推進創新神經技術腦研究計畫

“推進創新神經技術腦研究計畫”，簡稱“腦計畫”，於2013年4月2日由歐巴馬政府公布，該計畫旨在探索人類大腦工作機制、繪製腦活動全圖，並最終開發出針對大腦疾病的療法。

2013年9月，美國國家衛生研究院宣布，在2014財年將重點資助9個大腦研究領域。

基本介紹

• 中文名：推進創新神經技術腦研究計畫
• 外文名：BRAIN Initiative
• 簡稱：腦計畫
• 公布時間：2013年4月2日

計畫介紹

“推進創新神經技術腦研究計畫”，簡稱“腦計畫”，其啟動資金達1億多美元，分別由美國國家衛生研究院、國防部高級研究項目局、國家科學基金會提供。美國國家衛生研究院將成立由洛克菲勒大學教授巴格曼、史丹福大學教授紐瑟姆擔任聯合主席的高層級工作組，確定計畫的詳細科研目標，制訂計畫的時間表、重要節點，評估成本以及開展相關倫理研究。

除聯邦機構外，霍華德·休斯醫學研究所、艾倫腦科學研究所、索爾克生物研究所等私營、民間機構及個人也將參與該計畫。

科學家們將一道推進對人類大腦近千億神經元的理解，加深對感知、行為和意識的研究。該計畫將有助於加深阿爾茨海默氏症、帕金森氏症等疾病的理解，並最終找到一系列神經疾病的新療法。這一計畫也有望為人工智慧領域的進展鋪平道路。

計畫由來

2011年9月，科維理基金會、艾倫腦科學研究所和蓋茨基金會共同贊助了一個在英國召開的會議，主持個人基因組項目的是哈佛大學分子遺傳學家喬治·丘奇和哥倫比亞大學神經科學家拉斐爾·尤斯特。他們提議通過廣泛、協調一致的努力來開發一項新技術，用於追蹤人類大腦的功能連線活動，最終達到可以測量單個神經元活動的水平。

腦計畫

這項提議引起軒然大波。儘管一些與會者持懷疑態度，但提議引發了足夠的熱情，從而形成了一本白皮書。科維理基金會科學項目副主席全美英（音）等人於2011年12月與美國國家衛生研究院、國防部高級研究項目局、白宮科技政策辦公室等舉行一系列會議推廣這一計畫。

2012年1月，推進該計畫的良好勢頭在加利福尼亞州召開的第6屆科維理未來研討會上得以延續。接著，一篇發表在《神經》雜誌的論文充實了計畫的研究目標和細節，並說明主要集中於動物研究。2012年7月，隨著白宮科技政策辦公室提出該計畫要像人類基因組計畫那樣在科技領域具有重大挑戰性的要求，全美英以及其他《神經》雜誌論文的合著者與聯邦機構的官員一道，對提議進行了修改，使該項目更多地關注對於人類的適用性。

發展歷程

2013年4月2日，歐巴馬政府公布“推進創新神經技術腦研究計畫”，該計畫旨在探索人類大腦工作機制、繪製腦活動全圖，並最終開發出針對大腦疾病的療法。

2013年9月，美國國家衛生研究院宣布了2014財年將重點資助的9個大腦研究領域。這是美國相關政府科研機構首次公布“腦計畫”的具體研究和實施細節。

研究目標

“我們在人類基因組繪圖中每投入1美元，就會給我們的經濟帶來140美元的回報，”歐巴馬說，“今天，我們的科學家為大腦繪圖，以揭開阿爾茨海默氏症的答案。他們正開發能修復受損器官的藥物，設計可以將電池效能提高10倍的新材料。此時不能在科學和創新領域破壞這些能創造就業的投資。”

美國腦計畫

人類基因組計畫啟動於1990年，其目標是繪製人類基因組圖譜。在2003年4月提前完成時，這項計畫共耗資38億美元。

工程區別

美國的“推進創新神經技術腦研究計畫”與歐盟的人腦工程有很大不同，後者提出在巨型計算機上對人腦建模，而建模所需的數據可以來自美國“腦計畫”，兩者可以互為補充。

人腦工程提供的是一種對人腦的計算機模擬。而“腦計畫”則主要針對於模型生物大腦神經迴路的實驗性測量。

研究現狀

從事“推進創新神經技術腦研究計畫”的科學家不了解任何一個單個機體的大腦工作機制，就連只有302個神經元的小蟲，也沒法了解它的神經體系。儘管人類對單個神經元有了不少了解，但對於小神經元網路工作機制知之甚少。而在細胞解析層面，對於大腦結構的工作機制基本一無所知。

歐洲人腦工程

我們已經可以通過功能磁共振成像（fMRI）等方法在低分辨度情況下記錄大腦。依據需測量的內容，我們通常可以同時記錄十幾個神經元，最多的時候可以記錄1200個。

具體實施

研發重點

推進創新神經技術腦研究計畫首先是一種新技術，然後會變為對複雜多維的大腦活動的記錄。此後，這項計畫將對涉及對此前研究結果的建模。屆時，將嘗試在前人從未達到的大腦研究層面分析這些數據。

儘管推進創新神經技術腦研究計畫的詳細方案尚不明晰，但可以肯定的是，“計畫”的核心內容是新技術的發展、套用，可以記錄來自大量大腦細胞的數據。而這些是了解大腦工作機制的基本信息。

研發新技術和新工具是這項計畫的重點。一個趨勢是都認識到需要研發新的工具。在過去10年內，神經科學研發出了很多新工具。

技術方法

推進創新神經技術腦研究計畫套用的技術方法可能通過光學方法獲取多種成像類型的大量數據，但也可能會運用納米技術的構想。當然也可能會包括電子探針技術、光學探針技術，光遺傳學、功能化納米粒子技術、合成生物學技術等。

通常來說，成像技術和電子物理學技術是記錄神經元信息的兩種途徑，兩種途徑各有優劣。

推進創新神經技術腦研究計畫高層級工作組聯繫主席說，由於新的光學成像工具和平行電極陣列等工具以及其他新工具的研發，讓我們具備做更多事情的潛能。此外，fMRI是一個關鍵的工具，這是一個有關規模和解析度的問題。

國際合作

全球合作對於這一項目非常重要。中國在納米科學研究領域的成就非常突出。科學家們希望向全世界開放數據，建立一個向全球開放的資料庫。由數學和計算機科學領域的科研人員幫助進行數據管理。就像基因工程一樣，我們需要組織、儲存和注釋數據的方法和途徑。事實上，在計畫開始階段，我們已開始在各地研究機構和社群中開展合作。“推進創新神經技術腦研究計畫”也有很多中國科學家參與。

研究進展

計畫方案

這項計畫首先是一種新技術，然後會變為對複雜多維的大腦活動的記錄。此後，這項計畫將涉及對此前研究結果的建模。屆時，將嘗試在前人從未達到的大腦研究層面分析這些數據。

儘管關於推進創新神經技術腦研究計畫的詳細方案尚不明晰，但可以肯定的是，“腦計畫”的核心內容是新技術的發展、套用，這讓我們可以記錄來自大量大腦細胞的數據。而這些是了解大腦工作機制的基本信息。

專家認為，尚不知道這個問題的確切答案，如何開展這項計畫，還沒有統一的意見。其中，研發新技術和新工具是這項計畫的重點。一個趨勢是我們都認識到需要研發新的工具。在過去10年內，神經科學研發出了很多新工具。

公布細節

2013年9月，美國國家衛生研究院宣布，在2014財年將重點資助9個大腦研究領域。這是2013年4月美國總統歐巴馬推出人腦研究計畫後，相關政府科研機構首次公布具體研究與實施細節。

美國國家衛生研究院發表聲明說，“推進創新神經技術腦研究計畫”（簡稱“腦計畫”）公布後，國家衛生研究院隨即成立“腦計畫”工作組，首要任務是為2014年10月1日開始的2014財年制定重點資助的大腦研究領域。

“腦計畫”工作組提出了9個資助領域，全部獲得國家衛生研究院院長弗朗西斯·柯林斯批准，這些領域包括：統計大腦細胞類型；建立大腦結構圖；開發大規模神經網路記錄技術；開發操作神經迴路的工具；了解神經細胞與個體行為之間的聯繫；把神經科學實驗與理論、模型、統計學等整合；描述人類大腦成像技術的機制；為科學研究建立收集人類數據的機制；知識傳播與培訓。

美國國家衛生研究院說，在接下來的八九個月時間裡，“腦計畫”工作組還將制定長期腦科學研究計畫，預計相關方案將於2014年6月提交。

預算金額

美國腦計畫經費突破45億美元

2014年6月，美國總統巴拉克·歐巴馬的腦創新計畫定價翻了兩番。2013年年，白宮公布了一個名為BRAIN創新計畫的大膽項目--該項目旨在繪製活體人腦圖譜，並命令數個聯邦機構迅速制定方案以確保計畫實現。為了強力推動該項目實施，歐巴馬今年為該計畫撥款1億美元，覆蓋國立衛生研究院（NIH）、國家科學基金會和國防部先進研究項目局。

現在，在經歷了持續1年的會議和商談後，一個由NIH召集的工作小組對腦創新計畫的一些目標和願望進行了充實，並試圖對資金需求提出一個更現實的目標：為期10年的進程共需45億美元--大約是目前預算的4倍。

NIH院長Francis Collins在接受媒體採訪時表示，當前為腦創新計畫提供了4000萬美元的NIH尚未出爐合適的計畫，以解決從哪裡獲得新報告提出的額外經費的問題。

新報告還展示了10~12年的詳細計畫，每年將投入3億~5億美元開發用於監測和映射大腦活動和結構的新工具，該計畫將始於2016財年。這暗示，在最初的5~6年中，腦創新計畫將著重發展新工具，然後逐漸將資金向新技術方面傾斜。

該工作組組長、紐約洛克菲勒大學神經學家Cornelia Bargmann在近日舉行的新聞發布會上表示，一個重要的目標是製造更便宜、更可用的工具，以便研究人員可以不需要經過特殊培訓就能使用這些工具，因此，隨著時間的流逝，進行神經科學研究的全部成本將會降低。

資助計畫

2018年11月，美國國立衛生研究院宣布了“腦計畫”新一輪資助計畫——為200多個新研究項目提供超過2.2億美元的資助。