腦科學技術研究是21世紀人類所面臨的重大挑戰。理解腦的工作機制,進而揭示人類智能的形成和運作原理,對人腦認知功能開發、模擬和保護,決定未來人口素質,搶佔國際競爭的技術制高點具有重要意義。科技發達國家和國際組織早已充分認識到腦科學研究的重要性,在既有的腦科學研究支持外相繼啟動了各自有所側重的腦科學計劃。
下面,小編來簡要介紹一些發達國家正在或醞釀實施的腦科學計劃。
美國創新性神經技術大腦研究計劃(Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies (BRAIN) Initiative)
2013年4月2日,美國時任總統歐巴馬宣布啟動「創新性神經技術大腦研究」計劃,旨在繪製出顯示腦細胞和複雜神經迴路快速相互作用的腦部動態圖像,研究大腦功能和行為的複雜聯繫,了解大腦對大量信息的記錄、處理、應用、存儲和檢索的過程,改變人類對大腦的認識。最終目的是產生對腦功能障礙的認識,幫助研究人員找到治療、治癒甚至防止老年痴呆症、創傷性腦損傷等腦部疾病的新方法。
圖1 美國BRAIN計劃資金支持逐年遞增(Martin Christopher L, Chun M. 2016. The BRAIN Initiative: Building, Strengthening, and Sustaining. Neuron 92:570-573.)
歐盟人類腦計劃(Human Brain Project)
2013年歐盟推出了由15個歐洲國家參與、預期10年的「人類腦計劃」。歐盟人類腦計劃的目標是開發信息和通信技術平臺,致力於神經信息學、大腦模擬、高性能計算、醫學信息學、神經形態的計算和神經機器人研究。側重於通過超級計算機技術來模擬腦功能,以實現人工智慧。
歐盟人腦計劃分為三個重要階段,分別是2013年10月至2016年3月的「快速啟動」階段,2016年4月至2018年8月的「運作階段」,以及最後3年的「穩定階段」。
圖2 人腦研究不同尺度的各種技術手段(Amunts K et al. 2016. The Human Brain Project: Creating a European Research Infrastructure to Decode the Human Brain. Neuron 92:574-581.)
2014年由日本科學家發起的神經科學研究計劃。該項目將在10年內受到日本教育部、文化部以及日本醫學研究與發展委員會共400億日元(約合3.65億美元)的資助。
Brain/MINDS由日本47家研究單位的65個實驗室組成,旨在通過融合靈長類模式動物(狨猴)多種神經技術的研究,彌補曾經利用嚙齒類動物研究人類神經生理機制的缺陷,並且建立狨猴腦發育以及疾病發生的動物模型。
圖3 轉基因的絨猴模型(Okano H et al. 2016. Brain/MINDS: A Japanese National Brain Project for Marmoset Neuroscience. Neuron 92:582-590.)
澳大利亞腦計劃(Australian Brain Initiative)
2016年2月澳大利亞腦聯盟正式成立,集合了澳大利亞國內包括澳大利亞神經科學學會和澳大利亞心理學會在內的神經科學和行為科學的研究團體的科學家們,為超過28個成員組織的腦研究項目提供支持。該計劃主要的路線包括:
(1)健康:通過揭示神經精神疾病的腦異常機制發展新的治療手段;
(2)教育:通過編碼神經環路和腦網絡的認知功能來幫助提高腦力成長;
(3)新工業:通過促進工業合作者和腦研究的結合研發新的藥物、醫療設備並發展可穿戴技術。
圖4 澳大利亞腦計劃結構示意圖(Richards Linda R et al. 2016. Australian Brain Alliance. Neuron 92:597-600.)
加拿大腦計劃(Brain Canada)
該項目最早於20年前由一個商業和科學組織來資助,目標是改變加拿大的腦研究現狀。該計劃的三個基本原則:
(1)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;
(2)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;
(3)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。
圖5 加拿大腦計劃的資金投入(Jabalpurwala I. 2016. Brain Canada: One Brain One Community. Neuron 92:601-606.)
韓國腦計劃(Korea Brain Initiative)
該計劃的核心是破譯大腦的功能和機制,調節作為決策基礎的大腦功能的整合和控制機制。該計劃還包括開發用於集成腦成像的新技術和工具。韓國腦科學研發工作集中在四個核心領域:
(1)在多個尺度構建大腦圖譜;
(2)開發用於腦測繪的創新神經技術;
(3)加強人工智慧相關研發;
(4)開發神經系統疾病的個性化醫療。
圖6 韓國腦計劃實施策略(Jeong S-J et al. 2016. Korea Brain Initiative: Integration and Control of Brain Functions. Neuron 92:607-611.)
中國腦計劃(China Brain Project)
中國腦計劃已醞釀多年,中國科學技術部與中國自然科學基金會組織的許多戰略
會議上的討論已經達成共識,認識到人類認知的神經基礎是神經科學的普遍目標,應作為中國腦計劃的核心問題。
中國腦計劃制定為15年計劃(2016-2030年),前五年與中國「十三五」國民經濟和社會發展規劃綱要相吻合,將面向世界智能科技前沿和「健康中國2030」的戰略需要,發展我國腦科學、類腦技術,從認識腦、保護腦和模擬腦三個方向展開研究,逐步形成以腦認知功能的解析和技術平臺為一體,以認知障礙相關重大腦疾病診治和類腦計算與腦機智能技術為兩翼的「一體兩翼」研究布局。
圖7 中國腦計劃研究布局(Poo M-m et al. 2016. China Brain Project: Basic Neuroscience, Brain Diseases, and Brain-Inspired Computing. Neuron 92:591-596.)