．3磅，体积1．5公升，脑内有上千亿个神经细胞，还有超过10——14个神经突触。大脑是生物体内结构和功能最复杂的组织，是接受外界信号、产生感觉、形成意识、进行逻辑思维、发出指令产生行为的指挥部，它掌管着人类每天的语言、思维、感觉、情绪、运动等高级活动。人脑也是极为精巧和完善的信息处理系统，是人体内外环境信息获得、存储、处理、加工和整合的中枢。
由于人脑的结构和功能极其复杂，需要从分子、细胞、系统、全脑和行为等不同层次进行研究和整合，才有可能揭示其奥秘。为此，世界各国投入了大量的人力和财力进行专门研究，美国把九十年代最后十年定为“脑的十年”，欧洲确定了“脑的二十年研究计划”，日本将21世纪视为“脑科学世纪”，脑科学的研究热潮遍布全球。科学家们提出了“认识脑、保护脑、创造脑”三大目标，人们相信脑科学的研究成果将为人类更好地了解自己、保护自己、防治脑疾病和开发大脑潜能等方面做出重要的贡献，“了解大脑、认识自身”是21世纪的科学面临的最大挑战。
这种挑战也正是教育所面临的重任，也是脑科学教育的目标，也称“教育目的”。中国现阶段的教育目标是培养青年、少年、儿童在品德、智力、体质等方面全面发展，成为有理想、有道德、有文化、有纪律的建设人才。通俗地说，就是将人培养成“四有”人才。而对于脑科学教育来说，脑科学的教育目标就更为具体，应该是通过“脑科学”的计划培养跨时代的创新性人才，在未来，主宰世界、改变世界、推动世界的就是具有“脑科学思维”的创新性人才，人才的产生需要训练健全有素的大脑，这就是脑科学教育的目标之一。
三、我国脑科学计划的发展进程
在中国，脑科学的发展起始于2001年7月，当时唐一源教授（全球人类脑计划/神经信息学工作组中国代表、大连理工大学教授、博士生导师、大连理工大学神经信息学研究所所长）应美国国立卫生研究院神经信息学部主任、全球人类脑计划负责人考斯陆博士的邀请，访问美国人类脑计划与神经信息学总部，并做专题报告“中华人类脑计划与神经信息学的进展”，使考斯陆博士及美国其他科学家认识到中国的实力和决心。于是考斯陆博士发出专函：“同意中国唐一源、唐孝威和尹岭博士参加始建于2000年的经济合作与发展全球科学论坛神经信息学工作组”。考斯陆博士认为中国专家参加这一活动具有极其重要的意义，这将有助于中国在这一领域的研究与国际发展保持同步，中国的参与将会对全球神经信息学的形成和发展产生重大影响。
2001年10月4—5日，我国科学家赴瑞典参加了人类脑计划的第四次工作会议，成为参加此计划的第20个成员国。中国科学家表示，要积极配合国际神经信息网络及数据库，建立中国独特的神经信息平台、电子网络和信息数据库，才能在合作中不受制于人，更好地和国外科学家协作，共享科研成果和国际资源。
计算机和信息技术的飞速发展为我们提供了解决方案，信息工具的应用为我们解决这一问题创造了条件。所以，建立全球神经信息数据库和神经信息电子网络，已经迫在眉睫。神经科学家和信息学家都在呼吁，应加强神经科学和信息学的合作和相互渗透，采用一种新的研究模式，即实验数据→数学理论→计算机模拟和预测→生物学实验验证→数学模型与验证后的理论，往往可以达到事半功倍的作用，大大加快脑的研究进程。
许多科学家认为，我国的神经信息学的总体研究水平落后于发达国家，今后10年是神经信息学快速发展的阶段，也是竞争性最强的阶段。我们加入越晚，失去的机会就越多，造成的损失就越大。由于我们没有足够的时间和财力去开发研制自己的数据库和信息工具，即使研制出来，也得不到国际上的承认，难以与国际接轨。如果购买或租用国外的信息工具，不但造成经济损失，而且中国在这方面的研究会永远处于被动状态。
同时，神经科学研究日益深入和专业化，几乎没有哪一个科研人员能够精通脑科学的全部领域。显然，以往通过发表论文或参加会议来进行学术交流的形式已严重制约了科研思路和成果的产生。而国际人类脑计划中的神经信息电子网络可以为研究人员提供信息交流的快速工具，成员国的科学家可以利用神经信息电子网络进行数据交换、分析、整合、建模等工作。参加国际的合作会极大促进国内有关工作的进行。不过，所有这一切都必须有一个大前提———加入国际性神经信息合作组织，参加国际人类脑计划的研究工作。
在人类基因组计划这个宏伟的全球性科研大计划中，我国科学家经过艰苦卓绝的努力，克服了重重困难，争取到1%的测序任务。然而，就是这1%产生了巨大的政治和经济效益，再一次向世界宣告，中国科学家具有做出世界一流科研成果的能力，使中国跻身于人类基因组计划的行列，站到了这一研究领域的前沿，并理所当然地分享人类基因组计划的研究成果。
在国家自然科学基金委和科技部的大力支持下，我国脑科学在基础和临床研究方面取得了不少科研成果，在某些领域达到了国际先进水平。解放军301医院、大连理工大学、浙江大学、中科院等单位积极参与并组织关于中华人类脑计划和神经信息学的工作，在近一年中，先后召开了两次“中华人类脑计划和神经信息学”的专家研讨会，专家们就许多关键的问题进行了深入探讨。同年9月由国内40余位神经、化学、数学、信息等方面的专家会聚香山，召开了题为“人类脑计划与神经信息学”的第168次香山科学会议，专家们认真讨论了国内外脑研究的状况、我们如何应对国际形势等问题，一个关键性的问题已逐渐明朗———凭中国特色加入国际人类脑计划。
在美国人类脑计划的资助下，美国各相关科研机构已初步汇集和建立了各种神经信息数据库和信息处理工具，并正与超级计算机中心、欧洲联盟等联网合作，建立全球神经信息工作平台，该系统有数据质量控制的标准和规定，也有一系列数据检索、分析、整合、建模等工具。当前人类脑计划开展的国际大合作，使用通用数据库，统一格式、统一标准，将脑的结构和功能、微观和宏观的研究结果联系起来，绘制出健康和疾病状态下脑的功能、结构、神经网络、细胞和分子生物学的“图谱”。成员国的科学家们可以在数据库中进行搜索、比较、分析和整合，并进行数学模拟和仿真计算，这将十分有利于理论假设的形成和研究者之间的电子合作，也可以避免不必要的重复性研究。
我国专家在深入探讨、反复论证后，大家普遍认为，在浩大的人类脑计划中，中国不可能处处涉足，必须发挥自己的长处，利用我们人类脑资源丰富和计算机信息学研究方面的一定优势，在具有中国特色的传统医学（如针刺等）、汉语认知与特殊感知觉的神经信息学研究等领域深入开展工作。将具有中国特色的人类脑计划和神经信息学研究项目加入全球人类脑计划之中。
开展中国特色的人类脑计划与神经信息学研究，无疑将大大加深人类对大脑的认识和自身的认识。可以预料，像人类基因组计划一样，在国家的支持下，引进新的科研协作和风险投资运行模式，通过国内本领域的专家齐心协力、联合攻关，以开放的新模式吸纳社会资源，从研究、产业等几个方面同时启动，必将会极大推动人类对自身的认识，造福全人类。
四、“脑科学学科”教育的内容
我们在这里谈脑科学学科教育的内容，还是仅限于孩子生命的成长和培育这个范围来交流。所以会涉及到家庭教育、早期教育（潜能教育）、幼儿教育、中小学学能教育、应试教育（学校教育）、成长教育（社会教育）、艺术教育、感恩教育等等。而这一系列的教育看上去很能理解，仿佛我们都经历过，但在这“脑科学学科”的时代要想培养未来的国际大才，必须重新审视和看待当今的教育，甚至是变革的教育！
按照一个人从生命形成到成人的成长历程，我们应以脑科学的视角去定义和实施全新的教育——脑科学学科教育！在这里，我向大家汇报，全新脑科学学科教育一共分为三个部分：
第一部分：潜能开发（脑科学潜能教育）
潜能开发就是在孩子大脑发育关键期开发其本有的潜能，为下一阶段的智力训练（智能）打基础。
第二部分：智力训练（脑科学智能教育）
智力训练就是孩子在学习上所具备的能力，如“读、记、写、思、算”等，这些能力是奠定学科应用的基础，再到第三阶段时就会得心应手地解决学科问题。
第三部分：学科应用（脑科学学能应用）
学科应用强调的是“应用”，就是要做到将第一阶段、第二阶段的能力学以致用，学会对接到学科课本上，从而实现乐于学习、轻松学习、高效学习。