南北兩中心，三大支柱三個圖譜，中國腦計劃那些事

2020-11-11 腦計劃

2013年，美國和歐盟相繼啟動各自的「腦計劃」。也就是從這一年開始，我國科學家感覺到了緊迫感，紛紛向國家提出推出「中國腦計劃」的提議。雖然到現在為止，我們仍然沒有正式啟動「中國腦計劃」，但正由於這股熱情，中國的腦科學及神經科學的研究在這幾年得到了極大的進步。其中，有兩位老院士功不可沒！

兩位老院士

楊雄裡院士，中科院院士、復旦大學腦科學研究院學術委員會主任、神經生理學家。

2013年5月，楊雄裡院士參加了多個座談會，並對各級領導匯報了推出「中國腦計劃」的提議；

2014年3月，腦科學發展戰略研究香山特別會議，楊雄裡院士擔任執行主席；

2015年3月，楊雄裡院士去中南海向國務院領導做了匯報；

2016年6月，楊雄裡院士在《中國科學》發表文章：為中國腦計劃吶喊；

2017年-2019年，楊雄裡多次談到腦計劃：中國發展腦計劃需要只爭朝夕、當前腦科學發展的態勢和戰略；

蒲慕明院士，中科院神經科學研究所所長、腦科學與智能技術卓越創新中心主任、神經生物學家和生物物理學家，美國國家科學院院士、中國科學院院士、2016年獲得格魯伯神經科學獎；

2014年3月，腦科學發展戰略研究香山特別會議，蒲慕明院士同楊雄裡院士一同擔任執行主席；

多年來，一直在為中國腦計劃的推出獻計獻策，而且幾乎憑藉一己之力建起了世界一流神經科學研究所——上海神經科學研究所；

這些年，隨著中國腦計劃的籌備，腦科學和神經科學在中國發展出了「南北兩中心」的格局！

南北兩中心

上海腦科學與類腦研究中心：2018年8月7日，經上海市機構編制委員會批准，正式建立「上海腦科學與類腦研究中心」（簡稱「上海腦中心」）；

上海腦中心網站

北京腦科學與類腦研究中心：北京腦科學與類腦研究中心成立於2018年3月22日，由北京市政府與中國科學院、北京大學、清華大學、北京師範大學、中國醫學科學院、中國中醫科學院等單位聯合共建（簡稱「北京腦中心」）；

北京腦中心網站

三個支柱

對腦計劃的總體脈絡，腦科學領域的科學家基本達成一致，即「認識腦、保護腦、模擬腦」三個支柱，也就是「兩翼一體」的頂層設計，「認識腦」是主體，「保護腦、模擬腦」是兩翼；美國腦計劃側重「認識腦、保護腦」，歐盟腦計劃側重「模擬腦」。

1、認識腦

認識腦要求我們理解認知、思維、意識和語言等腦功能原理；

人腦是非常複雜的生物系統，擁有上千億個神經細胞（神經元）;神經元之間有複雜的神經纖維連接，通過百萬億個連接點（突觸），形成神經網絡和主導各種腦功能的神經環路。 過去一個多世紀以來，腦科學研究的主要進展是理解了神經信息在神經網絡中傳遞和處理信息的基本原理。

近年來，隨著分子生物學和生理學新技術的加入，我們也理解了腦發育過程中的基因表達、神經元分化、神經連接形成過程的分子和細胞機制，解析了一些腦功能相關的神經環路和電活動的規律。 由於大腦結構和動態的複雜性，未來仍需要有更多新的技術，能觀測不同腦區內的大群神經元，並調控它們的電活動；也需要有新的理論框架，來處理和解析大量神經元之間的網絡結構和電活動數據。

要理解大腦為什麼能進行思考，就不只是要觀測到思考時有哪些神經元和環路有電活動出現，還需要知道為什麼它們有電活動，這些活動是造成思考的原因還是結果。 要從相關性到因果性，就必須能調控（激活或抑制）它們的電活動，看看是否能影響思考現象。 大腦電活動與認知行為之間的因果關係研究，是目前腦科學的主要前沿領域。

2、保護腦

在能夠對各種腦功能神經基礎進行解析的基礎上，對有效診斷和治療腦疾病有重要臨床意義；

腦疾病和腦創傷是目前社會醫療和保健體系面臨的最嚴重問題之一。 根據世界衛生組織的數據統計，腦疾病相關的社會醫療撫養負擔是所有疾病中最高的，已超過心血管病和癌症。 以阿爾茨海默症為例，90—94歲的人群超過1/3患此病。 隨著社會中老年人群比例的不斷增長，如果缺少有效的預防手段和治療藥物，數十年後社會醫療和保健體系將很難承擔。

3、模擬腦

腦科學所啟發的類腦研究也可以推動新一代人工智慧和新型信息產業的發展；

腦科學目前對許多認知功能的神經環路和工作機理的理解雖十分有限，但是我們已經知道一些大腦神經網的結構和功能原理，已可應用在機器學習的算法和計算器件的架構之中，這就是腦科學啟發的類腦人工智慧。

目前的人工智慧技術缺乏通用性。 語音識別、圖像處理、自然語言處理、機器翻譯等採用不同的模型和不同的學習數據，兩種不同的任務無法採用同一套系統進行學習。 而人腦卻採用同一個信息處理系統進行自動多模態感知信息整合、問題分析與求解、決策和行為控制等。誰能首先把專用人工智慧轉變為通用人工智慧，誰就能在未來人工智慧領域執牛耳。

三個圖譜

要理解腦是怎樣工作的，我們需要三種圖譜；

1、細胞類型圖譜

也就是說要鑑定各種細胞（神經元和膠質細胞）並確定它們在腦中各個區域的分布，以及每種細胞類型的分子表達模式。

2、連接圖譜

連接圖譜是表示腦中所有神經元相互之間連接關係的圖譜。「連接組」的繪製經常被拿來與對生物體中所有基因進行測序的項目——「基因組」繪製相比較。

3、活動圖譜

它指的是表示腦中與特定狀態相聯繫的所有神經元的放電模式的圖譜。只有當「連接組」的信息與「細胞類型圖譜」和「活動圖譜」的信息相結合，我們才能夠充分理解腦功能的神經環路基礎。實際上，我認為細胞類型圖譜將會先於或同時於連接圖譜，在不久的將來完成。

相關焦點

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    總結起來有三大目的：一、開發神經科學的創新型技術；二、繪製出人類大腦的動態圖譜；該計劃的三個基本原則：核心腦原則：從複雜系統的角度研究腦的觀念，為理解健康人和病人腦提供支持；合作原則：「核心腦」方法強調通過訓練和體系來提高合作的重要性；核心社區原則：通過增加資金規模來強化加拿大腦研究社群。
  • 全球七大"腦計劃"，中國腦計劃有望成為最大規模最前沿腦計劃
    總結起來有三大目的：一、開發神經科學的創新型技術；二、繪製出人類大腦的動態圖譜；三、開發出針對各類大腦疾病的治療方法；不過鑑於其主要成員有美國國防部和美國情報局，此計劃可能有其他一些不被公開的目的！該計劃的三個基本原則：核心腦原則：從複雜系統的角度研究腦的觀念，為理解健康人和病人腦提供支持；合作原則：「核心腦」方法強調通過訓練和體系來提高合作的重要性；核心社區原則：通過增加資金規模來強化加拿大腦研究社群。
  • 中國腦計劃的研究進展
    當前，我國已經把腦科學研究列為了「事關我國未來發展的重大科技項目」之一。中國腦計劃如何實施？具體的研究方向和側重點成為了我國需要著重思考的問題。認知科學研究在認識過程中信息是如何傳遞的，研究認知過程及其規律，從而揭示腦和神經系統產生心智的過程。認知科學主要涉及的內容有感知覺、注意、記憶、語言、思維與表象、意識等。這些認知活動的機制研究是腦計劃的實施基礎，在此基礎上可更好的運用到對疾病的研究和人工智慧化的開發。如中科院的腦研究聚焦在腦功能聯結圖譜上，它是探索腦疾病工作原理、揭示腦疾病發生機制、發展腦式計算的必由之路。
  • 中國腦計劃破土,投資規模將數量級飛躍
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  • 目前日本經濟的三大支柱產業是什麼?
    20世紀八九十年代，日本的經濟還曾經一度有趕超美國的態勢，直到2010年，日本GDP才被中國超越。此時，日本在世界老二的位置上坐了幾十年。2018年日本GDP達到4.971萬億美元，穩居世界第三。在日本的GDP的構成中，第一產業（農業）佔GDP的比重不到5%，第二產業（工業）佔GDP的比重為25%，而第三產業（服務業）佔GDP比重超過70%。
  • 中國兒童標準腦結構發育圖譜
    因此，繪製我國兒童特有的「腦發育圖譜」、建立兒童腦發育圖譜的「中國標準」，十分必要。在本研究中，他們基於328名認知正常中國兒童（6至12歲）的高質量磁共振腦影像數據，採用嚴格規範的圖像處理與質量控制流程，通過無偏迭代的模板圖譜生成算法，構建了中國兒童標準腦結構圖譜集（CHN-PD）。這些圖譜包括左右非對稱和對稱類型的標準頭/腦T1像結構模板、T2像結構模板以及對應的腦組織分割圖譜。
  • ...人工智慧:與其坐等認知科學家「猜謎」,不如直接繪製大腦結構圖譜
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    匯創新 | 「中國人腦圖譜研究科創平臺」在滬發布，描繪大腦「地圖」 2020-09-09 17:34 來源：澎湃新聞·澎湃號·政務
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