張文韜/編譯

將思維停在此刻：通過(guò)BAM項(xiàng)目開發(fā)的新技術(shù)可以監(jiān)測(cè)巨大的神經(jīng)元集群，當(dāng)神經(jīng)興奮時(shí)，可以將其電路的靜態(tài)圖片變成活動(dòng)的

據(jù)《紐約時(shí)報(bào)》披露，奧巴馬政府?dāng)M在下一財(cái)年預(yù)算提案中推出一個(gè)大科學(xué)計(jì)劃項(xiàng)目——大腦活動(dòng)圖譜（BAM）計(jì)劃，旨在拓展人們對(duì)人類大腦健康或病理狀態(tài)的認(rèn)識(shí)。據(jù)悉，要完成這一據(jù)稱可與人類基因組計(jì)劃(HGP)比肩的項(xiàng)目需投入數(shù)十億美元。為此，《科學(xué)》雜志的“科學(xué)線人”欄目圍繞該項(xiàng)目的一些相關(guān)話題逐一進(jìn)行了解答。

什么是大腦活動(dòng)圖譜（BAM）

鑒于目前的進(jìn)展和技術(shù)手段，神經(jīng)科學(xué)家只能粗略地測(cè)量大腦活動(dòng)，包括正在使用的正電子發(fā)射斷層掃描（PET）技術(shù)和核磁共振成像（MRI）技術(shù)，也只能通過(guò)某些參數(shù)來(lái)監(jiān)測(cè)腦內(nèi)“被激活”的區(qū)域，或者測(cè)量單個(gè)或少量神經(jīng)元組的電活動(dòng)。在大范圍觀測(cè)上，PET和MRI缺乏精細(xì)的細(xì)節(jié)，只能獲得“模糊”的圖像；而聚焦于小簇神經(jīng)元時(shí)，就像是近距離關(guān)注局部而忽略了整體。研究人員普遍認(rèn)為，產(chǎn)生思維和知覺的大腦功能涉及幾千數(shù)百萬(wàn)神經(jīng)元，目前他們還不具備監(jiān)測(cè)這種神經(jīng)元集群的手段。他們同時(shí)認(rèn)為，若要獲得詳細(xì)的人類大腦活動(dòng)圖譜，則需要開發(fā)新的成像工具，而且首先必須從動(dòng)物模型入手。目前還不清楚BAM會(huì)繪制哪些狀態(tài)的圖譜。理論上，這些工具或模型有助于科學(xué)家了解諸如癲癇癥或精神分裂癥在大腦活動(dòng)中的一些異常。這些病癥通常被懷疑起源于大腦不同區(qū)域之間的異常神經(jīng)連接。

哪些機(jī)構(gòu)參與了BAM提案

美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院（NIH）很可能擔(dān)當(dāng)BAM提案的組織者。美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)（NSF)、美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）和白宮科學(xué)和技術(shù)政策辦公室（OSTP）也在參與促進(jìn)該提案的最終形成。其中，卡弗里基金會(huì)、艾倫腦科學(xué)研究所和霍華德·休斯醫(yī)學(xué)研究所（HHMI）已率先致力于BAM項(xiàng)目的推廣。今年1月，微軟、谷歌和高通公司就該項(xiàng)目的數(shù)據(jù)分析召開了一次研討會(huì)。

BAM提案產(chǎn)生的背景

2011年9月，由卡弗里基金會(huì)、艾倫基金會(huì)和蓋茨比基金會(huì)在英國(guó)共同主辦的一次研討會(huì)上，曾領(lǐng)導(dǎo)個(gè)人基因組計(jì)劃（PGP）的分子遺傳學(xué)家喬治·丘奇（George Church）和哥倫比亞大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)家拉斐爾·尤斯特 （Rafael Yuste）在會(huì)上掀起了波瀾，他們提出，借助新技術(shù)開發(fā)，開展一項(xiàng)大規(guī)模、協(xié)調(diào)一致的用以跟蹤人類大腦功能連接活動(dòng)的項(xiàng)目，直至對(duì)每個(gè)神經(jīng)元乃至軸突功能詳盡了解的條件已經(jīng)具備。盡管部分與會(huì)者對(duì)此表示質(zhì)疑，但該提案還是引起大家足夠的熱情，并在卡弗里基金會(huì)科學(xué)項(xiàng)目部副總裁全美永推動(dòng)下產(chǎn)生了BAM白皮書。在同年12月召開的一系列會(huì)議上，正式向NIH、DARPA和OSTP提出了這一項(xiàng)目。

次年1月6日，在加州圣莫尼卡舉行的卡弗里基金會(huì)未來(lái)研討會(huì)上，BAM項(xiàng)目作為一項(xiàng)主要議題被推向了一個(gè)新的高度；緊接著在《神經(jīng)元》雜志發(fā)表了實(shí)施該項(xiàng)目目標(biāo)的相關(guān)細(xì)節(jié)（主要集中在動(dòng)物研究上）。7月，OSTP在征集科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域有“巨大挑戰(zhàn)”或類似HGP項(xiàng)目時(shí)，全美永和其他《神經(jīng)元》論文合作者被要求簡(jiǎn)化他們的提案，更側(cè)重對(duì)人體的應(yīng)用。

BAM真的是關(guān)于人腦研究的

早期的BAM項(xiàng)目描述（例如《神經(jīng)元》論文中提及的）主要是著眼于動(dòng)物模型展開的。然而，在過(guò)去的幾個(gè)月里，經(jīng)過(guò)全美永及其同事與OSTP的溝通，提案則進(jìn)一步明確了人體應(yīng)用的重要性。尤斯特說(shuō)，在與OSTP、NIH的合作中，新版提案與病人護(hù)理有著更實(shí)際的聯(lián)系，真正促進(jìn)了團(tuán)隊(duì)朝著更富有“社會(huì)責(zé)任”的方向努力。

強(qiáng)調(diào)對(duì)人體的應(yīng)用，也可能會(huì)使人們對(duì)研究的實(shí)際范圍產(chǎn)生誤解。例如，《紐約時(shí)報(bào)》指出，科學(xué)家們打算十年內(nèi)構(gòu)建起人類大腦活動(dòng)的“全面地圖”；而現(xiàn)實(shí)是，BAM項(xiàng)目前期重點(diǎn)將主要集中在動(dòng)物模型上。HHMI執(zhí)行董事杰拉爾德·魯賓（Gerald Rubin）說(shuō)：“《紐約時(shí)報(bào)》的文章沒(méi)能很好的表述官方計(jì)劃?！濒斮e在一封郵件中寫道：“特別是出于科學(xué)和倫理的原因，第一個(gè)十年的大部分經(jīng)費(fèi)主要用于“模式生物”的實(shí)驗(yàn)。

BAM預(yù)計(jì)多久可以完成

BAM項(xiàng)目的規(guī)劃文件比《紐約時(shí)報(bào)》暗示的要保守得多。科學(xué)家們預(yù)計(jì)，五年后他們的監(jiān)測(cè)能力將達(dá)到或相當(dāng)于秀麗隱桿線蟲的整個(gè)大腦活動(dòng)，其中有302個(gè)神經(jīng)細(xì)胞和大約7 000個(gè)神經(jīng)連接；十年后，期望完成相當(dāng)于果蠅模型的全腦圖譜，約13萬(wàn)個(gè)神經(jīng)細(xì)胞；十五年后，將能夠觀察到斑馬魚的腦功能或小鼠大腦皮層的幾個(gè)區(qū)域。

NIH和其他聯(lián)邦機(jī)構(gòu)還沒(méi)有公布提案的詳細(xì)信息。然而，從《神經(jīng)元》和“科學(xué)線人”獲得的最新版本來(lái)看，全美永及其同事計(jì)劃將BAM項(xiàng)目分為四個(gè)階段：第一，著眼于研制新的成像工具，利用光線穿透進(jìn)入腦組織，以檢測(cè)或控制細(xì)胞的功能；第二，著力于研究下一代電子探針，便以同時(shí)監(jiān)控和處理大量的細(xì)胞；第三，創(chuàng)新納米技術(shù)，以記錄單個(gè)神經(jīng)元活動(dòng)；最后，像HGP一樣，研究開發(fā)數(shù)據(jù)共享和分析系統(tǒng)。

BAM最終成本將是多少

據(jù)《紐約時(shí)報(bào)》稱，科學(xué)家們希望能獲得超過(guò)十年、每年3億美元的經(jīng)費(fèi)資助，但沒(méi)有解釋這么做的原因。相比之下，HGP花費(fèi)了38億美元（NIH官員說(shuō)，在總統(tǒng)公布下一財(cái)年預(yù)算之前，他們無(wú)法對(duì)項(xiàng)目資金發(fā)表評(píng)論）。目前尚不清楚這些經(jīng)費(fèi)中有多少是來(lái)自對(duì)現(xiàn)有神經(jīng)科學(xué)項(xiàng)目的重組?？ǜダ锘饡?huì)每年將資助400～500萬(wàn)美元。HHMI和艾倫腦科學(xué)研究所正在做的相關(guān)研究將會(huì)是這一項(xiàng)目中的一部分。

BAM是否會(huì)引發(fā)爭(zhēng)議或通過(guò)

在紐約冷泉港實(shí)驗(yàn)室的神經(jīng)學(xué)家帕爾塔·米特拉 （Partha Mitra）看來(lái)，BAM中提出的許多創(chuàng)新手段，諸如深層滲透腦組織的新型光基技術(shù)如同“科幻小說(shuō)”。他認(rèn)為，該項(xiàng)目并沒(méi)有廣泛征詢神經(jīng)科學(xué)界的意見，不利于BAM的實(shí)施。而最近得到資助的歐盟 “人腦計(jì)劃”（HBP），就經(jīng)過(guò)了更多的公開討論，盡管也引發(fā)不少人的批評(píng)。

尤斯特指出，在啟動(dòng)HGP時(shí)，也曾遭遇過(guò)類似的情況。他強(qiáng)調(diào)，啟動(dòng)BAM項(xiàng)目可能比想像中更為困難和復(fù)雜，但我們需要這樣一個(gè)大的挑戰(zhàn)來(lái)激勵(lì)新工具的研發(fā)和多領(lǐng)域科學(xué)家之間的合作。作為一個(gè)領(lǐng)域，神經(jīng)科學(xué)“已經(jīng)長(zhǎng)大，舊衣服或以不合身了”。他希望，這一神經(jīng)科學(xué)項(xiàng)目將像其他大科學(xué)項(xiàng)目一樣，如HGP和國(guó)家納米技術(shù)計(jì)劃，給予自己領(lǐng)域的發(fā)展更多地關(guān)注。

發(fā)展神經(jīng)科學(xué)研究歷來(lái)是美國(guó)兩黨的共同興趣，但白宮是否已向國(guó)會(huì)提出擬建項(xiàng)目的討論目前尚不清楚。鑒于目前大多數(shù)科研機(jī)構(gòu)開始減少投入的背景下，如果政府削減開支再加上削減NIH預(yù)算的5.1%，很難確定NIH最終是否會(huì)把錢投入到一個(gè)新的大型項(xiàng)目中。