美国脑计划迭代至2.0版本，中国脑计划刚启动，有无后发优势？

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作者：生物世界

导读：春节期间，中国脑计划的话题又被热议。早在2015年，编者就在深圳的一个会上听到蒲慕明院士讲中国脑计划即将上线，6年过去了，当南北方先后成立脑中心，国家层面的脑计划仍未启动。 就在很多人认为中国脑计划无疾而终时，2021年9月16日，科技部网站正式发布科技创新2030“脑科学与类脑研究”重大项目，首批资金为30亿，后续资金规模可达数百亿。 但有关这个重大科学计划的实施，通过今年春节期间不同学者对这个话题的争论，未来国内脑计划是否进展顺利仍留有疑问。（PS：编者希望进展顺利，这于民于己都有利。） 不过很显然的一点是，随着国内人口老龄化的加剧以及中国脑科学原本比较薄弱的现状，加强脑科学研究是毋庸置疑的。 反观国际，8-9年就启动了脑计划，从美国、欧洲再到日本，这些大科学计划是否都成功了，它们对我国实施脑计划有何帮助和借鉴？值得一提的是，美国脑计划2021年已迭代2.0版本了，开始着手将此前的科研成果推向临床转化。

撰文 | 栗 子脑是人体最复杂的器官，这个重达3英镑的器官是人类的智慧担当，负责着对一切运动、行为、思维、决策和感觉的调控。然而，目前人类对大脑的了解还非常初级，只有更好的了解大脑的构造和功能，才能对脑部的疾病做出更完善的诊断和治疗。

随着计算机技术的发展，人工智能被推到时代发展的风口，利用仿生学借鉴大脑神经网络，可以更好的促进人工智能的完善。正是这些来自科研、医疗和技术的需求，促成了人类脑计划的实施。人类脑计划自2013年推出开始，参与国不断壮大，它不仅是科技发展的信号，更代表了全球化科研资源的整合。

BRAIN in U.S.——从技术到认知美国脑计划可以算作是整个人类脑计划的鼻祖，率先于2013年由奥巴马发起，简称BRAIN initiative, 全称为Brain Research Through Advancing Innovative Neurotechnologies，即依托于不断革新的神经生物学技术的大脑研究。BRAIN一词取自每个单词的首字母，而其本身恰好意为“大脑”。

美国脑计划已进入2.0版本，开始着手临床转化 顾名思义，美国脑计划的核心在技术，目的在于对人类大脑意识的深度挖掘。概括的来说，整个脑计划的任务可以分为三个方面。其一是新技术的突破和探索，这项任务致力于追求将脑的功能进行形象化和动态化的解码。比如，开发用于神经科学基础研究的新技术，或是对大脑进行实时动态成像。而利用新的技术对大脑的功能进行探索便是任务的第二个方面。大脑功能探索的关键在于连线。首先，建立起单个神经元和整个大脑神经网络模型的连线，从总体把握大脑功能的实现方式；而接下来，便是建立大脑功能和行为的联系，从大脑功能的角度解读人类的行为。当对大脑的功能有了更深的了解后，便可以试图在精神疾病的诊断、治疗等方方面面做出改进，这就是任务的第三部分。

整个脑计划集合了从公共组织到私人机构多方面的合作力量，包括NIH （National Institute of Health）、FDA ( U.S. Food and Drug Administration)等基金机构以及众多科研院所都参与其中。 美国脑计划发展至今，已取得了一些成就，而最为突出的体现在技术进步上。比如，脑机接口（Brain-Machine Interface, BMI）的改进。所谓脑机接口，是将脑电信号直接转化为计算机输出信号的新兴技术。在脑计划中，通过优化微电极介入式手段同时结合计算机算法，使得将大脑的“想法”转化为计算机信号的手段得以改进。

美国脑计划 总的来说，美国脑计划倡导的是大脑的深入研究，研究的中心点在神经科学领域，但又不限于神经科学本身。比如，神经网络模型的绘制结合了计算机、物理、生物和化学等多学科的信息，整个计划的每一步也都离不开技术的革新。可以说，它是结合多学科，集结多方社会资源的人类对自己认知方式的深层探索。

02HBP in E.U.——平台和人工智能的进化同样在2013年，欧洲也推出了自己名为Human Brain Project（HBP）的人类脑计划。但除了科研意义之外，首先要提到的是这项计划的社会意义。HBP由FET（European Commission's Future and Emerging Technologies ，欧盟未来与新兴技术委员会）发起，计划从2013年10月起用十年时间完成，是欧盟旗舰（Flagships）计划的重要部分。

欧洲脑计划 所谓Flagships，是欧盟提出的一种全新的科研模式，旨在召集各方合作者共同参与，建立一种长期理想化的合作平台。整个模式以欧盟为中心（Core Project, CP），并辐射状集结各方合作者。其中CP牵头，起领导和凝聚作用，而PP包含了各种基金组织和研究机构。因此，HBP计划是欧盟倡导的一种新型合作研究模式的尝试，是一种新型研究平台的建立。 就整个计划的任务来说，除了上文所述的合作模式革新外，该计划还致力于通过搭建数据库平台促成大脑多维度理论体系的建立，并尝试利用对大脑的认知来促进计算机和人工智能的发展。因此，在这项计划中，除了涉及美国BRAIN计划中有关大脑认知功能的理论和技术探索外，还有很多偏向应用的任务。比如，利用仿生学将神经网络转化为计算机模型，包括计算机模拟大脑，脑的决策预测，神经形态电路计算模型以及人工智能机器人的建立。

横向的比较在2013年先后启动的美国BRAIN计划和欧盟HBP计划不难发现，美国的脑计划始于技术终于科研，新技术的研发是一种手段，目的在于促进脑科学的更深层研究。而相反的，欧盟的脑计划侧重于技术革新，旨在通过更深入的研究成果来促进计算机模拟技术和人工智能的发展。当然，科学和技术本就是彼此依存相辅相成的两部分，如同左右手一样无法分离。技术发展促进科学成果，好的科学成果又应用于技术，二者的合力才能更好的推进人类社会的发展与变革。

03Brian/MINDS by RIKEN——灵长类探索和疾病治疗紧随其后的是2014年推出脑计划的日本。名为Brain/MINDS的日本脑计划由理化研究所RIKEN推出，全称为Brian Mapping by Integrated Neurotechnologies for Disease Studies，意为致力于疾病研究的依托于神经科学技术的脑定位计划。从名称中的Disease一词，就可以看出日本的计划更偏向临床，计划中的一个重要任务是促进基础科研与医疗的联系，探索痴呆症、抑郁症等精神疾病更完善先进的诊断治疗方案。

日本脑计划 总的来说，日本的脑计划特色鲜明且针对性强，其中最为突出的特色在于提出了对灵长类动物的脑定位计划并构建转基因疾病模型。对灵长类动物猴、狨猴等的脑定位在技术上相对于人脑更简单，且可以为后期对人脑的研究打下基础，是脑计划中具有根基作用的一部分。 整个Brain/MINDS被分为三大研究小组：A组的任务是灵长类动物的脑定位，通过结合基于核磁共振（MRI）的扩散张量成像（DTI, Diffusion Tensor Imaging）技术、光学显微镜及新型电子显微镜，以及功能核磁共振（f-MRI）技术来实现从宏观到微观不同尺度的灵长类动物脑定位，明确大脑的功能分区和神经网络结构；B组的任务在于技术突破，致力于开发高分辨率的大脑结构和功能成像技术，以及对神经元兴奋性人为调控的技术。同时，这部分任务涉及与其他国家脑计划的数据平台共享；C组的任务重在临床，它结合了神经退行性疾病、精神疾病以及神经康复治疗三大研究团队，共同对精神疾病的发病机制、生物标记物进行探索。三组分工明确，最终的目的是将精神疾病与脑内结构和神经环路的变化相联系，并开发创新性的治疗干预手段。 可以说，日本的的脑计划是对欧美脑计划在上游和下游的补充，使得整个人类脑计划更为全面完善。

04迟来的中国脑计划，论证6年多2021年9月16日，科技部网站发布科技创新2030“脑科学与类脑研究”重大项目2021年度项目申报指南的通知，涉及59个研究领域和方向，经费预计超过31.48亿元人民币。 预计未来几年，中国脑计划可能会有数百亿的投入。

“指南的发布可以说是中国脑计划开始启动了，我们会根据指南的要求，以及专家们决定要做的方向来进行项目的评审。” 中科院神经所所长蒲慕明对“第一财经”表示。他还认为，最新发布的指南符合预期，与中国脑计划最初提出的“一体两翼”的方向一致。

中国脑科学与类脑计划 经历6年多时间，中国脑计划终于落地。 该重大项目主要包含脑疾病诊治、脑认知功能的神经基础、脑机智能技术等方面研究；其中脑疾病诊治面向脑健康和医疗产业；脑认知功能的神经基础以“介观全脑神经连接图谱国际大科学计划”为平台；脑机智能技术面向类脑智能产业。

事实上，中国脑计划的上线也是我国“健康中国2030”的战略需要，此前各国实施的经验与教训对我国进行脑计划都有帮助，但至于我国脑计划是否有后发优势，我们仍需要一段时间观察。（PS: 感兴趣的读者可自行搜集资料，会有不少学者的观点，总体来说国际经验可参考的有不少，这对我国实施脑计划有帮助） 韩国和澳大利亚也于2016年启动脑计划，促进大脑定位研究以及神经科学在教育以及工业上的应用。面对脑科学这一自然科学的“最后疆域”，需要的是整个国际科研界的成果共享和通力合作。 相信在各个参与国各具特色的脑计划共同协作下，人类对于脑和精神疾病的认知将不断深入，并从中寻找到更为开阔的应用价值。

参考资料：1.美国BRAIN initiative官网：http://www.braininitiative.org/ 2.欧盟HBP官网：http://humanbrainproject.eu/en/ 3.日本Brain/MINDS官网：http://brainminds.jp/en/

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