首页>>世界之窗>>世界科技

透视美国“脑计划”

在2013年初的国情咨文中谈及为人脑绘图时,美国总统奥巴马说,“现在是太空竞赛以来,美国的研发水平达到新高度的时候了”。一语道破美国出台“脑计划”的深层次动机——抢占脑科学研究的战略制高点。

无独有偶,欧盟委员会2013年初也宣布,石墨烯和人脑工程两大科技入选“未来新兴旗舰技术项目”,并分别设立专项研发计划,每项计划将在未来10年内分别获得10亿欧元的经费。由此可见在脑科学领域的角逐不可谓不激烈!

对人类健康而言,人脑的复杂程度、发挥的作用是其他任何器官无法比拟的,它对各年龄层次的人都至关重要。理解人脑的运行机制不但有助于帕金森氏症、阿尔茨海默氏症等脑部疾病的诊断和治疗,同时还可揭示人脑的高能效、高可靠性之谜,对人工智能研发具有重大作用,有助于破译人机界面智能化的世纪难题,开发全新的信息处理系统。

鉴于此,脑科学蓬勃发展,成为近20年来发展最快的学科之一,已有10多位从事脑科学研究的科学家在此期间获得诺贝尔奖。脑科研在发达国家已成为科学研究“皇冠上的明珠”,美国国会曾将20世纪的最后10年命名为“脑的10年”,日本也曾制定“脑科学时代”计划,德国、英国、瑞士等也都制定了本国的神经科学研究计划。

美国白宫2013年4月2日正式公布一项被认为可与人类基因组计划相媲美的脑科学研究计划,以探索人类大脑工作机制、绘制脑活动全图,最终开发出针对目前仍无法治愈的大脑疾病的疗法。这项计划将通过公私合作的方式完成,其潜在影响力深远。

过去10年中,科学家已经在脑科学领域取得了一系列里程碑式发现,为我们提供了揭示大脑奥秘的机会。这些发现包括人类基因组测序、研发出为神经连接绘图的新工具、提高了造影技术的分辨率等。

这些突破为科学领域前所未有的协作和发现铺平了道路。例如,通过遗传和光学技术,科学家目前能够利用光脉冲确认大脑中具体的细胞活动如何影响行为;通过整合神经科学和物理学,研究人员能够利用高分辨率造影技术观测大脑如何在架构和功能上连接。

技术创新显著拓展了人类有关大脑的知识,也帮助我们在理解神经和精神疾病方面取得显著进展。不过,这些疾病的治愈需要新一代技术帮助研究人员以更大数量、更快速度记录脑细胞的信号,尽管目前还无法实现,但“脑计划”无疑提供了实现的可能。

在宣布启动“脑计划”的声明中,白宫强调了其深远影响——“脑计划”将加速新技术的开发和应用,促使研究者绘制能展示单个神经元和复杂神经回路如何以思维速度交互的大脑动态图。这些技术将打开探索大脑如何记录、处理、适用、存储以及找回巨量信息的大门,加深对大脑功能和行为复杂连接的理解。

奥巴马也表示,“脑计划”将促进就业,具有改善全球数十亿人生活的潜力。哥伦比亚大学神经科学家拉斐尔尤斯特接受本报记者采访时表示,这项计划有助于推进科学进展,促使人类更好地理解和治疗脑疾病,同时获得经济增长的新潜能。

计划缘起

人类脑计划包括神经科学和信息科学这当今自然科学两大热点的相互结合研究,其目标是利用现代化信息工具,将大量、不同层次的有关脑的研究数据分析、处理、整合与建模,建立神经信息学数据库和有关神经系统所有数据的全球知识管理系统,以便从分子水平到整体系统水平研究、认识、保护、开发大脑。美国在这方面处于领先地位。

曼哈顿计划、阿波罗登月计划和人类基因组计划是划时代的三大科学工程,它们给整个人类社会带来了深远的影响。人类基因组计划是生物实验结果和信息学的完美结合,人类基因库将为人类健康、疾病诊断、药物开发、生态平衡和生物学研究作出不可估量的贡献。许多科学家认为,在人类基因组计划之后应该是人类蛋白质组计划和人类脑计划。

人类脑计划包括神经科学和信息学相互结合的研究,其核心内容是神经信息学。脑科学和信息学是当今国际科学研究的两大热点,神经信息学是这两大学科相结合的新兴的边缘学科。

其目标是利用现代化信息工具,使神经科学家和信息学家能够将脑的结构和功能研究结果联系起来,建立神经信息学数据库和有关神经系统所有数据的全球知识管理系统,将不同层次有关脑的研究数据进行检索、比较、分析、整合、建模和仿真,绘制出脑功能、结构和神经网络图谱,从而解决目前神经科学所面临的海量数据问题,从基因到行为各个水平加深人类对大脑的理解,达到“认识脑、保护脑和创造脑”的目标。

人脑的复杂性远远超出了我们目前的认识能力,传统的细胞生物学等的实验室研究对于解决人脑对复杂信息的获取、处理与加工及高级认知功能的机制,犹如只见树木不见森林。

神经信息学工具和数据库的应用,使得我们可能从有限的实验数据中找出神经信息获取、处理和整合的规律和法则,提出在各种刺激条件下,脑内信息加工的数学模型的实验假设和用计算机模拟脑内神经信息网络。可以说,人类脑计划近20年的发展历程处处与神经信息学紧密相连。

1997年人类脑计划在美国正式启动,美国20多家著名的大学和研究所参加了这个研究计划。50多位神经信息学的课题负责人得到该项目的基金资助。他们充分利用神经科学和信息科学的优势条件进行研究,相互间建立合作关系,利用电子网络互通信息,运用数据库进行资源共享。

1996年在巴黎的政府间实体———经济合作发展组织(oecd)的科学论坛批准建立以美国为领头国家的神经信息学工作组,参与国包括美国、英国、德国、法国、瑞典、挪威、瑞士、澳大利亚、日本等19个国家,欧洲委员会也作为正式成员参加。其目的是组织和协调全世界神经科学和信息学家共同研究脑、开发脑、保护脑和创造脑。

根据规定,成员国之间可利用电子网络寻求研究协作伙伴,进行数据交换和科研协作,可以免费使用通用神经信息学数据库和信息工具,承担科研任务,同享科研成果和脑研究资源。

美国国立精神卫生研究院副主任,美国国立卫生研究院神经信息学部主任——考斯陆博士是全球人类脑计划的负责人。考斯陆博士是一名神经药理学家,他在神经科学、心理学和药理学等领域出版了多本著作,发表了100多篇科研论文,还得到了十几个不同的荣誉和奖章。

考斯陆博士创建 n ih第一个神经科学项目,并出任 n imh基础与临床神经科学部主任。几年前他又创建了著名的人类脑计划并出任 n ih该机构主任,该机构目前已资助数千万美元专项科研经费用于人类脑计划和神经信息学的研究。美国的几个著名大学,如哈佛大学、耶鲁大学、加州大学、康乃尔大学等都承担了人类脑计划的研究课题。

没有一个国家能独立完成“人类脑计划”这项巨大的工程,它需要像人类基因组计划那样开展国际间的大规模协作。目前,国际性的神经信息合作组织已在全球召开了4次工作会议,共同策划“全球性人类脑计划和神经信息学”。

具体已提出几项重大建议:创建全球性的神经信息学电子网络,开发先进的神经信息学工具、方法和数据库,通过数据资源共享和建模仿真来了解神经系统的结构和功能,推动科学进步。

特别声明:本文仅代表作者个人观点。其原创性以及文中表达的观点和判断不代表本网站。本网站对文中内容的真实性和完整性不作任何保证或承诺,仅供读者参考交流。【世界商贸网】