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美國“腦計劃”新項目新成果頻現(xiàn)

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美國“腦計劃”新項目新成果頻現(xiàn)

編者按

腦科學(xué)以闡明腦和神經(jīng)系統(tǒng)的工作原理和機(jī)制為目標(biāo),被認(rèn)為是自然科學(xué)的“最后疆域”。近年來,隨著人工智能技術(shù)取得突破性進(jìn)展,腦科學(xué)的巨大潛力再次受到各國政府和科學(xué)界的高度重視。科技日報國際部即日起將刊發(fā)一組文章,介紹美歐和我國的“腦計劃”進(jìn)展情況。

3年前,美國總統(tǒng)奧巴馬公布“推進(jìn)創(chuàng)新神經(jīng)技術(shù)腦研究計劃”(簡稱“腦計劃”)時雄心勃勃,在政策和資金上的支持力度可謂巨大,如今,這項舉世矚目的研究項目取得了什么樣的成果?由于該計劃的具體事務(wù)由多個機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé),各自研發(fā)的側(cè)重點也各有不同,以致我們難以一窺全豹,但從幾個主要參與機(jī)構(gòu)的研究情況看,我們可以得出這樣的結(jié)論:“腦計劃”在多個領(lǐng)域的進(jìn)展,讓我們有理由相信,人類大腦之謎終會被揭開。

聯(lián)邦部門主導(dǎo) 新項目新成果頻現(xiàn)

美國國家衛(wèi)生研究院(NIH)可算是“腦計劃”項目中最重要的聯(lián)邦機(jī)構(gòu),其下屬的10余個研究機(jī)構(gòu)參與了該計劃。2013年9月,NIH“腦計劃”工作組提出了2014財年的9個資助領(lǐng)域,包括:統(tǒng)計大腦細(xì)胞類型,創(chuàng)建大腦結(jié)構(gòu)圖譜,開發(fā)大規(guī)模神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)記錄技術(shù),開發(fā)操作神經(jīng)回路的合適工具,了解神經(jīng)細(xì)胞與個體行為間的聯(lián)系,整合理論、模型、統(tǒng)計數(shù)據(jù)以及計算能力以運(yùn)用于神經(jīng)科學(xué)實驗,描述人類大腦成像技術(shù)機(jī)制,建立科研用人類數(shù)據(jù)收集機(jī)制以及進(jìn)行大腦相關(guān)知識傳播與培訓(xùn),從而正式啟動了其“腦計劃”研究步伐。而在2016財年,NIH向“腦計劃”項目的投資高達(dá)1.35億美元。

高投資獲得高回報。3年來,NIH取得的成果頗豐:2014年4月,NIH與北卡羅來納大學(xué)醫(yī)學(xué)院合作,找到一種通過控制實驗動物大腦神經(jīng)回路、較準(zhǔn)確操控其行為的方式,這一成果被美國媒體稱為 “腦計劃”啟動以來第一個重要成就;今年5月,NIH研究人員與馬里蘭大學(xué)等機(jī)構(gòu)研究人員合作,針對小鼠研究發(fā)現(xiàn),氯胺酮(一種精神類藥物)的抗抑郁效果源于服用后產(chǎn)生的一種代謝物,而這種代謝物不僅可快速抗抑郁,還不會產(chǎn)生麻醉或成癮等副作用;而就在最近,圣路易斯華盛頓大學(xué)研究人員繪制出了迄今最全面、最精確的人類大腦圖譜,其中97個人類大腦皮層區(qū)域?qū)儆谑状喂迹@也是NIH資助項目的最新成果。

參與“腦計劃”的聯(lián)邦政府部門除了NIH外,還有美國國家科學(xué)基金會(NSF)、國防部高級研究計劃局(DARPA)、美國食品與藥品管理局(FDA)、美國情報高級研究計劃署(IARPA)等機(jī)構(gòu)。這些機(jī)構(gòu)都設(shè)置了相應(yīng)的研究項目,配合“腦計劃”的執(zhí)行。如NSF2016年計劃對“腦計劃”項目投入7200萬美元。NSF今年2月提出,要加強(qiáng)神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域研究基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),將設(shè)立“國家大腦觀測站”。最近,NSF還推出了“下一代神經(jīng)科學(xué)網(wǎng)絡(luò)(NeuroNex)”項目,旨在加強(qiáng)對神經(jīng)科學(xué)和認(rèn)知科學(xué)的理解。

非聯(lián)邦部門跟進(jìn) 你方唱罷我登場

如果說聯(lián)邦政府機(jī)構(gòu)是“腦計劃”的引領(lǐng)者,基金會、研究院以及各大學(xué)校等研究機(jī)構(gòu)則是這一計劃的最重要執(zhí)行力量。目前,“腦計劃”的合作伙伴中有5家基金會、兩家研究所、7所大學(xué)和10余家企業(yè)。他們在腦科學(xué)領(lǐng)域的研發(fā)實力屬于世界頂尖行列,在近兩年的研究中也取得了許多成果。

作為“腦計劃”的重要推動者之一,科維理基金會在“腦計劃”中的作用不容小覷。該基金會在美國多個大學(xué)設(shè)立的腦科學(xué)研究所都具有很強(qiáng)的實力,近兩年在“腦計劃”框架下不斷取得新的研究成果,頗受矚目。而2015年10月,該基金會宣布,將投入超過1億美元,組建3個新的腦科學(xué)研究所,進(jìn)行相關(guān)腦科學(xué)研究,這無疑將極大推動“腦計劃”的進(jìn)展。

腦計劃的另一個重要推動者——艾倫腦科學(xué)研究所亦不甘人后。今年早些時候,該所創(chuàng)建了細(xì)胞類型數(shù)據(jù)庫,收錄240種細(xì)胞的位點、形狀、電信號等數(shù)據(jù),并有詳細(xì)的三維結(jié)構(gòu)圖。這一數(shù)據(jù)庫將不斷擴(kuò)展,向?qū)崿F(xiàn)“統(tǒng)計大腦細(xì)胞類型”這一目標(biāo)邁進(jìn)。7月,艾倫腦科學(xué)研究所正式推出“艾倫大腦觀測站”,公布了該所關(guān)于小鼠視覺皮層神經(jīng)活動研究的數(shù)據(jù)集,供公開研究利用,這將有助于科學(xué)家理解人類大腦并為其建立模型。

其他研究機(jī)構(gòu),如霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究院、卡內(nèi)基梅隆大學(xué)等,也在近兩年的腦科學(xué)研究中取得多項進(jìn)展。

計劃難度超高 但難阻科研步伐

“腦計劃”雄心勃勃。奧巴馬當(dāng)初豪言在耳:“希望和人類基因組計劃一樣,通過10年努力繪制出完整的人腦活動圖。”但比起人類基因組計劃,“腦計劃”任務(wù)的難度更大。近千億個神經(jīng)元、復(fù)雜無比的連接組、神秘的智力之謎,人類對大腦的探索可以說才剛剛起步。

但正所謂“不積跬步,無以至千里;不積小流,無以成江海”。在探索人類大腦之謎的進(jìn)程中,每一個相關(guān)項目、每一項研究成果,都是漫長探索之路的鋪路石,一步一步指向終點。

(科技日報華盛頓8月14日電)

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