推进创新神经技术脑研究计划
2013年4月2日由奥巴马政府公布的大脑疾病的疗法
“推进创新神经技术脑研究计划”,简称“脑计划”,于2013年4月2日由奥巴马政府公布,该计划旨在探索人类大脑工作机制、绘制脑活动全图,并最终开发出针对大脑疾病的疗法。
计划介绍
“推进创新神经技术脑研究计划”,简称“脑计划”,其启动资金达1亿多美元,分别由美国国家卫生研究院、国防部高级研究项目局、国家科学基金会提供。美国国家卫生研究院将成立由洛克菲勒大学教授巴格曼、斯坦福大学教授纽瑟姆担任联合主席的高层级工作组,确定计划的详细科研目标,制订计划的时间表、重要节点,评估成本以及开展相关伦理研究。
除联邦机构外,霍华德·休斯医学研究所、艾伦脑科学研究所、索尔克生物研究所等私营、民间机构及个人也将参与该计划。
科学家们将一道推进对人类大脑近千亿神经元的理解,加深对感知、行为和意识的研究。该计划将有助于加深阿尔茨海默氏症、帕金森氏症等疾病的理解,并最终找到一系列神经疾病的新疗法。这一计划也有望为人工智能领域的进展铺平道路。
计划由来
2011年9月,科维理基金会、艾伦脑科学研究所和盖茨基金会共同赞助了一个在英国召开的会议,主持个人基因组项目的是哈佛大学分子遗传学家乔治·丘奇哥伦比亚大学神经科学家拉斐尔·尤斯特。他们提议通过广泛、协调一致的努力来开发一项新技术,用于追踪人类大脑的功能连接活动,最终达到可以测量单个神经元活动的水平。
这项提议引起轩然大波。尽管一些与会者持怀疑态度,但提议引发了足够的热情,从而形成了一本白皮书。科维理基金会科学项目副主席全美英(音)等人于2011年12月与美国国家卫生研究院、国防部高级研究项目局、白宫科技政策办公室等举行一系列会议推广这一计划。
2012年1月,推进该计划的良好势头在加利福尼亚州召开的第6届科维理未来研讨会上得以延续。接着,一篇发表在《神经》杂志的论文充实了计划的研究目标和细节,并说明主要集中于动物研究。2012年7月,随着白宫科技政策办公室提出该计划要像人类基因组计划那样在科技领域具有重大挑战性的要求,全美英以及其他《神经》杂志论文的合著者与联邦机构的官员一道,对提议进行了修改,使该项目更多地关注对于人类的适用性。
发展历程
2013年4月2日,奥巴马政府公布“推进创新神经技术脑研究计划”,该计划旨在探索人类大脑工作机制、绘制脑活动全图,并最终开发出针对大脑疾病的疗法。
2013年9月,美国国家卫生研究院宣布了2014财年将重点资助的9个大脑研究领域。这是美国相关政府科研机构首次公布“脑计划”的具体研究和实施细节。
2022年9月,美国“脑计划”项目将绘制最全人脑细胞图谱。
研究目标
“我们在人类基因组绘图中每投入1美元,就会给我们的经济带来140美元的回报,”奥巴马说,“今天,我们的科学家为大脑绘图,以揭开阿尔茨海默氏症的答案。他们正开发能修复受损器官的药物,设计可以将电池效能提高10倍的新材料。此时不能在科学和创新领域破坏这些能创造就业的投资。”
人类基因组计划启动于1990年,其目标是绘制人类基因组图谱。在2003年4月提前完成时,这项计划共耗资38亿美元。
工程区别
美国的“推进创新神经技术脑研究计划”与欧盟的人脑工程有很大不同,后者提出在巨型计算机上对人脑建模,而建模所需的数据可以来自美国“脑计划”,两者可以互为补充。
人脑工程提供的是一种对人脑的计算机模拟。而“脑计划”则主要针对于模型生物大脑神经回路的实验性测量。
研究现状
从事“推进创新神经技术脑研究计划”的科学家不了解任何一个单个机体的大脑工作机制,就连只有302个神经元的小虫,也没法了解它的神经体系。尽管人类对单个神经元有了不少了解,但对于小神经元网络工作机制知之甚少。而在细胞解析层面,对于大脑结构的工作机制基本一无所知。
我们已经可以通过功能磁共振成像(fMRI)等方法在低分辨度情况下记录大脑。依据需测量的内容,我们通常可以同时记录十几个神经元,最多的时候可以记录1200个。
具体实施
研发重点
推进创新神经技术脑研究计划首先是一种新技术,然后会变为对复杂多维的大脑活动的记录。此后,这项计划将对涉及对此前研究结果的建模。届时,将尝试在前人从未达到的大脑研究层面分析这些数据。
尽管推进创新神经技术脑研究计划的详细方案尚不明晰,但可以肯定的是,“计划”的核心内容是新技术的发展、应用,可以记录来自大量大脑细胞的数据。而这些是了解大脑工作机制的基本信息。
研发新技术和新工具是这项计划的重点。一个趋势是都认识到需要研发新的工具。在过去10年内,神经科学研发出了很多新工具。
技术方法
推进创新神经技术脑研究计划应用的技术方法可能通过光学方法获取多种成像类型的大量数据,但也可能会运用纳米技术的构想。当然也可能会包括电子探针技术、光学探针技术,光遗传学、功能化纳米粒子技术、合成生物学技术等。
通常来说,成像技术和电子物理学技术是记录神经元信息的两种途径,两种途径各有优劣。
推进创新神经技术脑研究计划高层级工作组联系主席说,由于新的光学成像工具和平行电极阵列等工具以及其他新工具的研发,让我们具备做更多事情的潜能。此外,fMRI是一个关键的工具,这是一个有关规模和分辨率的问题。
国际合作
全球合作对于这一项目非常重要。中国在纳米科学研究领域的成就非常突出。科学家们希望向全世界开放数据,建立一个向全球开放的数据库。由数学和计算机科学领域的科研人员帮助进行数据管理。就像基因工程一样,我们需要组织、储存和注释数据的方法和途径。事实上,在计划开始阶段,我们已开始在各地研究机构和社群中开展合作。“推进创新神经技术脑研究计划”也有很多中国科学家参与。
研究进展
计划方案
这项计划首先是一种新技术,然后会变为对复杂多维的大脑活动的记录。此后,这项计划将涉及对此前研究结果的建模。届时,将尝试在前人从未达到的大脑研究层面分析这些数据。
尽管关于推进创新神经技术脑研究计划的详细方案尚不明晰,但可以肯定的是,“脑计划”的核心内容是新技术的发展、应用,这让我们可以记录来自大量大脑细胞的数据。而这些是了解大脑工作机制的基本信息。
专家认为,尚不知道这个问题的确切答案,如何开展这项计划,还没有统一的意见。其中,研发新技术和新工具是这项计划的重点。一个趋势是我们都认识到需要研发新的工具。在过去10年内,神经科学研发出了很多新工具。
公布细节
2013年9月,美国国家卫生研究院宣布,在2014财年将重点资助9个大脑研究领域。这是2013年4月美国总统奥巴马推出人脑研究计划后,相关政府科研机构首次公布具体研究与实施细节。
美国国家卫生研究院发表声明说,“推进创新神经技术脑研究计划”(简称“脑计划”)公布后,国家卫生研究院随即成立“脑计划”工作组,首要任务是为2014年10月1日开始的2014财年制定重点资助的大脑研究领域。
“脑计划”工作组提出了9个资助领域,全部获得国家卫生研究院院长弗朗西斯·柯林斯批准,这些领域包括:统计大脑细胞类型;建立大脑结构图;开发大规模神经网络记录技术;开发操作神经回路的工具;了解神经细胞与个体行为之间的联系;把神经科学实验与理论、模型、统计学等整合;描述人类大脑成像技术的机制;为科学研究建立收集人类数据的机制;知识传播与培训。
美国国家卫生研究院说,在接下来的八九个月时间里,“脑计划”工作组还将制定长期脑科学研究计划,预计相关方案将于2014年6月提交。
预算金额
美国脑计划经费突破45亿美元
2014年6月,美国总统巴拉克·奥巴马的脑创新计划定价翻了两番。2013年年,白宫公布了一个名为BRAIN创新计划的大胆项目--该项目旨在绘制活体人脑图谱,并命令数个联邦机构迅速制定方案以确保计划实现。为了强力推动该项目实施,奥巴马今年为该计划拨款1亿美元,覆盖国立卫生研究院(NIH)、国家科学基金会和国防部先进研究项目局。
现在,在经历了持续1年的会议和商谈后,一个由NIH召集的工作小组对脑创新计划的一些目标和愿望进行了充实,并试图对资金需求提出一个更现实的目标:为期10年的进程共需45亿美元--大约是目前预算的4倍。
NIH院长Francis Collins在接受媒体采访时表示,当前为脑创新计划提供了4000万美元的NIH尚未出炉合适的计划,以解决从哪里获得新报告提出的额外经费的问题。
新报告还展示了10~12年的详细计划,每年将投入3亿~5亿美元开发用于监测和映射大脑活动和结构的新工具,该计划将始于2016财年。这暗示,在最初的5~6年中,脑创新计划将着重发展新工具,然后逐渐将资金向新技术方面倾斜。
该工作组组长、纽约洛克菲勒大学神经学家Cornelia Bargmann在近日举行的新闻发布会上表示,一个重要的目标是制造更便宜、更可用的工具,以便研究人员可以不需要经过特殊培训就能使用这些工具,因此,随着时间的流逝,进行神经科学研究的全部成本将会降低。
资助计划
2018年11月,美国国立卫生研究院宣布了“脑计划”新一轮资助计划——为200多个新研究项目提供超过2.2亿美元的资助。
最新修订时间:2022-09-27 09:44
目录
概述
计划介绍
参考资料