《美國(guó)腦科學(xué)計(jì)劃2.0》：通過(guò)推動(dòng)創(chuàng)新型神經(jīng)技術(shù)開(kāi)展大腦研究

以下文章來(lái)源于創(chuàng)新研究 ，作者創(chuàng)研報(bào)告

編者按：美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院（NIH）于2014年啟動(dòng)了“通過(guò)推動(dòng)創(chuàng)新型神經(jīng)技術(shù)開(kāi)展大腦研究（BRAIN）計(jì)劃”，2019年正處于該計(jì)劃的中間階段。迄今為止，這種大規(guī)模的資源和時(shí)間投入在探索大腦方面已經(jīng)取得了重大進(jìn)展。鑒于技術(shù)的顯著進(jìn)步，神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域?qū)?yīng)用這些新技術(shù)，進(jìn)一步研究已知的最復(fù)雜的實(shí)體之一：人類的大腦，之前完成的計(jì)劃被稱為“BRAIN 1.0”。美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院于2018年4月成立腦科學(xué)計(jì)劃2.0工作組，并與2019年6月將報(bào)告《美國(guó)腦科學(xué)計(jì)劃2.0》提交給美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生院咨詢委員會(huì)。而“BRAIN 2.0”代表了從2020年開(kāi)始到2026年結(jié)束的即將進(jìn)行的計(jì)劃。

一、計(jì)劃背景

2013年4月，美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院（NIH）認(rèn)識(shí)到許多科學(xué)問(wèn)題和倫理問(wèn)題與BRAIN 計(jì)劃相關(guān)，召集了NIH 咨詢委員會(huì)的BRAIN 工作組，制定了以實(shí)現(xiàn)BRAIN 計(jì)劃的科學(xué)性、倫理性愿景為目標(biāo)的戰(zhàn)略路線圖(BRAIN 2025：科學(xué)愿景)。從2018年4月開(kāi)始，新的BRAIN 工作組回顧了之前BRAIN 計(jì)劃的投資和進(jìn)展，并向更廣泛的神經(jīng)科學(xué)界和BRAIN 計(jì)劃利益相關(guān)者尋求建議?！癇RAIN 2.0”反映了BRAIN 工作組的分析和建議，在BRAIN 2025戰(zhàn)略路線圖的短期和長(zhǎng)期目標(biāo)的背景下回顧了到目前為止的成就，確定與目標(biāo)的差距和新的研究機(jī)會(huì)，并提出短期研究和長(zhǎng)期研究的目標(biāo)建議。

二、重點(diǎn)研究領(lǐng)域

（一）發(fā)現(xiàn)多樣性

由于高通量技術(shù)和分析方法的進(jìn)步，該領(lǐng)域的進(jìn)展比預(yù)期的要快。但是目前迫切需要技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)有效適用于人類和其他非人的靈長(zhǎng)類動(dòng)物（Non-Human Primate，NHP）的大腦的細(xì)胞類型特異性靶向方法。除此之外，還要找到有效適用于其他傳統(tǒng)生物（如老鼠）的神經(jīng)科學(xué)的細(xì)胞類型特異性靶向方法。

1. BRAIN 2.0 短期目標(biāo)建議：

（1）為細(xì)胞類型建立數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)，以便整合神經(jīng)元表型的不同方面。

（2）建立統(tǒng)一的腦細(xì)胞類型分類。

（3）實(shí)現(xiàn)對(duì)多物種細(xì)胞類型的遺傳和非遺傳操作。

（4）利用細(xì)胞普查數(shù)據(jù)更新和測(cè)試神經(jīng)回路功能的模型和理論。

（5）開(kāi)發(fā)蛋白質(zhì)標(biāo)簽，尤其是具有跨物種適用性的蛋白質(zhì)標(biāo)簽。

（6）在保留細(xì)胞類型信息的同時(shí)，創(chuàng)建多尺度的細(xì)胞重建、連接和功能映射。

（7）將單細(xì)胞多模態(tài)分析擴(kuò)展到其他物種，包括NHP和人類大腦。

2. BRAIN 2.0 長(zhǎng)期目標(biāo)建議：

（1）整合建立細(xì)胞類型數(shù)據(jù)平臺(tái)以進(jìn)行理論研發(fā)。

（2）在6到10個(gè)物種中，用高粒度以及遺傳和非遺傳的途徑，進(jìn)行全腦解剖解析普查。

（3）支持開(kāi)發(fā)模擬人腦的三維細(xì)胞系統(tǒng)（有機(jī)體/ 組裝體）。

（二）多尺度成像

該重點(diǎn)研究領(lǐng)域的實(shí)質(zhì)性進(jìn)展反映在組織處理和成像方面的顯著進(jìn)步，使大腦區(qū)域和回路得到更加清晰的呈現(xiàn)。BRAIN 2.0 包括提高新工具的速度和效率；將分析擴(kuò)展到更大的大腦區(qū)域；增加非神經(jīng)元細(xì)胞類型和突觸的映射；整合大腦的結(jié)構(gòu)與功能映射；在獲取和提煉數(shù)據(jù)方面的進(jìn)展，得以促進(jìn)跨物種的比較。

1. BRAIN 2.0 短期目標(biāo)建議：

1）提高清除和標(biāo)記方法的通量；開(kāi)發(fā)傳播軟件和機(jī)器學(xué)習(xí)工具，有效地分析以及生成密集三維數(shù)據(jù)庫(kù)。

（2）繼續(xù)開(kāi)展和擴(kuò)展神經(jīng)調(diào)節(jié)作用的研究，包括微觀、中觀及宏觀尺度的研究。

（3）改進(jìn)活細(xì)胞中的跨突觸順行病毒追蹤，并將病毒追蹤擴(kuò)展到小鼠大腦以外的模型。

（4）在嚙齒動(dòng)物和NHP 的大腦研究中，將光學(xué)成像和電生理學(xué)與功能磁共振（fMRI）方法相結(jié)合。

（5）繼續(xù)努力繪制個(gè)體動(dòng)物大腦的結(jié)構(gòu)和功能圖。

（6）通過(guò)使用核磁共振（Magnetic Resonance Imaging，MRI）、其他電磁方法或者正電子放射斷層造影術(shù)(Positron Emission Tomography，PET) 從而加深對(duì)大腦微觀結(jié)構(gòu)的無(wú)創(chuàng)測(cè)量的理解。

（7）從結(jié)構(gòu)和功能測(cè)量中可重復(fù)性地描述個(gè)體大腦差異（包含整個(gè)生命周期）。 

2. BRAIN 2.0 長(zhǎng)期目標(biāo)建議：

（1）在電磁水平整體評(píng)估全小鼠大腦連接體，整合死亡前獲得的體內(nèi)功能和分子這兩者之間的相關(guān)性。

（2）從功能特征明顯的個(gè)體動(dòng)物的大腦中獲取完整的靈長(zhǎng)類動(dòng)物(NHP，然后是人類) 大腦投射圖。

（3）實(shí)現(xiàn)全腦、高分辨率（時(shí)空）、不受快速梯度切換和高場(chǎng)射頻線圈生物學(xué)限制的功能性磁共振。

（4）應(yīng)用機(jī)器學(xué)習(xí)方法比較小鼠及人類大腦的同源區(qū)域。

（5）使用改進(jìn)的高通量清除和標(biāo)記方法，以及快速連續(xù)切片電磁工具研究人類皮層和皮下結(jié)構(gòu)。

（6）建立高通量模式，為關(guān)鍵的分子靶點(diǎn)（如神經(jīng)調(diào)節(jié)受體、突觸）開(kāi)發(fā)和應(yīng)用新型PET示蹤劑。

（7）結(jié)合載體和離體數(shù)據(jù)，建立人體大腦結(jié)構(gòu)和功能之間的基本聯(lián)系，包括自然變異的作用。

（三）活動(dòng)的大腦

BRAIN 2.0 的潛在發(fā)展機(jī)會(huì)包括進(jìn)一步了解神經(jīng)調(diào)節(jié)功能的能力；研究較大（靈長(zhǎng)類）大腦的工具；復(fù)雜的計(jì)算工具，以更好地評(píng)估行為（尤其是在自然環(huán)境中）。

1. BRAIN 2.0 短期目標(biāo)建議：

（1）探索短期和長(zhǎng)期行為期間不同細(xì)胞類型、神經(jīng)調(diào)節(jié)劑和神經(jīng)活動(dòng)之間的實(shí)時(shí)相互作用。

（2）通過(guò)開(kāi)發(fā)神經(jīng)活動(dòng)的近紅外光聲兼容指標(biāo)，將超聲方法與直接感知神經(jīng)活動(dòng)相結(jié)合。

（3）開(kāi)發(fā)新的NHP 大腦記錄和成像技術(shù)。

（4）開(kāi)發(fā)新的工具用來(lái)分析原始的和后天訓(xùn)練過(guò)的行為。

（5）開(kāi)發(fā)新的工具用來(lái)連接某種行為，以及大腦對(duì)應(yīng)這種行為的數(shù)據(jù)記錄。

（6）整合在模型系統(tǒng)之間的技術(shù)開(kāi)發(fā)和信息傳遞。

（7）繼續(xù)推進(jìn)電生理技術(shù)。

（8）繼續(xù)研發(fā)光學(xué)記錄技術(shù)。

（9）開(kāi)發(fā)更好的記錄細(xì)胞活動(dòng)的光學(xué)儀器。

（10）建立動(dòng)態(tài)方法，實(shí)時(shí)檢測(cè)特定神經(jīng)肽在體內(nèi)的釋放。

（11）開(kāi)發(fā)標(biāo)記活躍神經(jīng)元的方法。

（12）在人類大腦回路分析的研究中，將神經(jīng)倫理學(xué)的討論和建議貫穿到整個(gè)實(shí)驗(yàn)和研究過(guò)程。

2. BRAIN 2.0 長(zhǎng)期目標(biāo)建議：

（1）測(cè)量必須同時(shí)記錄的細(xì)胞數(shù)量，在給定的精度水平上解釋特定的行為。

（2）開(kāi)發(fā)分析工具，建立大規(guī)模神經(jīng)群體活動(dòng)和復(fù)雜行為之間的因果關(guān)系。

（3）人腦中高速神經(jīng)活動(dòng)的成像。

（四）證明因果關(guān)系

BRAIN 2.0 準(zhǔn)備在單細(xì)胞控制、納米技術(shù)和機(jī)器學(xué)習(xí)方面抓住新的研究機(jī)會(huì)。該重點(diǎn)研究區(qū)域旨在推出介入技術(shù)，以測(cè)試結(jié)構(gòu)和功能之間的因果關(guān)系。這種方法已經(jīng)成為理解基礎(chǔ)復(fù)雜的生命系統(tǒng)是如何工作的基礎(chǔ)，并在過(guò)去的一個(gè)世紀(jì)里推動(dòng)了生物學(xué)的顯著進(jìn)步。

1. BRAIN 2.0 短期目標(biāo)建議：

（1）建立在移動(dòng)動(dòng)物和深層神經(jīng)結(jié)構(gòu)中進(jìn)行精確單細(xì)胞光遺傳學(xué)控制的方法。

（2）在哺乳動(dòng)物中，測(cè)量以可檢測(cè)的方式改變行為所需的最少神經(jīng)元數(shù)量。

（3）測(cè)量特定的不適應(yīng)行為障礙的因果回路，如成癮、社會(huì)認(rèn)知障礙、攻擊性和強(qiáng)迫行為。

（4）擴(kuò)展能夠在模型生物（嚙齒動(dòng)物和果蠅）中進(jìn)行復(fù)雜行為分析的機(jī)器學(xué)習(xí)算法。

（5）制定策略，對(duì)特定回路動(dòng)態(tài)進(jìn)行定量的、可調(diào)的實(shí)時(shí)擾動(dòng)。

（6）校準(zhǔn)擾動(dòng)與自然發(fā)生的信號(hào)（大腦狀態(tài)、行為狀態(tài)、回路狀態(tài)），以測(cè)量時(shí)間和環(huán)境變化對(duì)行為的影響。

（7）結(jié)合實(shí)驗(yàn)和理論，預(yù)測(cè)和控制擾動(dòng)的行為后果。

（8）確定感興趣的關(guān)鍵適應(yīng)性行為的因果路徑，如認(rèn)知、運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、感覺(jué)知覺(jué)和動(dòng)物自然行為。

（9）解決遺傳擾動(dòng)工具在靈長(zhǎng)類動(dòng)物身上的挑戰(zhàn)，因?yàn)樗鼈兊男Чh(yuǎn)不如嚙齒類動(dòng)物。

（10）通過(guò)實(shí)時(shí)的神經(jīng)系統(tǒng)整合分析，使神經(jīng)回路操作和活動(dòng)記錄之間直接關(guān)聯(lián)。

（11）將新興的擾動(dòng)工具應(yīng)用于目前難以通過(guò)既定技術(shù)研究的回路，例如深度和分布式腦回路。

（12）整合擾動(dòng)技術(shù)與BRAIN 計(jì)劃的其它關(guān)鍵技術(shù)。

（13）支持神經(jīng)倫理學(xué)研究（概念性和經(jīng)驗(yàn)性的），將神經(jīng)倫理學(xué)家納入研究團(tuán)隊(duì)，以解決通過(guò)直接控制大腦回路來(lái)改變?nèi)祟愋袨樗鸬纳窠?jīng)倫理學(xué)問(wèn)題。

（14）確保公平參與研究，研究結(jié)果可能波及到大量人群。

（15）闡明更接近人類生理的NHP 模型的倫理含義，隨后根據(jù)研究結(jié)果制定指導(dǎo)方針。 

2. BRAIN 2.0 長(zhǎng)期目標(biāo)建議：

1）通過(guò)識(shí)別模型生物體中細(xì)胞的分子特性，然后繪制相應(yīng)的生理和行為圖譜，跨物種來(lái)驗(yàn)證進(jìn)化保護(hù)，建立動(dòng)物和人類之間深刻的概念聯(lián)系。

（2）將基于納米材料的技術(shù)應(yīng)用于神經(jīng)回路研究，將這些技術(shù)從離體和小型應(yīng)用中提取出來(lái)，應(yīng)用于回路解剖的行為實(shí)驗(yàn)中。

（3）基于對(duì)大腦動(dòng)力學(xué)因果關(guān)系的深入理解，開(kāi)發(fā)新的神經(jīng)精神疾病診斷和治療設(shè)計(jì)方法。

（4）每年將多個(gè)單細(xì)胞擾動(dòng)的規(guī)模提高大約一個(gè)數(shù)量級(jí)。

（5）開(kāi)發(fā)并應(yīng)用聲學(xué)和磁性方法來(lái)進(jìn)行擾動(dòng)和讀出大腦深處的區(qū)域。

（五）確定基本原則

在生物學(xué)中，原理性的目標(biāo)是創(chuàng)建實(shí)驗(yàn)以觀察到概念框架，然后根據(jù)這些來(lái)建立預(yù)測(cè)模型。在神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域，對(duì)理論的需求尤為迫切，復(fù)雜性非常高。破譯大腦的可觀察屬性和大腦的底層算法，這些結(jié)構(gòu)以及它們的動(dòng)態(tài)變化是理解、診斷和設(shè)計(jì)對(duì)疾病的處理方法。在BRAIN 2.0 中，將更多地關(guān)注不同類型的科學(xué)家，比如理論科學(xué)家和實(shí)驗(yàn)科學(xué)家的充分合作，旨在利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)，以確定大腦結(jié)構(gòu)和功能的運(yùn)行的基本原則。 

1. BRAIN 2.0 短期目標(biāo)建議：

（1）繼續(xù)開(kāi)發(fā)分析大型復(fù)雜數(shù)據(jù)庫(kù)的技術(shù)

①繼續(xù)發(fā)展快速分類和編碼信息分析方法，并將規(guī)模擴(kuò)大到10萬(wàn)到100萬(wàn)個(gè)同時(shí)記錄的神經(jīng)元。

②針對(duì)所有類型的神經(jīng)生理學(xué)數(shù)據(jù)開(kāi)發(fā)實(shí)時(shí)快速可視化和信號(hào)處理的算法。

③將非線性控制理論用于實(shí)時(shí)反饋控制實(shí)驗(yàn)，使用新的擾動(dòng)和記錄技術(shù)來(lái)操作和分析神經(jīng)回路。

④將統(tǒng)計(jì)和分析方法與基于連接圖和細(xì)胞類型的神經(jīng)回路模型結(jié)合起來(lái)。 

（2）多尺度的聯(lián)系

①在腦電圖和腦磁圖的記錄中建立大腦節(jié)律的生物物理來(lái)源，以及在更多的局部來(lái)源中建立在大腦不同區(qū)域和不同皮質(zhì)層的局部場(chǎng)電位。

②建立正式的統(tǒng)計(jì)推斷框架，以用不同類型的神經(jīng)科學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接分析。

③探索融合不同實(shí)驗(yàn)技術(shù)和不同時(shí)空尺度的神經(jīng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)信息的理論和統(tǒng)計(jì)框架。

④開(kāi)發(fā)高維逆問(wèn)題的計(jì)算效率解決方案，特別關(guān)注人類腦電圖和腦磁圖數(shù)據(jù)的解釋。

⑤發(fā)展空間尺度上的集體神經(jīng)元活動(dòng)的理論和模型。 

（3）識(shí)別一般原則

①對(duì)腦電回路動(dòng)力學(xué)如何依賴于單個(gè)神經(jīng)元及其連接的特性進(jìn)行理論研究。

②發(fā)展有關(guān)神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)的化學(xué)活動(dòng)和電活動(dòng)如何編碼信息的系統(tǒng)理論；如何用這些來(lái)確定短期內(nèi)的行為；以及其如何用于適應(yīng)、改進(jìn)和學(xué)習(xí)更長(zhǎng)時(shí)間尺度上的行為。

③詳細(xì)了解不同學(xué)習(xí)形式背后的大腦回路和可塑性機(jī)制。

④提出、研究和驗(yàn)證某些機(jī)制，使信息能夠在特定的大腦區(qū)域之間門(mén)控、切換和傳輸。

⑤開(kāi)發(fā)檢測(cè)和分類大腦內(nèi)部狀態(tài)的方法。

⑥理解關(guān)于細(xì)胞水平的神經(jīng)元活動(dòng)和大腦多個(gè)區(qū)域的神經(jīng)調(diào)節(jié)是如何影響大腦主要功能的機(jī)制。

⑦繼續(xù)加強(qiáng)NIH BRAIN 計(jì)劃神經(jīng)倫理學(xué)工作組在倫理咨詢方面的努力，從而選擇項(xiàng)目或者申請(qǐng)人，好在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候以幫助BRAIN 計(jì)劃資助的研究人員應(yīng)對(duì)與其工作相關(guān)的神經(jīng)倫理問(wèn)題。

（4）加速理論、建模、計(jì)算、統(tǒng)計(jì)理念和技術(shù)在神經(jīng)科學(xué)部門(mén)和項(xiàng)目中的結(jié)合

①鼓勵(lì)實(shí)驗(yàn)研究項(xiàng)目，支持與理論、計(jì)算、統(tǒng)計(jì)科學(xué)家進(jìn)行簡(jiǎn)短（3-6 個(gè)月）的探索性合作。

②支持純粹的理論或統(tǒng)計(jì)方法研究，以及小規(guī)模理論或?qū)嶒?yàn)合作的方法。

③為理論神經(jīng)科學(xué)家量身定制新的研究生和博士后教育補(bǔ)助金，并加強(qiáng)對(duì)實(shí)驗(yàn)神經(jīng)科學(xué)家定量方法的培訓(xùn)。

④繼續(xù)通過(guò)夏季課程、機(jī)構(gòu)課程、基于網(wǎng)絡(luò)的課程、會(huì)議研討會(huì)和其他機(jī)制，為理論、建模、計(jì)算和統(tǒng)計(jì)學(xué)系的教師提供激勵(lì)，并支持為博士后和研究生普及推廣應(yīng)用新的計(jì)算方法。 

2. BRAIN 2.0 長(zhǎng)期目標(biāo)建議：

1）繼續(xù)開(kāi)發(fā)分析大型復(fù)雜數(shù)據(jù)集的技術(shù)

①將統(tǒng)計(jì)和分析方法與基于連接圖和細(xì)胞類型的神經(jīng)回路模型相結(jié)合。

②將脈沖排序、編碼、連接和解碼的解決方案擴(kuò)展到大于100萬(wàn)個(gè)同時(shí)記錄神經(jīng)元的數(shù)據(jù)庫(kù)，并與連接組數(shù)據(jù)和其他類型的數(shù)據(jù)整合在一起。

（2）多尺度的聯(lián)系

①建立通用的框架，用于融合來(lái)自不同實(shí)驗(yàn)技術(shù)、不同時(shí)間和空間尺度的神經(jīng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的信息。

②從MRI、EEG（electroencephalogram 腦電圖） 和MEG（magnetoencephalography 腦磁圖描記術(shù)）記錄中獲取實(shí)時(shí)高維反解。

③通過(guò)建立詳細(xì)的現(xiàn)實(shí)模型和定性的行為模型之間的橋梁，識(shí)別廣泛分布的、時(shí)變的神經(jīng)過(guò)程的基本要素。

（3）識(shí)別一般原則

①建立理論方法，了解適用于多種動(dòng)物的微觀、中觀、宏觀回路的一般原理。

②針對(duì)一個(gè)或多個(gè)特定系統(tǒng)，進(jìn)行完整的計(jì)算理論研究。

（六）人類神經(jīng)科學(xué)

BRAIN 2025 的人類神經(jīng)科學(xué)部分取得了巨大的成功，但也同時(shí)揭示了復(fù)雜努力帶來(lái)的一些持續(xù)的緊張關(guān)系。成功源于技術(shù)的突破，而挑戰(zhàn)則圍繞著科學(xué)研究的人為因素，包括促進(jìn)跨學(xué)科的互動(dòng)，以及以富有成效的方式訪問(wèn)、分析和共享數(shù)據(jù)。重要的倫理問(wèn)題集中在對(duì)整合技術(shù)和可植入設(shè)備的使用上。 

1. BRAIN 2.0 短期目標(biāo)建議：

（1）開(kāi)發(fā)更好的方法來(lái)獲取、保存和研究來(lái)自外科手術(shù)和死后樣本的活體人體組織，使對(duì)人類大腦和周?chē)妥灾魃窠?jīng)系統(tǒng)的研究成為可能。

（2）增加對(duì)臨床前和臨床模型中深腦刺激（deep-brain stimulation，DBS）和閉環(huán)調(diào)節(jié)機(jī)制的理解。

（3）將研究擴(kuò)展到侵入性設(shè)備之外。

（4）繼續(xù)投資于非侵入性成像儀器的物理/ 工程，并支持開(kāi)發(fā)具有高時(shí)空分辨率的非侵入性方法來(lái)監(jiān)測(cè)人類的神經(jīng)活動(dòng)( 包括非電活動(dòng))。

（5）為開(kāi)發(fā)人類神經(jīng)科學(xué)使用的工具的團(tuán)隊(duì)建立標(biāo)準(zhǔn)。

（6）支持跨學(xué)科研究，使功能磁共振成像技術(shù)在臨床環(huán)境中得以成功應(yīng)用。

（7）支持神經(jīng)生物學(xué)以外的以神經(jīng)科學(xué)為導(dǎo)向的科學(xué)家培訓(xùn)，包括計(jì)算科學(xué)家、物理學(xué)家和工程師，以推動(dòng)成像和非侵入性電生理技術(shù)的進(jìn)步。

（8）改善數(shù)據(jù)訪問(wèn)路徑。

（9）為人類的神經(jīng)刺激和神經(jīng)調(diào)節(jié)制定一套可操作的神經(jīng)倫理指南（短期和長(zhǎng)期）。

2. BRAIN 2.0 長(zhǎng)期目標(biāo)建議：

（1）開(kāi)發(fā)更好的針對(duì)人類神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)的技術(shù)和檢測(cè)系統(tǒng)，包括改進(jìn)的病毒載體、下一代CRISPR 技術(shù)和其他非病毒方法。

（2）發(fā)現(xiàn)并驗(yàn)證新型PET 示蹤劑，以監(jiān)測(cè)人類突觸中的神經(jīng)活動(dòng)和分子標(biāo)記。

（3）改善電生理源定位，為無(wú)創(chuàng)電磁記錄帶來(lái)近乎或真正的斷層掃描能力。

（4）開(kāi)發(fā)多尺度方法和工具用來(lái)結(jié)合使用不同實(shí)驗(yàn)方法得到的數(shù)據(jù)。

（5）開(kāi)發(fā)合適的模型來(lái)探索疾病狀態(tài)和治療機(jī)制，有助于加速其在人類中的應(yīng)用。

（七）從“BRAIN 計(jì)劃”到大腦

BRAIN 2025 認(rèn)識(shí)到，NIH 的BRAIN 計(jì)劃必須優(yōu)先結(jié)合互補(bǔ)的方法，使用完備的整合的系統(tǒng)來(lái)探索驅(qū)動(dòng)更高的大腦功能的神經(jīng)元機(jī)制。重點(diǎn)領(lǐng)域1到6中列出的許多機(jī)會(huì)和目標(biāo)取決于整合，這使得重點(diǎn)領(lǐng)域7在BRAIN 2.0 中有可能在幾個(gè)領(lǐng)域看到實(shí)質(zhì)性的提升：（1）整合細(xì)胞類型的分子、連接和生理特性的工具；（2）保留細(xì)胞類型信息的多尺度連通性和功能圖；（3）核磁共振成像與其他活動(dòng)測(cè)量和解剖學(xué)聯(lián)系的結(jié)合；（4）電生理和神經(jīng)化學(xué)方法的結(jié)合；（5）擾動(dòng)技術(shù)與其他技術(shù)的結(jié)合；（6）實(shí)驗(yàn)與理論之間更多的互動(dòng)；（7）開(kāi)發(fā)方法和工具來(lái)整合來(lái)自不同實(shí)驗(yàn)方法的人類數(shù)據(jù)。這些綜合方法將真正推動(dòng)大腦的主動(dòng)性，以理解復(fù)雜的大腦功能，如感知、情感和動(dòng)機(jī)、認(rèn)知和記憶，以及行動(dòng)，并研發(fā)治療大腦功能障礙的新方法。

（八）科學(xué)組織

不同專家之間的協(xié)作可能具有挑戰(zhàn)性。建議采取一些積極主動(dòng)的步驟，解決與科學(xué)整體組織有關(guān)的領(lǐng)域：

1. 數(shù)據(jù)共享

（1）來(lái)自NIH BRAIN 計(jì)劃資助項(xiàng)目的數(shù)據(jù)必須在同行評(píng)審期刊首次發(fā)表時(shí)公開(kāi)分享。

（2）數(shù)據(jù)應(yīng)該以標(biāo)準(zhǔn)格式存儲(chǔ)。

（3）NIH 的BRAIN 計(jì)劃數(shù)據(jù)應(yīng)該存儲(chǔ)在NIH 維護(hù)的中央服務(wù)器上。

（4）把功勞分配給收集數(shù)據(jù)的人。

（5）元數(shù)據(jù)必須系統(tǒng)地存儲(chǔ)。

（6）盡可能多地存儲(chǔ)原始數(shù)據(jù)。

（7）數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)包括人們通常道德意義上可接受的數(shù)據(jù)收集、使用、存儲(chǔ)和訪問(wèn)的標(biāo)準(zhǔn)和指南。 

2. 人力資本

（1）為神經(jīng)科學(xué)吸引一定數(shù)量的專家。

（2）增強(qiáng)由創(chuàng)業(yè)基金資助的腦力勞動(dòng)者的多樣性。

（3）NIH 創(chuàng)建并擴(kuò)大支持機(jī)制。 

3. 分享和使用BRAIN 計(jì)劃技術(shù)

（1）人類使用技術(shù)：成立技術(shù)轉(zhuǎn)化委員會(huì)、創(chuàng)業(yè)學(xué)術(shù)科學(xué)家訓(xùn)練營(yíng)；繼續(xù)提高為生物醫(yī)學(xué)研究服務(wù)提供資源的能力，重點(diǎn)減少技術(shù)部署中的矛盾；在技術(shù)轉(zhuǎn)化中使用可預(yù)測(cè)和可持續(xù)的財(cái)務(wù)模式；解決神經(jīng)技術(shù)發(fā)展和商業(yè)轉(zhuǎn)化資源之間的不平衡；將投資擴(kuò)大到侵入性設(shè)備之外；對(duì)開(kāi)發(fā)人類使用的工具的團(tuán)隊(duì)進(jìn)行更嚴(yán)格的評(píng)估；設(shè)立BRAIN 工具交流中心；增加與聯(lián)邦機(jī)構(gòu)之間工作的透明聯(lián)系；宣傳行業(yè)和學(xué)術(shù)界的成功故事；拓展神經(jīng)倫理方面的討論。 

（2）實(shí)驗(yàn)室使用的技術(shù)：制定可行的技術(shù)傳播路線圖；分析最合適的傳播模型；考慮為希望傳播其技術(shù)的科學(xué)家建立專門(mén)的培訓(xùn)計(jì)劃；考慮在最相關(guān)的市場(chǎng)環(huán)境中加強(qiáng)創(chuàng)新者和最終用戶之間的密切協(xié)作；考慮對(duì)重要但在財(cái)政上沒(méi)有吸引力的技術(shù)進(jìn)行補(bǔ)貼，以建立使這種技術(shù)的傳播成為可能的機(jī)制；開(kāi)發(fā)替代方法，為研究人員快速采用新工具提供資金，特別是創(chuàng)新者和新的終端用戶實(shí)驗(yàn)室之間的合作；基金培訓(xùn)課程；支持向研究人員傳播NIH BRAIN 計(jì)劃技術(shù)，以應(yīng)對(duì)疾病威脅。

4. 公眾參與

（1）公民的建議能夠指導(dǎo)NIH 的BRAIN 計(jì)劃。

（2）作為公共資助的生物醫(yī)學(xué)研究機(jī)構(gòu)，NIH 和BRAIN 計(jì)劃有責(zé)任確保其投資公平惠及所有美國(guó)人。

（3）NIH 的BRAIN 計(jì)劃應(yīng)該為支持公眾參與提供資金。 

5. 研究成果應(yīng)惠及腦疾患者

（1）NIH 腦項(xiàng)目應(yīng)考慮在其網(wǎng)站上列出其投資的腦項(xiàng)目之外的新資助機(jī)會(huì)。

（2）NIH 神經(jīng)科學(xué)生態(tài)系統(tǒng)應(yīng)考慮招募和激勵(lì)來(lái)自不同學(xué)科的BRAIN 計(jì)劃研究人員的新方法，以服務(wù)于BRAIN 計(jì)劃之外的研究部分和特別強(qiáng)調(diào)小組，評(píng)估與新興BRAIN 計(jì)劃技術(shù)相關(guān)的提案。

（3）NIH 應(yīng)該考慮利用其“全美國(guó)研究計(jì)劃”，招募由BRAIN 項(xiàng)目資助的人類神經(jīng)科學(xué)研究的參與者。 

文章來(lái)源：

https：//braininitiative.nih.gov/sites/default/files/images/brain_2.0_6-6-19-final_revised10302019_508c.pdf

編譯：顧燕婷 羅彧，責(zé)任編輯：苗晶良