曼哈頓計(jì)劃、阿波羅登月計(jì)劃和人類基因組計(jì)劃是人類歷史上劃時(shí)代的三項(xiàng)偉大科技創(chuàng)新計(jì)劃，每項(xiàng)計(jì)劃都帶動(dòng)了科技的全面創(chuàng)新，深刻改變了世界。

2013年4月2日，美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬宣布投入巨資啟動(dòng)“腦計(jì)劃”，這是繼人類基因組計(jì)劃之后的又一項(xiàng)重大科研計(jì)劃。奧巴馬說，“腦計(jì)劃”將給予科研人員所需資源，幫助他們獲取大腦運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下的動(dòng)態(tài)圖像。“我們?cè)谌祟惢蚪M計(jì)劃中每投入1美元，就會(huì)給美國(guó)經(jīng)濟(jì)帶來140美元的回報(bào)?，F(xiàn)在是自太空競(jìng)賽以來，美國(guó)的研發(fā)水平達(dá)到新高度的時(shí)候了?！?/p>

“腦計(jì)劃”是神經(jīng)科學(xué)和信息科學(xué)相互結(jié)合研究項(xiàng)目，是利用信息技術(shù)，對(duì)大量腦研究數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，繪制出腦功能、結(jié)構(gòu)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)圖譜，建立神經(jīng)信息學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)和神經(jīng)系統(tǒng)全數(shù)據(jù)的全球知識(shí)管理系統(tǒng)，以便從分子水平、細(xì)胞水平和腦整體系統(tǒng)水平來“認(rèn)識(shí)腦、保護(hù)腦和創(chuàng)造腦”。

腦組織主要由相互聯(lián)接的神經(jīng)元細(xì)胞組成。但科學(xué)界尚不了解大腦的工作機(jī)制，就連對(duì)只有302個(gè)神經(jīng)元的蠕蟲“腦”，也不能完全揭示其奧秘，對(duì)于高級(jí)動(dòng)物的大腦工作機(jī)制更是基本一無所知。當(dāng)前動(dòng)物研究的最高水平，是用磁共振成像探測(cè)約1000個(gè)神經(jīng)元，但人腦有1000億個(gè)神經(jīng)元。

近年神經(jīng)信息學(xué)正朝著建立全腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)圖譜的方向前進(jìn)。德國(guó)將大腦切成7400張20微米厚的切片，先后經(jīng)過染色、光學(xué)顯微鏡成像，使用兩臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)耗時(shí)42天處理數(shù)據(jù)，完成三維重建，下一步是對(duì)25納米的腦切片進(jìn)行電子顯微鏡圖像的三維重建；鈣成像技術(shù)將鈣分子相結(jié)合的基因工程蛋白質(zhì)注射到大腦內(nèi)，當(dāng)單個(gè)神經(jīng)元放電時(shí)，鈣分子將會(huì)流入細(xì)胞內(nèi)，進(jìn)而激活染料或蛋白質(zhì)；光遺傳學(xué)技術(shù)利用一束光線照射大腦，經(jīng)過光線照射后的神經(jīng)元會(huì)留下蛋白質(zhì)痕跡。這些方法可以在不介入大腦本身的情況下，獲得腦內(nèi)的神經(jīng)元關(guān)系。

迄今為止的神經(jīng)元探測(cè)技術(shù)均處于發(fā)展早期，而對(duì)科學(xué)界來說，更大的挑戰(zhàn)在于信息處理。

科學(xué)家估計(jì)，1立方毫米的腦組織電子顯微鏡數(shù)據(jù)量為2000TB ，人類大腦靜態(tài)數(shù)據(jù)量會(huì)高達(dá)200EB。與之相比，今天互聯(lián)網(wǎng)上的大數(shù)據(jù)甚至連“小數(shù)據(jù)”也算不上。而人類大腦活動(dòng)30秒產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)相當(dāng)于哈勃太空望遠(yuǎn)鏡終生獲得的數(shù)據(jù)。

因此，“腦計(jì)劃”的挑戰(zhàn)首先在于：當(dāng)前最先進(jìn)的信息技術(shù)都無法勝任，必須開發(fā)出儲(chǔ)存和分析這些宏大數(shù)據(jù)的新型工具?！澳X計(jì)劃”的一個(gè)重要挑戰(zhàn)是開發(fā)計(jì)算機(jī)語言，以更有效地利用超級(jí)計(jì)算機(jī)的潛力。由于數(shù)據(jù)實(shí)在太大，必須讓超級(jí)計(jì)算機(jī)對(duì)一些腦區(qū)的數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮，以提供資源給需要分析的問題。

“腦計(jì)劃”使得神經(jīng)科學(xué)和信息科學(xué)成為當(dāng)今科學(xué)研究的兩大熱點(diǎn)，兩大學(xué)科融合而成的神經(jīng)信息學(xué)位于醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、物理學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、數(shù)學(xué)與工程技術(shù)的交叉點(diǎn)。神經(jīng)信息學(xué)還將從信息處理的角度出發(fā)來研究人腦，研究神經(jīng)系統(tǒng)信息的載體形式、神經(jīng)信息的產(chǎn)生、傳輸與加工，以及神經(jīng)信息的編碼、存儲(chǔ)與提取機(jī)理等，并從系統(tǒng)和信息的角度出發(fā)，建立以生物學(xué)實(shí)際為基礎(chǔ)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。

“腦計(jì)劃”是人類共同的科技創(chuàng)新制高點(diǎn)。