腦科學計畫

理解大腦的運作方式可以說是當今時代最大的科學挑戰之一。 “ ” –Alivisatos 等人. 腦科學计划（BRAIN Initiative），是由奥巴马政府于2013年4月2日宣布的一项合作性、公私合营的研究计划，其目的在於支持創新技術的開發和應用，從而對腦功能有動態的理解。 這項活動是重大挑戰，目的在於徹底改變我們對人腦的理解 ，由白宫科学技术政策办公室（OSTP）发起 ，是白宫神经科学计划的一部分。 受人类基因组计划启发，BRAIN打算協助研究人员揭開脑部疾病的神祕面紗，例如阿尔茨海默氏症、帕金森氏症、抑郁症和創傷性腦傷 （TBI）。 BRAIN的参与者及该计划的成员包括DARPA和IARPA，以及众多美国、澳大利亚、加拿大和丹麦的私人公司、大学和其他组织。 “腦科學计划”受到了许多因素影响，这些影响可以追溯到十年前，包括：在美国国立卫生研究院(NIH)的计划会议，该会议產生了NIH的神经科学研究蓝图； 在国家科学基金会（NSF）举办的关于认知 、神经科学和融合科学的研讨会，該研讨会报告了像是2006年的「思维和大脑的巨大挑战」； 国家研究委员会和医学研究所神经科学与神经系统疾病论坛的报告，像是在2008年6月25日关于神經科學大挑戰的研討會報告「从分子到思维：21世纪的挑战」；再加上多年來科學家和專業協會的研究報告，還有國會對此議題的興趣。 一项重要的活动是「大脑活动图譜计划」。 2011年9月，卡夫里基金会（Kavli Foundation）的分子生物学家Miyoung Chun，于伦敦组织了一次会议，科学家首次提出了这一计划的想法。 在随后的会议上，来自美国政府实验室的科学家，包括科学技术政策办公室成员，霍华德·休斯医学研究所和艾伦脑科学研究所的科学家，以及Google、微軟和高通的代表，都讨论了实现這項政府主導计划的可能性。 其他影响還包括：由NSF生物科学的助理主任James L. Olds领导的跨学科「心智的十年」计划， 以及在DARPA由杰弗里·灵 （ Geoffrey Ling）领导的「義肢革新计划」(Revolutionizing Prosthetics)，並曾於2009年4月的60分钟節目中播出 新闻报道称，这项研究将绘制老鼠和其他动物神经元活动的动态图，最终绘制出人脑中数百亿神经元的图谱。 在2012年的科学评论中，概述了一个更受限项目的实验计划，Alivisatos等人提出了各種特定實驗技術，可以用來實現所謂「功能连接組」以及过程中必须开发的新技术。 他们指出，由于秀丽隐杆线虫的神经回路相对简单，因此可能先对其进行研究，然后对果蝇进行研究。中期研究可以在斑马鱼 ， 老鼠和小臭鼩中进行，而研究最终将在灵长類和人类中进行。 他们擬議發展可以用作电压传感器 （可检测单个动作电位）的纳米颗粒，以及可用作电生理多电极阵列的纳米探针。特别是，他们提倡使用无线、非侵入性的神经元活动检测方法，或利用微电子超大规模集成電路 ，或是基于合成生物学而非微电子技术。 其中有個方法建議，酶促使产生的DNA可作為神经元活动的“滴定磁帶記錄” ，這是基于钙离子所诱导的DNA聚合酶编码错误 ，其数据将透過大规模计算进行分析和建模。 另一项相关技术則建議，使用高通量DNA测序技术來快速绘制神经连通性的图谱。 工作组在2014年提出的時間軸是： 2016–2020：技术开发和验证 2020年至2025年：以整合的方式应用这些技术，以取得有关大脑的基础性新发现 科学家们对该计划提出了不同的看法。 神经科学家John Donoghue表示，该项目将填补神经科学研究在兩個方面之間的空白，一方面是使用fMRI等方法在大脑区域水平进行活动测量，另一方面是在单细胞紀錄水平进行测量。 然而，心理学家埃德·沃尔（Ed Vul）對此表示擔憂，他認為這項計劃將會分散个人研究者的研究资金。 神经科学家唐纳德·斯坦因（Donald Stein）表示担心，在确切知道要测量的内容之前，先将钱花在技术方法上是错误的。 相反，物理学家迈克尔·鲁克斯 （ Michael Roukes）則認為，纳米技术的方法已经变得足够成熟，到了可以繪製大脑活动图譜的合适时机。 神经科学家RodolfoLlinás在第一次洛克菲勒会议上宣布：“這裡所發生的一切是偉大的，我從未見過神經科學領域在一個如此光榮的目標下如此團結。” 这個项目面临巨大的后勤挑战。 神经科学家估计，该项目每年将产生300EB的数据，这是一个重大的技术障碍。 現在可用的高分辨率脑活动监测器大多是有限度地使用，這是因为必须打开颅骨，以外科方式将监测器植入。该计划與过去政府主导的大规模研究工作有著相似之處，包括人类基因组图譜、登月航行和原子弹计划。 艾伦大脑图集 蓝脑计划 BrainMaps 脑图基础 脑/ MINDS 中国脑计划 大脑十年 心灵十年 G20世界脑图谱与治疗科学峰会 人类連接組计划 按神经元数量列出的动物 神经科学数据库列表 人脑测绘组织 脑图概述 人脑概述 脑图谱和治疗学会 SpiNNaker 人腦計畫 Alivisatos, A. Paul; Chun, Miyoung; Church, George M.; Greenspan, Ralph J.; Roukes, Michael L.; Yuste, Rafael. The Brain Activity Map Project and the Challenge of Functional Connectomics (PDF). Neuron. June 2012, 74 (6): 970–974 [February 22, 2013]. PMC 3597383 . PMID 22726828. doi:10.1016/j.neuron.2012.06.006. （原始内容存档 (PDF)于2013-02-28）.  Markoff, John. Obama Seeking to Boost Study of Human Brain. New York Times. February 18, 2013 [February 18, 2013]. （原始内容存档于2022-02-17）.  Szalavitz, Maia. Brain Map: President Obama Proposes First Detailed Guide of Human Brain Function. Time. February 19, 2013 [February 19, 2013]. （原始内容存档于2020-12-04）.  Markoff, John; Gorman, James. Obama to unveil initiative to map the human brain. New York Times. April 2, 2013 [April 2, 2013]. （原始内容存档于2021-05-02）.  Fox, Maggie. White House pitches brain mapping project. NBC News. April 2, 2013 [April 2, 2013]. （原始内容存档于2020-08-04）.  Fact Sheet: BRAIN Initiative. White House Office of the Press Secretary. April 2, 2013 [April 2, 2013]. （原始内容存档于2015-07-11）.  White House Neuroscience Initiative. whitehouse.gov. US Government. [7 May 2015]. （原始内容存档于2016-12-11）.  Participants. The BRAIN Initiative. [2019-09-29]. （原始内容存档于2021-11-12）.  NIH Blueprint for Neuroscience Research. nih.gov. National Institutes of Health. [7 May 2015]. （原始内容存档于2022-02-17）.  NSF Report on Grand Challenges of Mind and Brain. NSF publication. NSF. [9 May 2015]. （原始内容存档于2020-09-20）.  Workshop on Grand Challenges in Neuroscience. Institute of Medicine. National Academies of Science. [9 May 2015]. （原始内容存档于21 February 2011）.  Johnson, Carolyn. Local Scientists on Brain Mapping Dream Team Reflect on Challenges, Opportunity. Boston Globe. April 5, 2013 [April 11, 2013]. （原始内容存档于2016-08-17）.  Olds, James L. For an International Decade of the Mind. The Malaysian Journal of Medical Studies. Apr–Jun 2011, 18 (2): 1–2. PMC 3216206 . PMID 22135580.  NSF Selects James Olds to head Biological Science Directorate. NSF.gov. NSF. [9 May 2015]. （原始内容存档于2021-03-21）.  The Pentagon's Bionic Arm. cbsnews.com. CBS News. [9 May 2015]. （原始内容存档于2020-11-24）.  BRAIN Grand Challenges Conference. IEEE EMBS. IEEE. [9 May 2015]. （原始内容存档于2015-12-03）.  Human brains average 86 billion neurons by a recent estimate. Source: How many neurons make a human brain? Billions fewer than we thought （页面存档备份，存于互联网档案馆）. Notes & Theories. The Guardian. Feb 28, 2012. Zamft, Bradley Michael; Marblestone, Adam H.; Kording, Konrad; Schmidt, Daniel; Martin-Alarcon, Daniel; Tyo, Keith; Boyden, Edward S.; Church, George. Measuring Cation Dependent DNA Polymerase Fidelity Landscapes by Deep Sequencing. PLOS ONE. August 2012, 7 (8): e43876 [February 27, 2013]. PMC 3425509 . PMID 22928047. doi:10.1371/journal.pone.0043876. （原始内容存档于2014-11-15）.  Kording, Konrad. Of Toasters and Molecular Ticker Tapes. PLOS Computational Biology. December 2011, 7 (12): e1002291 [February 27, 2013]. PMC 3248391 . doi:10.1371/journal.pcbi.1002291. （原始内容存档于2015-01-02）.  Zador, Anthony M.; Dubnau, Joshua; Oyibo, Hassana K.; Zhan, Huiqing; Cao, Gang; Peikon, Ian D. Sequencing the Connectome. PLoS Biology. 2012, 10 (10): e1001411. PMC 3479097 . PMID 23109909. doi:10.1371/journal.pbio.1001411.  NIH embraces bold, 12-year scientific vision for BRAIN Initiative. National Institutes of Health (NIH). 16 July 2015 [2019-09-29]. （原始内容存档于2021-10-13）.  WadmanSep. 20, Meredith. Big dreams emerge for big brain science projects. Science | AAAS. 2016-09-20 [2019-05-22]. （原始内容存档于2021-01-20） （英语）.  Markoff, John. Connecting the Neural Dots. New York Times. February 26, 2013 [February 27, 2013]. （原始内容存档于2021-05-06）.  doi:10.1038/s41592-018-0210-0 "The impact of the NIH BRAIN Initiitve", Nature Methods editorial, November 2018. 官方网站