人脑研究计划的进展和扩充,神经生物学论文.docx

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1、人脑研究计划的进展和扩充,神经生物学论文随着人脑研究计划的进展和扩大,它开场像似一个大规模的社会实验活动,正在成为一个为社会关注的热门,遭到公众的密切关注。而主导BRAIN计划的NIH、NSF和DARPA一直相互保持沟通,然而,白宫迄今无意对它们之间的协调进行干涉。有科学家为此担忧,假如没有顶层规划, BRAIN这样庞大的计划是难以完成的。 自 2020 年 4 月 2 日美国总统奥巴马公布了人类大脑研究计划后,5 月的一个上午,弗吉尼亚州阿灵顿一家酒店的宴会厅坐满了神经学家、物理学家和工程师,他们就该计划的最终目的展开了讨论。10 月,奥巴马承诺,这项为期 10 年、投资 13 亿美元的 使

2、用先进神经技术的人脑研究(BRAIN)计划, 将开发一系列工具来推进针对大脑活动的研究,并最终导致人类在对大脑的理解上获得重大突破。 其意义之深远,可媲美当年的 阿波罗 登月计划。 然而,在 4 月 2 日的公布中,奥巴马并没有明确该计划中的一些关键细节、详细目的以及怎样实现。 5 月 6 日,美国科学基金会(NSF)和科维里基金会就此举行了一个专家研讨会,与会者纷纷提出各自的疑问和见解。研讨会组织者之一、美国哈fo医学院神经生物学家范 韦迪恩(Van Wedeen)坦承,尽管会议没有能获得一致意见,但参会者都担忧被神经科学 下一个大事件 排除在外,即便没有人知道下一步将会发生什么。 会议获得

3、的共鸣是,我们正在准备下一个飞跃, 韦迪恩讲道, 至于飞跃详细是指什么,发展方向是什么,当前仍在讨论之中。 BAM与BRAIN有人将人 BRAIN 描绘叙述为罗尔沙赫氏测验(即通过墨渍图案反响分析人的性格的实验), 其导致每个研究人员产生各自不同的希冀以及不确定感。 然而,随着人脑研究计划的进展和扩大,它开场像似一个大规模的社会实验,正在成为一个为社会关注的热门,遭到公众的密切关注。 事实上,在奥巴马提出 人脑计划 之前的 18个月,科维里基金会已经邀请了一批神经学家和纳米科学家,在英国奇切莱举行的一次会议上,制定了将来神经科学研究的远景规划,即记录下数千甚至数百万神经元的电脉冲活动。这是我们

4、理解大脑产生思想奥秘的唯一途径。纽约市哥伦比亚大学神经科学家拉斐尔 尤斯特(Rafael Yuste)讲道。 当前的技术只能记录单一神经元或小群神经元在某一时间内的活动, 这就像在电视上看着某一个像素而试图看明白电视节目一样。 为了更清楚地 看明白 大脑活动,科维里基金会提出了绘制大脑活动图谱(BAM)计划,即为研究人员提供研究小范围内的、简单生物体神经活动详图工具(果蝇),然后逐步向更大、更复杂哺乳动物系统转移(老鼠视网膜)。 据预测,在 15 年内,BAM能够同时记录下老鼠大脑皮层的所有活动,甚至灵长类动物的大脑活动,而人类大脑,将是 BAM 的下一个目的。 BAM 计划引起了白宫的关注,

5、幅的建议,提出并描绘叙述理解人类大脑最主要的一个障碍,每人有一分钟的时间提出自个的论点和论据。 我最关注的是怎样准确快速地重构大脑回路, 来自弗吉尼亚的神经学家阿尔伯特 卡多纳(Albert Cardona)讲道。 卡多纳力推通过改进的自动化技术绘制超精细的大脑解剖图;有些人呼吁应遵循 BAM 计划思路, 以史无前例的神经元数量记录大脑神经元活动; 一些人则推荐生物体为实验模型,强调海量数据的存储,以及理解这些信息的计算方式方法和理论方式方法的重要性。 与会者见仁见智,但对于项目的详细施行却没有能获得一致意见,甚至对于项目施行究竟是利用新的投资,还是从现有的研究经费中支出,也没人能够确定。 N

6、IH 的 BRAIN 参谋委员会成员、一个被称为 梦想团队 的 15 人小组负责人为纽约洛克菲勒大学的神经学家科妮莉亚 巴格曼 (CorneliaBargmann) 和加州斯坦福大学的威廉 纽森姆(William Newsome)的第一个任务是给出一个中期报告,即概述 NIH 为该计划制定的第一年的科学目的。 9 月该报告提交给 NIH 后,该团队开场制定一个从 2020 年 6 月开场施行的长期计划。 会议举行后不久,NSF 参谋委员会开场其第一个任务:召集四次系列研讨会,收集神经科学界的信息反应,其范围覆盖分子技术、大规模神经元活动录制技术、计算神经学和理论神经学以及人脑研究成果,由特邀嘉

7、宾发言。允许科学家畅所欲言是必要的,但神经科学领域内的很多人以为,演讲者和主题没有包括他们感兴趣的一些东西, 梦想团队 因而遭到了来自分子神经学、细胞神经学和发育神经学领域的科学家的一些批评。 让研究人员更为不安的是,没有人知道他们能否亲身介入到这个项目中。 6 月,DARPA 的杰弗里 林(Geoffrey Ling)表示,他的机构不会颁布任何关于 BRAIN 项目的计划;9 月,NSF 生物科学首席官约翰 温菲尔德(John Wingfield)表示,他们在等待NIH 的报告颁布后才会发布自个的计划 ,以避免重复。 NSF 用于神经科学研究的年度经费为 1.5 亿美元,而 NIH 则多达

8、55 亿美元。 投资与预期目的与此同时,几乎所有人都在担忧这些资金从何而来,国会显然不会将新的资金用于大脑计划的第一年。 少量新的融资应该来自 NIH 同意的 4 000 万美元和由院长支配的 1 000 万美元。 尽管 NIH 和NSF 都 称 ,该计划不会影响现有的项目 ,但缺乏新的专项基金意味着包括 DARPA 在内的三个机构,不得不将该项目与正在进行的一些其他项目绑定在一起,至少是一部分。 加州拉霍亚的索尔克生物研究所,华盛顿西雅图的艾伦脑科学研究所,马里兰州的霍华德-休斯医学研究所都表示 , 希望BRAIN 计划作为他们当前 正在进行的项目的后续研究项目。 9 月初,私人合作伙伴决定

9、自行其事(三个机构中的两个保持沉默);9 月 16 日,NIH 参谋委员会发布了中期报告。 令人研究人员惊讶的是,这份报告几乎包括了所有以神经电路为基础的神经科学,从对大脑中每一种类型的细胞分门别类、绘制所有这些细胞的神经连接图,到监控和操纵这些细胞的信号并加以模拟和仿真, 几乎每个人都有了用武之地。 NIH 院 长弗朗西斯 柯林斯 (Francis Collins)最终同意并认可了这份报告。 他讲: 研究领域日益向外扩展延伸,涵盖了更多的研究范围,这意味着预算无疑将远远超过 NIH 提供的一年 4 000 万美元的投入。 更为雄心勃勃的一些想法可能会对将来几年的投入产生影响。 尤斯特补充讲,

10、这不仅仅仅是几年的问题, 可能是需要 15 年时间和 30 亿美元来做的事情。 NIH 参谋委员会在制定 2020 年 6 月 交付的长期报告时,或将面临困难的选择。 由于,这需要将研究项目优先级划为短期、中期和长期目的,包括时间表设定、成本估算,以及具体讲明将来几年里可能获得的成果。 当前,他们已经为一些问题感到挠头,例如,究竟该优先考虑利用电子显微技术获得超精细大脑神经元解剖图项目? 还是优先考虑使用光学显微镜完成低分辨率大脑图谱项目? 固然 NIH、NSF 和 DARPA 一直对相互的计划保持沟通,然而,白宫迄今仍无意对它们之间的协调进行正式的干涉。 这就引起了类似尤斯特等研究人员的担忧

11、。 为此,他呼吁开创建立一个类似粒子加速器装置的 大脑观测台 ,提供一些技术含量高、代价昂贵且超出个人实验室维护能力的设施。 他告诫道,没有顶层规划,是难以完成 BRAIN 这样庞大的计划,最终可能被投资于个别机构的小额经费拖住后腿。 但是,包括巴格曼在内的其他一些人,反对将有限的资源投入单一集中的项目中。 如今不是去选择某个方式方法, 或者讲这个才是正确的做法。 相反,她希望能够支持并促使个人和一些研究团体产生更有创意的想法,看他们最终能走到哪一步。 NIH 参谋委员会希望 ,神经科学领域的研究人员应充分发挥他们的创新能力,于 11 月 11 日在加州圣地亚哥会议中心召开的神经科学学会年会上一起讨论并完善 NIH 的中期报告,共同推进对人类将来意义重大的 BRAIN 计划顺利施行。