脑科学计划

✍ dations ◷ 2025-08-24 14:10:55 #2013年美国建立,科学政治,神经影像,神经编码,政府研究,新兴技术

理解大脑的运作方式可以说是当今时代最大的科学挑战之一。

白宫的脑科学计划(英语: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,其目的在于支持创新技术的开发和应用,从而动态理解脑功能。

这项活动是一项重大挑战,目的在于彻底改变我们对人脑的理解 ,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打算协助研究人员揭开脑部疾病的神秘面纱,例如阿尔茨海默氏症、帕金森氏症、抑郁症和创伤性脑伤 (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。

“脑科学计划”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,该会议产生了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,该研讨会报告了像是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日关于神经科学大挑战的研讨会报告“从分子到思维:21世纪的挑战”;再加上多年来科学家和专业协会的研究报告,还有国会对此议题的兴趣。

一项重要的活动是“大脑活动图谱计划”。 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、微软和高通的代表,都讨论了实现这项政府主导计划的可能性。

其他影响还包括: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“义肢革新计划”(Revolutionizing Prosthetics),并曾于2009年4月的60分钟节目中播出

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等人提出了各种特定实验技术,可以用来实现所谓“功能连接组”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类和人类中进行。 他们拟议发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电路 ,或是基于合成生物学而非微电子技术。 其中有个方法建议,酶促使产生的DNA可作为神经元活动的“滴定磁带记录” ,这是基于钙离子所诱导的DNA聚合酶编码错误 ,其数据将透过大规模计算进行分析和建模。 另一项相关技术则建议,使用高通量DNA测序技术来快速绘制神经连通性的图谱。

工作组在2014年提出的时间轴是:

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两个方面之间的空白,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纪录水平进行测量。 然而,心理学家埃德·沃尔(Ed Vul)对此表示担忧,他认为这项计划将会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)则认为,纳米技术的方法已经变得足够成熟,到了可以绘制大脑活动图谱的合适时机。 神经科学家RodolfoLlinás在第一次洛克菲勒会议上宣布:“这里所发生的一切是伟大的,我从未见过神经科学领域在一个如此光荣的目标下如此团结。”

这个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。 现在可用的高分辨率脑活动监测器大多是有限度地使用,这是因为必须打开颅骨,以外科方式将监测器植入。该计划与过去政府主导的大规模研究工作有着相似之处,包括人类基因组图谱、登月航行和原子弹计划。

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