2013年4月2日
脑活动图谱10年计划

迄今为止，人类大到可以在宇宙里确定百亿光年远的星系，小到可以研究尺度仅十几到几十纳米的病毒结构，上天入地涉猎如此广博，却对自己头上“这一块只有1千克多重”的脑组织所知甚少（图1）。不仅人脑的很多秘密还不为人类自己所知，也无法治愈诸如阿尔茨海默症、自闭症、帕金森症和中风这些脑组织疾病。人脑这块组织虽然不大，对它的研究工作还真是个庞大的工程。

近年来，不少国家纷纷投入脑科学研究。自从美国前总统老布什宣布1990—2000年的“脑10年”研究计划之后，欧洲共同体（今欧盟）也开始了“EC（欧洲共同体）脑10年计划”。从1996年起，日本也开始了“脑科学时代计划”的跨世纪研究。目前，脑科学已经成为涉足人数最多、耗资最大、涉及领域最广，也最活跃的科学前沿领域之一。脑科学的研究浪潮直接推动世界神经科学、心理科学的发展，而这些成果又促进和丰富了教育科学和认知科学以及神经科学的研究。人类对语言、学习、记忆、思维、情感与社会行为等人脑的高级活动的研究已经成为认知科学的重要内容，对人才的培养和使用起到积极的作用。

2013年4月2日，时任美国总统奥巴马再度宣布另一个脑10年计划，图2为美国国立卫生研究院主任弗朗西斯·柯林斯与奥巴马一起宣布这项计划的情景。与第一个脑10年计划不同的是，这是一个“脑活动图谱10年计划”又称为“大脑计划”。这项工程将耗资数十亿美元，研究时间长达10年，目标是绘制出人脑的活动图谱。该项目将对人脑的神经元进行详尽的研究，以期推动对人类神经疾病，如帕金森症、阿尔茨海默症、自闭症等的病因、病理研究及治疗。与此同时，这一工程还将促进人工智能的开发。

人的大脑堪称是一个“小宇宙”，由1000亿个神经细胞组成，相当于银河系星体的总数。密如繁星的脑细胞是如何搭建起一张精巧而缜密的网络，又是如何彼此互动，甚至联动起来的？每一个神经元对外界的刺激又是如何通过电脉冲来接受和产生反应的？对于这些问题，到目前为止，人类只能对少量的神经元活动作出记录，大多数的时候，还只能通过手术探针进行检测。随着神经科学和纳米科学的发展，现在已经具备一定的条件，在伤害最小的情况下，对大脑的活动进行更全面的检测。

正是有人预料到这一契机，在2012年6月，有6名科学家在脑神经元领域中提出了一项具有创意性的建议，这项创意发表在《神经元》期刊上。他们建议，采用新方法为脑活动绘制活动图谱。具体的办法是，利用一些体型如分子大小的“机器人舰队”作为传感器深入人脑，在细胞层次上，为大脑的活动做出无创伤的测量和记录，最终构建出大脑活动图。这一建议直接推动了“脑活动图谱10年计划”出台。实际上，欧洲的行动更早，即在2013年1月，先于美国将“人脑工程”列入欧盟“未来新型旗舰计划”中的项目之一，其目标是用超级计算机模拟大脑的工作原理。

从20世纪末到21世纪初，人类曾推行“人类基因组10年计划”，而这次的“脑活动图谱10年计划”与其十分相似，它们同样是耗资巨大的复杂工程。“人类基因组10年计划”耗资38亿美元，而“脑活动图谱10年计划”耗资40亿美元；两项工程都十分艰巨，两者相比，“脑活动图谱10年计划”更是艰难，也更具有挑战性。由于人脑模型尚不清晰，活动模式也不易界定，使得这项计划的具体目标不像基因研究那样清晰。此外，“脑活动图谱10年计划”的涉及面更加宽广，人类学、生理学、心理学、神经学、医学、遗传学、物理学、化学、计算机科学、人工智能，甚至天体物理和纳米科学无一不与这项研究相关。

在“脑活动图谱10年计划”宣布的第一年，人类就取得了不小的成果，例如，获得首张高分辨率的3D人脑图（Big Brain）（图3）；首创一种利用化学物质处理脑组织，使其变得透明、脑组织更加清晰，且无须大脑切片就可以显示神经回路的技术。利用脑组织透明技术，使一个曾患有自闭症的7岁小男孩大脑变得透明，可以观察他的大脑内部情况（图4），并得到其中神经元结构（图5）。

在计划宣布的4个多月之后，科学家在2013年8月31日又取得了另一项惊人的成果。他们利用人脑干细胞，在试管中培育出微型的“体外人脑”，它的结构、功能都与人类大脑酷似。虽然这项技术目前还不稳定，但它开创了体外研究大脑的先河。还有的科学家研究出控制大脑基本活动的光刺激法，利用这种方法刺激经过基因修复的小鼠大脑海马体神经细胞，成功地人为植入了一段虚假记忆，这表明对神经信号进行精准操控也不是不可能的。

无论是美国，还是欧盟的人脑研究，都是为后续研究导航的项目，它们与人类自身息息相关。这些进展表明，抢攻下一轮脑科学研究制高点的号角已经吹响，“脑活动图谱10年计划”无疑再度掀起世界脑科学的研究风暴。

关键词：大脑活动图谱计划，大脑计划，Brain Activity Map Project，Brain Initiative

图1：https://www.youtube.com/watch?v=C8gz-4B9RDzI

图2：https://en.wikipedia.org/wiki/BRAIN_Initiative

图3：http://mashable.com/2013/06/20/brain-ul-tra-high-resolution-3d

图4：http://kansascity.legalexaminer.com/head-brain-injuries/transparent-brain-allows-re-searchers-to-see-brain-with-clarity

图5：http://beforeitsnews.com/alternative/2013/07/see-through-brains-video-2717048.html