美國“腦計(jì)劃”新項(xiàng)目新成果頻現(xiàn)

■競逐“腦科學(xué)”①

　　編者按腦科學(xué)以闡明腦和神經(jīng)系統(tǒng)的工作原理和機(jī)制為目標(biāo)，被認(rèn)為是自然科學(xué)的“最后疆域”。近年來，隨著人工智能技術(shù)取得突破性進(jìn)展，腦科學(xué)的巨大潛力再次受到各國政府和科學(xué)界的高度重視。科技日報(bào)國際部即日起將刊發(fā)一組文章，介紹美歐和我國的“腦計(jì)劃”進(jìn)展情況。

　　3年前，美國總統(tǒng)奧巴馬公布“推進(jìn)創(chuàng)新神經(jīng)技術(shù)腦研究計(jì)劃”(簡稱“腦計(jì)劃”)時雄心勃勃，在政策和資金上的支持力度可謂巨大，如今，這項(xiàng)舉世矚目的研究項(xiàng)目取得了什么樣的成果？由于該計(jì)劃的具體事務(wù)由多個機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)，各自研發(fā)的側(cè)重點(diǎn)也各有不同，以致我們難以一窺全豹，但從幾個主要參與機(jī)構(gòu)的研究情況看，我們可以得出這樣的結(jié)論：“腦計(jì)劃”在多個領(lǐng)域的進(jìn)展，讓我們有理由相信，人類大腦之謎終會被揭開。

　　聯(lián)邦部門主導(dǎo) 新項(xiàng)目新成果頻現(xiàn)

　　美國國家衛(wèi)生研究院(NIH)可算是“腦計(jì)劃”項(xiàng)目中最重要的聯(lián)邦機(jī)構(gòu)，其下屬的10余個研究機(jī)構(gòu)參與了該計(jì)劃。2013年9月，NIH“腦計(jì)劃”工作組提出了2014財(cái)年的9個資助領(lǐng)域，包括：統(tǒng)計(jì)大腦細(xì)胞類型，創(chuàng)建大腦結(jié)構(gòu)圖譜，開發(fā)大規(guī)模神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)記錄技術(shù)，開發(fā)操作神經(jīng)回路的合適工具，了解神經(jīng)細(xì)胞與個體行為間的聯(lián)系，整合理論、模型、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)以及計(jì)算能力以運(yùn)用于神經(jīng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)，描述人類大腦成像技術(shù)機(jī)制，建立科研用人類數(shù)據(jù)收集機(jī)制以及進(jìn)行大腦相關(guān)知識傳播與培訓(xùn)，從而正式啟動了其“腦計(jì)劃”研究步伐。而在2016財(cái)年，NIH向“腦計(jì)劃”項(xiàng)目的投資高達(dá)1.35億美元。

　　高投資獲得高回報(bào)。3年來，NIH取得的成果頗豐：2014年4月，NIH與北卡羅來納大學(xué)醫(yī)學(xué)院合作，找到一種通過控制實(shí)驗(yàn)動物大腦神經(jīng)回路、較準(zhǔn)確操控其行為的方式，這一成果被美國媒體稱為 “腦計(jì)劃”啟動以來第一個重要成就；今年5月，NIH研究人員與馬里蘭大學(xué)等機(jī)構(gòu)研究人員合作，針對小鼠研究發(fā)現(xiàn)，氯胺酮(一種精神類藥物)的抗抑郁效果源于服用后產(chǎn)生的一種代謝物，而這種代謝物不僅可快速抗抑郁，還不會產(chǎn)生麻醉或成癮等副作用；而就在最近，圣路易斯華盛頓大學(xué)研究人員繪制出了迄今最全面、最精確的人類大腦圖譜，其中97個人類大腦皮層區(qū)域?qū)儆谑状喂?，這也是NIH資助項(xiàng)目的最新成果。

　　參與“腦計(jì)劃”的聯(lián)邦政府部門除了NIH外，還有美國國家科學(xué)基金會(NSF)、國防部高級研究計(jì)劃局(DARPA)、美國食品與藥品管理局(FDA)、美國情報(bào)高級研究計(jì)劃署(IARPA)等機(jī)構(gòu)。這些機(jī)構(gòu)都設(shè)置了相應(yīng)的研究項(xiàng)目，配合“腦計(jì)劃”的執(zhí)行。如NSF2016年計(jì)劃對“腦計(jì)劃”項(xiàng)目投入7200萬美元。NSF今年2月提出，要加強(qiáng)神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域研究基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，將設(shè)立“國家大腦觀測站”。最近，NSF還推出了“下一代神經(jīng)科學(xué)網(wǎng)絡(luò)(NeuroNex)”項(xiàng)目，旨在加強(qiáng)對神經(jīng)科學(xué)和認(rèn)知科學(xué)的理解。

　　非聯(lián)邦部門跟進(jìn) 你方唱罷我登場

　　如果說聯(lián)邦政府機(jī)構(gòu)是“腦計(jì)劃”的引領(lǐng)者，基金會、研究院以及各大學(xué)校等研究機(jī)構(gòu)則是這一計(jì)劃的最重要執(zhí)行力量。目前，“腦計(jì)劃”的合作伙伴中有5家基金會、兩家研究所、7所大學(xué)和10余家企業(yè)。他們在腦科學(xué)領(lǐng)域的研發(fā)實(shí)力屬于世界頂尖行列，在近兩年的研究中也取得了許多成果。

　　作為“腦計(jì)劃”的重要推動者之一，科維理基金會在“腦計(jì)劃”中的作用不容小覷。該基金會在美國多個大學(xué)設(shè)立的腦科學(xué)研究所都具有很強(qiáng)的實(shí)力，近兩年在“腦計(jì)劃”框架下不斷取得新的研究成果，頗受矚目。而2015年10月，該基金會宣布，將投入超過1億美元，組建3個新的腦科學(xué)研究所，進(jìn)行相關(guān)腦科學(xué)研究，這無疑將極大推動“腦計(jì)劃”的進(jìn)展。

　　腦計(jì)劃的另一個重要推動者——艾倫腦科學(xué)研究所亦不甘人后。今年早些時候，該所創(chuàng)建了細(xì)胞類型數(shù)據(jù)庫，收錄240種細(xì)胞的位點(diǎn)、形狀、電信號等數(shù)據(jù)，并有詳細(xì)的三維結(jié)構(gòu)圖。這一數(shù)據(jù)庫將不斷擴(kuò)展，向?qū)崿F(xiàn)“統(tǒng)計(jì)大腦細(xì)胞類型”這一目標(biāo)邁進(jìn)。7月，艾倫腦科學(xué)研究所正式推出“艾倫大腦觀測站”，公布了該所關(guān)于小鼠視覺皮層神經(jīng)活動研究的數(shù)據(jù)集，供公開研究利用，這將有助于科學(xué)家理解人類大腦并為其建立模型。

　　其他研究機(jī)構(gòu)，如霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究院、卡內(nèi)基梅隆大學(xué)等，也在近兩年的腦科學(xué)研究中取得多項(xiàng)進(jìn)展。

　　計(jì)劃難度超高 但難阻科研步伐

　　“腦計(jì)劃”雄心勃勃。奧巴馬當(dāng)初豪言在耳：“希望和人類基因組計(jì)劃一樣，通過10年努力繪制出完整的人腦活動圖。”但比起人類基因組計(jì)劃，“腦計(jì)劃”任務(wù)的難度更大。近千億個神經(jīng)元、復(fù)雜無比的連接組、神秘的智力之謎，人類對大腦的探索可以說才剛剛起步。

　　但正所謂“不積跬步，無以至千里；不積小流，無以成江海”。在探索人類大腦之謎的進(jìn)程中，每一個相關(guān)項(xiàng)目、每一項(xiàng)研究成果，都是漫長探索之路的鋪路石，一步一步指向終點(diǎn)。

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