近些年，被无数人称为“第九艺术”的游戏，越来越多地开始出现在影视剧集中，成为人类未来生活的重要组成部分。而在现实中，与游戏相关的技术也在与科技领域频繁触电，打开探索的全新视野。而今，脑科学逐渐登上了历史舞台。
国内游戏领域，对于脑科学的研究近些年正在逐渐加码。脑科学与游戏间的连接，其优势在于游戏能够让用户变得更加主动，无论是控制方面还是反馈方面，使其更加沉浸于游戏创造的环境中。而大脑在处理信息时的流程，处理的能力，都会在游戏中有着指标化的体现。因此，脑科学的出现，将会为游戏，以及科技领域打开诸多全新可能，无论是脑机也好，亦或对于人工智能的帮扶。
在脑科学的探索方面，腾讯始终走在路上。8月16日，在腾讯游戏学堂举办的第六届腾讯游戏开发者大会（TGDC）第三日的社会价值专场活动中，中国科学院深圳先进技术研究院副研究员徐放教授带来了《指尖互联，探秘大脑——脑科学功能游戏之旅》主题演讲，与大家分享了脑科学的发展，以及如何结合功能游戏达成更优质的应用。
以下为徐放分享实录
（游戏智库略有删改）
如果要把大脑传到云上，需要上传什么？
我叫徐放，来自中国科学院深圳先进技术研究院脑认知与脑疾病研究所。我的研究方向是开发新型荧光显微成像技术，并用来绘制灵长类大脑联接图谱。
来之前我的朋友们问我，这个会议来的都是游戏界大咖，我是怎么混进去的？为什么要来参加这个会议？
我想要和大家分享的，就是我们这个研究领域和游戏能够碰撞出怎样的火花，以及会带来哪些社会价值。所谓脑图谱绘制，就是要画出一幅大脑内部的三维地图。我将分别介绍脑联接图谱、功能游戏在这个领域的应用，以及将功能游戏应用到脑科学研究的更多未来机遇。
此前大家可能听过说一个新闻，有网友在推特上面提问埃隆•马斯克，说如果可以把大脑上传到云端，让你和虚拟的自己来聊天，你们会成为朋友吗？马斯克当时的回复是“我们已经做到了！”这可能是一句玩笑话，但却引起了非常广泛的关注，这也直接反映了对这个话题很感兴趣有很多。
那么我们可以从脑科学的角度来探讨一下，如果要把大脑传到云上，需要上传的是什么内容呢？倘若把大脑比作一篇文章，那么里面的句子就是由很多神经细胞相互联接形成的神经网络；比如给一个输入，它就可以有一个输出，跟现在比较流行的深度学习网络比较类似。里面的单词就是构成神经网络的基本神经环路，就像电路里面比较基本的与非门，而最基本的字母，就是一个一个神经细胞。
总的来说，上千亿个神经细胞的互相联接，承载了我们的思维，构成了我们自己。所以要想把大脑传到云上，就要把大脑的这种相互联接结构给绘制出来，然后上传上去。如此，一个给定的输入，就可以对应一个相应的输出，看到一句话，就会产生一些想法，而不仅仅是把的记忆上传云上，因为记忆是死的。
这是一个我们实验室养的小白鼠大脑内部的三维结构，可以看到它内部的每一个亮点都是一个神经细胞。它们通过非常复杂的纤维连接跨越大脑内部不同区域，这些不同区域的跨越就可以来传递信息，最后来实现大脑的各种功能。
不过这么密集的细胞和纤维非常难以直接进行分析，我们可以用一些方法去标记其中很少的几个细胞，比如一些显得比较稀疏的细胞，就可以用一些自动的算法，结合一些人工的标注，把这些神经纤维的轨迹画出来，并且能够和一些功能结合起来去研究。
比如这是一个多巴胺释放相关的脑区和脑神经环路，这个脑区叫VTA，它到大脑的其他几个脑区，比如前额叶皮层，这条神经环路连接起来，就实现了一个奖赏的环路，人的快乐情绪，就和这个多巴胺的环路相关，玩游戏的快乐也和其相关。
大家可以看到，如果只标记很少的几根纤维，就可以像右边一样，画出每根纤维的形状，这个纤维的形状就可以解释连接不同的脑区的神经环路。通过这个方法，可以一步步把整个大脑建构出来。
但倘若这条环路出现一些异常，就会带来抑郁症、自闭症等大脑疾病，而另外一些退行性疾病，比如老年痴呆等，它们也会跟脑内不同环路的异常和退化有关。比如右边的这张图片，它的环路结构比较复杂，就是跟帕金森病相关的环路。所以解析神经环路对于理解大脑功能和疾病都非常有意义。
因此如果想把大脑上传到云上，很基础的一件事情就是绘制出大脑神经环路联接图谱。而目前人类已经绘制出图谱的动物，只有这个1毫米大小的线虫，它只有302个神经元，这些神经元之间的联接像右边的图一样，非常的复杂，里面每一个节点是一个神经细胞，粗细代表连接的权重，把这幅图绘制出来，就知道线虫体内的神经纤维是怎么连接的。
线虫的连接图谱，已经上传到这个网站上了。绘制出线虫图谱的Sydney Brenner，也获得了2002年的诺贝尔生理学和医学奖.，当时获奖的贡献，就是他把线虫当作一个模式动物，系统性研究了它的遗传、发育等相关工作。
而我们并不满足于线虫，我们最终是希望能理解人类自己，我们希望对更加高等的动物展开研究，比如果蝇、斑马鱼、小鼠，还有猕猴，它们都是我们实验室脑科学研究常用的模式动物。来自全世界不同的研究机构，利用不同的技术，对它们的大脑进行了图谱的绘制，而我们团队目前正在研究的就是猕猴的脑图谱绘制。猕猴作为一种非人类的灵长类动物，它跟人类的大脑结构非常类似，而且亲缘上非常接近，所以把猕猴作为一个研究动物有着得天独厚的优势。
这是猕猴大脑内部的一个区域，非常零乱，每个白色的斑块是一个神经细胞，隐约可以看到一些树枝状的结构，这就是神经纤维，我们用绿色的线条标记了其中一根神经纤维，沿着这个线条就可以在三维空间里对它进行追踪，看看它跟哪些区域有连接。
这根纤维的直径只有1微米，大约是头发丝的百分之一，但是长度可以达到几十厘米，甚至更长。如果把它等比例的放大，每一个神经细胞的形态就好像是一条长江和它所有大大小小的支流。长江承载着水流，然后传递着水流的流向，诞生了华夏的文明，而神经元也是承载着大脑里面所有信息的流向，产生了我们的思维意识。如果我们把所有的神经元绘制出来，就能形成一个灵长类大脑图谱。
我们的这项研究工作去年发表在了《自然·生物技术》杂志的封面，也得到了国内外媒体的很多关注，包括央视也进行了多次报道。
脑科学研究，用功能游戏能解决吗？
过去10年时间里，全世界的一些主要经济体，比如美国、欧洲、日本先后投入了几十亿美元进行脑科学研究，其中脑图谱作为非常基础的领域，也得到了我们国家的支持。
《为建设世界科技强国而奋斗——在全国科技创新大会、两院院士大会、中国科协第九次全国代表大会上的讲话》中指出，脑连接图谱研究是认知脑功能进而探讨意识本质的科学前沿，这方面探索不仅有重要科学意义，而且对脑疾病防治、智能技术发展也具有引导作用。在国家“十四五”规划和2035年远景目标纲要里面，脑神经联接图谱也被列为了科技前沿领域重点攻关方向。
猕猴的大脑由大约60亿个神经细胞组成，这些神经细胞相互连接，并传递信息，承载大脑的一切功能。我们预计，如果要解密大脑结构的基本规律，理解大脑的功能和疾病，理解我们的思维，可能要绘制出其中至少万分之一的数量，也就是几十万个神经元的结构。而我们花了5年的时间，目前绘制出来的，还只有左边的这6个。那么这10万倍的差距，要怎样来弥补呢？包括前面讲到的线虫只有300多个神经元、小鼠的神经元目前绘制出来的只有上千个，距离要绘制出来几十万个神经元，依然有非常大的差距。
于是，我们想到了功能游戏。这也是我来到这个舞台，想要和大家一起探讨的方向。
这是大概十年前，由美国普林斯顿大学Sebastian Seung教授实验室研发的功能游戏，叫做EyeWire，它的主题思想是基于实验室电子显微镜采集的原始图像数据，包装成游戏的模式，通过对这些图像数据进行众包标注，来绘制视网膜的连接图谱。
这个游戏的特点是，这些图像数据都是最原始的，玩家在玩这个游戏时，能逐渐把这些神经纤维的结构一点点绘制出来。而这些结构在以前，可能从来没有人知道过，包括Sebastian Seung团队也不知道，所以它是完全开放式、由游戏玩家参与、共同建构的模型。建构出来一些神经元模型，就可以形成一些新的科学发现了。
这款游戏在2012年上线，目前仍在开放，大约拥有20万名注册玩家，一起标注了4000多个小鼠视网膜神经细胞，这里是其中一小部分的展示，可以看到它是一个非常复杂的结构。像我们视网膜这块小小的地方，里面的神经细胞就有这么丰富的结构，如果没有人工智能算法和众包标注的结合是非常难以完成的。通过这20万名玩家的倾力协助，就可以把图谱一点点建构出来。
根据玩家们的结果，他们在2014年的时候，发表了一篇顶尖杂志Nature论文。在论文里面，玩家群体被当作一个集体，列到了论文的作者里面，并且在论文的致谢和补充材料部分，把所有贡献的玩家ID都列了出来。他们还做了一个玩家画像的统计，可以看到覆盖了从10多岁到60多岁的不同年龄段，以及不同的教育程度。大家都参与到这个游戏里面，共同建构这样一个视网膜里面神经细胞的连接，我们是怎么看到世界的，就是跟这些神经细胞的结构有关系，然后玩家可以亲自参与这个科学发现的过程。
还有些是与这个相似，并且有越来越多的人加入，现在世界最大的众包游戏平台叫做Zooniverse，它来自于Zoo（动物园）和universe（宇宙）这两个词的合成，它里面已经完成和正在进行中的游戏大约有170多款，都是依靠众包来完成科学研究。
这个例子是进行突触的标注，突触是大脑神经细胞之间传递信息的结构，但这个突触特别小，在显微镜里面能够拍出来，但非常难以识别。研究人员把它包装成一个游戏，在这个平台上线，在4月份上线，有1000多名玩家的加入。虽然玩家数量看上去不是特别多，但是已经完成了70多万个分割任务，说明玩家非常高兴、非常有持续性的动力来参与这个游戏。Zooniverse平台还有很多其它的游戏，比如天文学方面，探索天文图像里面的恒星，以及一些历史、文保、植物分类等相关的游戏总共有170多款，玩家可以从里面挑选到自己感兴趣的话题、感兴趣的方向，来亲自参与这些研究。
关于脑联接图谱，也有其他的玩法，除了进行众包标注外，也可以结合虚拟现实的方式，来分割里面的神经纤维。这是东南大学彭汉川教授团队开发的TeraVR游戏，可以通过VR游戏来助力脑科学连接图谱，他们在2018年发表的论文发现，证明使用这款游戏系统，可以比非VR模式进行神经元标注的准确度更高，能够上升几十个百分点，使科学发现更加可靠。利用TeraVR，他们去年也发表了一篇Nature顶级杂志的论文，我们现在跟他们团队也有一些合作，正在把这个游戏应用到我们的对猕猴大脑的标注里面。这是他们去年发表的论文，标注了1700多个小鼠脑的神经细胞。
参考脑图谱领域的这些功能游戏，我们也在计划开发一款功能游戏用于绘制灵长类大脑的联接图谱。这是一根神经纤维，使用目前世界上最先进的算法，也很难做到对大脑内部的神经纤维图像进行精确的自动识别。这是我们自己开发的软件，用工具进行半自动重建得到的一根神经纤维，你可以看到它的末端结构非常的丰富，这些地方就需要一些人工的参与，来对它进行识别。
我们也希望在这个软件工具的基础上进一步把它变成有更加有趣的游戏，结合AI重建算法，对高达PB级的图像数据进行众包标注，最终构建大脑的联接图谱。
我们预期需要几十万以上玩家的参与，所以是一个非常不容易的目标，同时也是一个非常有意义的目标，因为大家能一起把前所未知的神经元的形态给建构出来。在玩游戏过程中，谁也不知道这个神经元长成什么样子，大脑里面是怎么连接的，我们的视觉、听觉，和更多的思维、感情、情绪等等，它都会与这些神经纤维的结构以及他们的环路有关系，在玩这个游戏的过程中，你可以亲自参与把这些环路一点点地建构出来。
我们已经看到了，在脑联接图谱领域，功能游戏已经展现出了它的优越性和重要性；在脑科学的更多细分领域，功能游戏还有非常丰富的可能性。比如，在前面提到的神经环路研究，我们可以通过游戏来辅助进行动物的行为训练，来研究行为训练中有哪些大脑环路的参与。
比如这是我们早期做的一个用虚拟现实来导向果蝇飞行的研究，用这个游戏的好处，就是果蝇可以固定在一个地方，我们通过分析它翅膀扇动的频率以及角度，来判断它想往哪边飞，通过虚拟现实的场景，实时性适应它的这种飞行模式。在这种方式下面，因为它的身体是固定的，所以可以对它进行电极记录和光学方式进行实时地观测，来研究它的大脑功能。
对于灵长类动物，甚至刻意借助一些更加复杂的游戏。比如这是一个正在用摇杆玩PAC Man游戏的大猩猩，可以看到它玩得非常流畅，知道怎样控制摇杆，来让主角吃这些豆子。中科院上海神经所的杨天明教授团队最近发表的一项成果，就是训练猕猴玩PAC Man游戏，来研究大脑的决策行为，来判断的它的神经节点怎么做出这些决策的。可以看到视频里面的白点，就是他眼睛注视的方向，通过这些注视结合自己大脑的决策，来玩这个游戏。
另外，通过游戏来进行大脑疾病的康复训练也是一个很有前景的领域。比如我们同事、中科院深圳先进技术研究院与深圳理工大学的唐继军教授，就开发了一系列康复训练游戏，包括对失语症患者进行康复训练的游戏。失语症患者有语言障碍，需要进行发音单词发音的训练，如果让他直接进行训练，这样的方式比较枯燥，效率比较低。唐教授的工作是通过将患者的发音与单词的正确读音，比如把苹果和Apple匹配度转变成一个简单的射箭游戏的得分，这样把训练过程的趣味性提高。患者想要提高自己的得分，有这样的动力，就会不断纠正自己的发音，跟正常的发音进行匹配。所以通过游戏的正向激励作用，可以增加患者训练的积极性，能够提高康复训练的效率。
脑科学功能游戏能带来什么？
我们刚刚介绍了一些代表性的功能游戏案例，它们的功能都非常重要，能够进行一些前沿的科学研究，对大脑功能进行一些训练等等。
但同时，我们也会注意到目前脑科学领域的功能游戏，依然是比较小众的领域。我们总结了未来脑科学功能游戏的一些优化设计方向，比如说它可以通过建立更加成熟的游戏世界观，采取更加专业的游戏策划和设计，来展现出科学研究本身具有的趣味性。
目前游戏的品类还是比较单一，所以我们也可以考虑让更多的人关注到这个领域，在一些细分领域来提高它游戏化的程度。从科学研究的目标来出发，通过将科学的专业性作为一个游戏的特色。玩家的参与度和维持度方面，重视玩家获得的价值回报，比如论文的署名致谢，让人觉得很有参与感、荣誉感的事情。我们可以建立游戏和科学知识的社区来传播这些科学知识，让大家能够从游戏里面学到很多的东西，最终能够实现一个寓教于乐的社会价值。
脑科学功能游戏是非常有商业价值的一个品类，这类游戏的题材非常新颖，以前沿的成果作为基础，科学任务为目标。通过一些游戏化的设计，可以搭建科普和众包相结合的游戏平台，以解决前沿科学问题作为目标，它必然会需要一些持续的技术方面的创新，这也是一些技术型的游戏公司商业竞争力的核心壁垒。通过与科研团队的深度合作，共同参与前沿科技创新，相信这也可以帮助提升企业品牌形象。
大约八年前，我还在读研究生的时候，第一次看到前面提到的EyeWire游戏，觉得非常有意思，当时我还在做一些其它方向的研究，这也是引领我走向现在脑图谱研究的一个契机。为此我还在知乎上回答了一个相关的问题，来介绍这个游戏的一些游戏策略可以用于科学研究，当时也被选为知乎日报和编辑推荐。
到现在，自己在科学过程中也应用到了很多游戏方面的设计，不仅仅是这种众包的方式，比如前面介绍的猴脑成像的工作，大家在我的照片上能看到有一个游戏手柄，这就是我们自己研发的显微镜里面控制样品运动的一个东西。用上游戏手柄这种成熟的设计，我们就免去了很多自己进行的定制开发，可以快速地完成这些科学研究。
今天有机会能够向各位分享游戏在脑科学中的应用，也希望这些能够给大家一些新的思路，有一些新的启发。就像几年前看到EyeWire游戏一样，所谓念念不忘，必有回响。最后，也也非常欢迎大家一起推动科研和游戏的深度结合。
