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美国“人脑计划”出台前后的科学探索与挑战

2014-05-13 11:09 综合报道 bioguider.com 阅读 0
核心摘要: 本文系统回顾了美国“人脑计划”的启动背景、发展过程及科学目标,重点介绍了该计划在神经科学领域的技术创新和挑战,阐述了其对理解大脑功能及神经系统疾病治疗的重要意义。

美国“人脑计划”(BRAIN Initiative)自2013年提出以来,成为神经科学领域一项具有里程碑意义的研究计划,旨在通过先进技术手段系统性绘制大脑活动图谱,推动对人类大脑功能的深刻理解。

2013年4月2日,美国总统奥巴马正式宣布启动这项为期十年、预计投资约13亿美元的“使用先进神经技术的人脑研究计划”。该计划由美国国立卫生研究院(NIH)、国家科学基金会(NSF)和国防高级研究计划局(DARPA)共同主导,目标是开发一系列创新工具,推动对大脑神经活动的研究,最终实现对大脑功能的重大突破,其战略意义被比拟为“阿波罗登月计划”。

然而,计划宣布时并未明确具体的实施细节、科学目标及时间节点,引发科学界对缺乏顶层设计和协调机制的担忧。2013年5月,NSF与科维里基金会联合举办专家研讨会,汇聚神经学家、物理学家和工程师,共同探讨计划的科学目标和技术路线。哈佛医学院神经生物学家范·韦迪恩(Van Wedeen)指出,尽管会议未达成统一意见,但与会者普遍认为该计划将引领神经科学的下一次飞跃。

在“人脑计划”之前,科维里基金会已于2012年在英国奇切莱召开会议,提出绘制大脑活动图谱(BAM)计划,旨在通过记录数千至数百万神经元的电脉冲活动,揭示大脑产生思维的机制。哥伦比亚大学神经科学家拉斐尔·尤斯特(Rafael Yuste)形象地比喻,目前技术只能观察单个神经元活动,犹如在电视上仅看一个像素,难以理解整体画面。

BAM计划首先聚焦于简单生物体(如果蝇)的神经活动详图,逐步扩展至更复杂的哺乳动物(如老鼠视网膜),预计15年内实现对老鼠大脑皮层乃至灵长类动物大脑活动的全面记录,最终目标是人类大脑的全面解析。2013年2月12日,奥巴马国情咨文首次暗示该计划,随后《纽约时报》报道引发神经科学界广泛关注。

2014年4月2日,BRAIN计划正式启动,2014财年拨款为1.1亿美元,低于预期。计划未设定明确的时间限制和具体神经元记录目标,但强调需要新工具帮助科学家绘制更清晰的大脑回路图,为癫痫、孤独症、阿尔茨海默病和精神分裂症等神经系统疾病的治疗提供新思路。经费方面,DARPA首年投入5000万美元,NIH投入4000万美元,NSF追加2000万美元,四个私人机构合计支持1.22亿美元。

在NSF组织的研讨会上,专家们对如何重构大脑回路、采用何种技术手段、实验模型选择及数据存储和计算方法等问题展开激烈讨论。弗吉尼亚神经学家阿尔伯特·卡多纳(Albert Cardona)强调自动化技术在绘制超精细大脑解剖图中的重要性。尽管观点不一,科学家们普遍认可该计划的科学潜力,但对资金来源和具体实施方案尚无共识。

NIH的BRAIN顾问委员会成立了由15位顶尖科学家组成的“梦想团队”,由纽约洛克菲勒大学神经学家科妮莉亚·巴格曼(Cornelia Bargmann)和斯坦福大学威廉·纽森姆(William Newsome)共同领导,负责制定计划的中期科学目标,推动计划稳步前进。

综上所述,“人脑计划”作为一项跨学科、跨机构的重大科学工程,正处于不断完善和推进阶段。其核心在于通过技术创新实现对大脑神经活动的高分辨率动态监测,促进基础神经科学研究和神经系统疾病治疗的突破。

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