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中國網/中國成長門戶網訊 美國“腦打算”（Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies，BRAIN Initiative）是由白宮迷信技巧政策辦公室倡議的一項當局與平易近間結合支撐的研討打算，被稱為美國推動對人類年夜腦效能全體懂得的“登月打算”。美國“腦打算”經由過程推進立異神經技巧展開年夜腦研討，旨在研討年夜腦的任務機制以徹底更換新的資料人類對年夜腦的懂得，繪制年夜腦靜態圖譜以顯示單細胞在復雜神經回路中的時空互作，以及針對無法治愈的年夜腦疾病開闢新療法。美國“腦打算”的奇特性是以研討安康年夜腦的任務機制為重要迷信目的，而不限于對特定疾病的重點追蹤關心，經由過程摸索堅持群體個性和特性背后的神經迷信機制，終極進步人類對本身的認知。美國“腦打算”在計謀計劃布局、實行進度設定、重要研討標的目的、項目組織治理等方面做了大批周到而細致的任務，使其安穩進進茁壯生長的新階段，具有較高的鑒戒價值。文章盼望經由過程先容美國“腦打算”，為以後我國腦打算的新啟航供給一些無益的啟發和思慮。
組織實行停頓
美國“腦打算”自2014年啟動，顛末近10年成長，由以美國國立衛生研討院（NIH）為焦點構建自上而下的多條理組織治理收集，贊助展開了一系列科研項目，獲得了一系列注視成績。其在2019年后的新成長階段布局和陸續啟動的一系列年夜型變更性腦迷信項目將發生主要數據資本，為疾病診治供給強盛的常識平臺和技巧支持，終極將加快美國“腦打算”目的的完成。
成長過程
2011年9月，在美國科維理基金會、艾倫腦迷信研討所和蓋茨基金會配合援助的會議上，美國哥倫比亞年夜學神經技巧中間主任拉斐爾・尤斯特提出美國“腦打算”雛形：經由過程開闢新技巧追蹤年夜腦效能銜接運動。2013年4月，時任總統奧巴馬宣布啟動“腦打算”，以加速新技巧的開闢和利用，繪制出年夜腦中每個神經元的每個舉措，并在后續顛末了相干學科迷信家集中征集看法和反復爭辯。2014年6月，NIH“腦打算”任務組提出了“以完成迷信性和倫感性愿景為目的”的“腦打算”計謀陳述《2025年腦迷信：一個迷信愿景》（BRAIN 2025: A Scientific Vision，BRAIN 2025），誇大重視立異技巧在神經迷信、神經體系疾病研討等方面的利用。2019年10月，“腦打算”2.0（BRAIN 2.0）任務組提出了中期計謀陳述《美國“腦打算”2.0：從細胞到神經回路，再到醫治》（The BRAIN Initiative®2.包養網 花圃0: From Cells to Circuits, Toward Cures，BRAIN 2.0），進一個步驟明白將來腦迷信研討的優先事項和投資事項（表1）。2022年9月，美國“腦打算”啟動部門BRAIN 2.0項目：細胞圖譜收集（BICAN）和可用于精準拜訪腦細胞的裝備，其目的是加大力度對年夜腦細胞類型及其拜訪東西的懂得，以輔助進一個步驟解碼年夜腦復雜的任務機制。
組織治理
美國“腦打算”是一項“自上而下”design的國度型迷信成長計劃，分為計謀計劃和組織實行兩個條理（圖1）。①計謀計劃層面。NIH作為美國“腦打算”的依托單元，其院長弗朗西斯·柯林斯作為美國“腦打算”的引導者，主導全體計謀計劃和中期計謀陳述的制訂和實行。NIH院長牽頭召集範疇內頂級迷信家組建NIH院長徵詢委員會（ACD）的“腦打算”高等別任務組2.0，內設“腦打算”神經倫理亞組，作為中堅氣力和軍師團掌舵“腦打算”的計謀標的目的與落地實行。此中“腦打算”高等別任務組2.0擔任在BRAIN 2025陳述框架下評價“腦打算”停頓，明白用于解析腦回路任務機制的要害東西和需連續贊助的有價值研討範疇；“腦打算”神經倫理亞組擔任評價以後研討相干的社會倫理影響，為美國“腦打算”制訂神經倫剃頭展道路圖。②組織實行層面。NIH共有10個研討所/中間（ICs）作為“腦打算”的治理主體，各個ICs代表與聯邦成員代表等組建“腦打算”多理事會任務組和神經倫理學任務組，ICs擔任治理美國“腦打算”的國會撥款，多理事會任務組擔任持久監視“腦打算”贊助項目標實行，并確保“腦打算”的成長標的目的不偏離BRAIN 2025的持久愿景，擔任在發布贊助通知佈告前對新項目停止“初步”概念審查，并確保“腦打算”的一切ICs徵詢委員會知悉“腦打算”的項目贊助及其停頓情形，以便于其停止二次審查和正式批復；神經倫理學任務組擔任明白研討中的倫理題目和猜測倫理挑釁，向研討職員供給倫理學徵詢，贊助神經倫理研討項目和發布倫理題目指南。
贊助項目
已有贊助項目。美國“腦打算”贊助的科研項目包含贊助機遇（funding opportunities）類和贊助獎（funded awards）類。①贊助機遇類項目。以“贊助機遇通知佈告”（funding opportunity announcements，FOAs）情勢發布。官網數據顯示，截至2022年10月，67項FOAs處于開放狀況，200項FOAs已停止。NIH既是美國“腦打算”的治理機構，也是項目重要贊助機構，其他贊助機構包含美國國度迷信基金會（NSF）、美國諜報高等研討打算局（IARPA）、美國國防部高等研討打算局（DARPA）、美國西蒙斯基金會和美國科維理基金會，此中NIH贊助的FOAs多少數字最多，其次為NSF（表2）。②贊助獎類項目。合計1137項，從2014年起贊助項目多少數字逐年遞增，直至2018年達峰，2019年稍有回落，從2020年起持續堅持上升趨向（圖2）。前15位承研機構以高校為主，此中美國斯坦福年夜學（承研項目42項）高居榜首，美國麻省理工學院和麻省綜合病院（承研項目均為36項）位居其次，美國艾倫腦迷信研討所（承研項目26項）和冷泉港試驗室（承研項目20項）亦位列此中（圖3）。
擬展開項目。依據BRAIN 2.0成長計劃，下一個步驟將推動以下5個可發生主要數據資本的年夜型項目：①“為熟悉腦效能和腦效能妨礙性疾病供給細胞特異性處理計劃”項目。完成可永遠標誌任何生物體的細胞群，經由過程把持特定細胞類型可逆調控細胞效能。②“人腦細胞圖集”項目。旨在天生一個年夜數據量和高精度的全人類年夜腦細胞圖集。③“小鼠年夜腦的銜接組學”項目。周全繪制全部小鼠年夜腦的空間銜接圖，以完成腦回路從“突觸”到“效能調控和行動”的跨越式研討。④“基于神經回路的療法”項目。經由過程高時空精度干涉特定神經回路，完成年夜腦效能的持久轉變，以緩解神經精力類疾病癥狀。⑤“記憶和離線年夜腦”項目。從突觸到全腦收集多個標準，在神經運動和行動丈量之間樹立聯繫關係，樹立年夜範圍神經運動圖譜，解析年夜腦從分歧的記憶體系中檢索和應用信息的機制。
重要學術成績
截至2022年10月，美國“腦打算”自啟動以來合計頒發學術論文1248篇。應用Bibexcel軟件停止文獻計量，Pajek軟件停止文獻要害詞聚類剖析，Vosviewer軟件停止可視化，獲得美國“腦打算”論文要害詞共現收集圖譜（圖4）。成果表白，以下7類要害技巧分辨作為每一類的最年夜節點，與其他節點共現的總頻次最高。
效能核磁共振（fMRI）。該聚類包含靜息態效能核磁共振（resting-state fMRI）、示蹤成像（tractography）、分散核磁共振成像（diffusion MRI）、效能性銜接（functional connetivity）、阿爾茨海默病（Alzheimer’s disease）和輕度認知傷害損失（mild cognitive impairment，MCI）等節點。以分子程度效能核磁共振成像為代表的新型效能核磁技巧成長敏捷，例如，麻省理工學院初次對神經遞質多巴胺展開分子程度效能核磁研討，該技巧可對光學手腕無法檢測到的活體年夜腦區域停止檢測，同時完成細胞標準丈量和無創性全腦成像。
深部腦安慰（deep brain stimulation， DBS）。該聚類包含帕金森病（Parkinson’s disease）、癲癇（epilepsy）、抑郁癥（depression）和腦電圖（EEG）等節點。美國“腦打算”推進了DBS技巧在抑郁癥個別化醫治中的利用。美國埃默里年夜學研討了對抑郁癥的DBS個別化醫治戰略，對胼胝體扣帶下區行高頻DBS醫治難治性抑郁癥（TRD）；美國凱斯西儲年夜學開闢了手術室利用軟件StimVision，易于圖像領導病人個別化平面定位體系中停止DBS電極靶向安慰，有助于新型DBS醫治抑郁癥的臨床途徑展開和電極靶向後果的術后評價。
神經調制（neuromodulation）。該聚類包含神經接口（neural interface）、經顱交通電（transcranial alternating current）、超聲聚焦（focused ultrasound）、電心理學（electrophysiology）等要害節點。美國“腦打算”重要贊助了新型非侵進性神經調制技巧及東西的研發，包含開闢和測試應用其他情勢能量且具有高時空辨別率的神經調制技巧，以及對現有神經調劑技巧的優化。美國加州理工學院經由過程效能性超聲波（fUS）的腦成像數據追蹤猴腦運動變更，聯合對應義務經由過程深度進修算法處置，從而解碼行動意圖。該方式對年夜腦運動記載的正確率高且對腦組織友愛，有助于中風、癱瘓等疾病醫治。
光遺傳學（optogenetics）。該聚類包含嗅球（olfactory bulb）、低級視覺皮層（primary visual cortex）、丘腦（thalamus）、鈣成像（calcium imaging）、雙光子顯微鏡（two-photon microscopy）等節點。光遺傳學技巧是調制神經元運動的強盛東西之一，美國“腦打算”贊助的新型光遺傳學技巧項目在對分歧神經元群體“多色”光遺傳把持方面獲得了嚴重停頓。勞倫斯利弗莫爾國度試驗室、密歇根年夜學和紐約年夜學的研討職員經由過程結合開闢一種構造更緊湊、可擴大和侵進性更小的柔性聚合物神經探針陣列，衝破了傳統光遺傳學技巧僅能經由過程單色光把持一種神經元類型的局限，有助于闡釋神經環路的細胞包養機制，為創傷后應激妨礙和阿爾茨海默病供給了潛伏醫治方式。
神經成像（neuroimaging）。該聚類包含神經元（neuron）、銜接組學（connectomics）和神經收集（neural networks）等節點。神經記憶學在年夜大都腦部疾病的醫治中施展了主要感化，人腦微不雅構造成像、構造—效能成像相干技巧成長敏捷。2020年，由IARPA贊助的美國“腦打算”項目MICrONS獲得了衝破性停頓。美國艾倫研討所開闢了一種經由過程高通量透射電子顯微鏡繪制神經元環路的主動成像管道，可支撐在跨腦區皮質微環路程度上獲取數據，該成像技巧的實用性較強，既實用于年夜型研討中間，也實用于小型自力試驗室。
效能成像（functional imaging）。該聚類包含平行成像（parallel imaging）、深度進修（deep learning）、圖像重建（image reconstruction）等節點。美國“腦打算”贊助開闢了高密度腦電圖等新型效能成像技巧，該技巧可完成靜態繪制電子訊號起源和年夜腦底層收集，將來能夠發生靜態效能成像範疇的新范式。由NIH、NSF、科維理基金會和DARPA結合贊助的集成神經光子學國際一起配合項目獲得停頓，該項目集成光學、電子學和光遺傳學的技巧停頓，在腦組織疾速深度效能成像方面顯示了宏大利用潛力，能夠完成對特定腦區主要構造的運動停止深度密集記載。
組織工程（tissue engineering）。該聚類包含生物資料（biomaterials）、生物工程（bioengineering）和神經創傷（neurotrauma）。活性生物電極的design和引進年夜年夜下降了腦機接口存在的連續排異反映，改良了神經活性界面的有用性。美國賓夕法尼亞年夜學開闢了一種由微型水凝膠柱組成的微組織工程化神經收集（micro-TENNs），其奇特性在于，微型水凝膠柱由一系列生物資料組成，具有可控的機械和生物學特徵，可引誘神經元和軸突在細胞外基質的支撐下構成軸突束擺列的三維“模仿年夜腦神經收集”，可用于神經修復與再生。
美國“腦打算”實行特色剖析
美國“腦打算”自啟動以來，經由過程緊前布局總體計謀愿景框架、安排細化研討標的目的、重視跨部分和多地域一起配合、營建多學科融會和倫理品德包管的科研周遭的狀況，使得項目穩步推動，在中期停止了計謀過度調劑，明白了新階段的重點標的目的和遠近目的，使其在進步前輩技巧開闢和腦病醫治等範疇獲得了一系列引領性立異。
重視以成長進步前輩技巧為切進點
美國“腦打算”提出，技巧自己及其衍生出的一系列東西將有助于熟悉神經體系在安康和疾病中施展的感化，這也是完成BRAIN 2025愿景的最佳方法。美國“腦打算”贊助的研討論文以效能核磁、深部腦安慰、光遺傳學等進步前輩技巧為研討主題，將其轉化為人類熟悉年夜腦和腦病醫治的有效東西，凸顯了美國“腦打算”對成長進步前輩技巧的器重。該打算經由過程發布“優化和驗證新型神經迷信技巧和方式（PA-18-871和PA-18-870）”的贊助機遇類項目等方法，積極推動立異型神經技巧的開闢，在優先研討範疇內獲得諸多技巧衝破。在細胞程度，經由過程開闢基于病毒載體的CRISPRs和TALENs，或基于非病毒載體的抗體靶向脂質體，增進面向特異細胞的轉基因技巧開闢，進步將外源基因序列整合至基因組的效力。在植物程度，聯合古代染料示蹤技巧、遺傳標誌及全體成像技巧（如美國斯坦福年夜學研發的衝破性年夜腦透視技巧CLARITY），為研討神經元之間的長間隔銜接和神經環路，樹立完全、真正的的年夜腦構造三維圖像供給了能夠性。
激勵跨部分協同推動“腦打算”實行
美國當局激勵美國國度機構、學術研討組織、非營利性基金會及企業跨部分協同一起配合、配合推進，構建了多元一起配合組織治理形式，以順遂推動“腦打算”。西蒙斯基金會、艾倫腦迷信研討所、FDA、IARPA、科維理基金會、NIH、NSF和電氣與電子工程師協會腦技巧社區（IEEE Brain）配合組建了“腦打算”同盟（BRAIN Initiative Alliance，BIA），無力推動了“腦打算”成員之間的跨部分協同。由基金會、年夜學、12家企業和2個社會集團組織組成的非聯邦機構，在推進“腦打算”高新技巧研發和結果轉化方面施展了主要感化。例如，科維理基金會作為“腦打算”倡議者之一，經由過程與白宮溝通推動“腦打算”成形、在“腦打算”框架下投資組建神經迷信研討所和每年供給約400萬美元經費以贊助“腦打算”項目等方法，對美國“腦打算”有不容小覷的助推感化。
樹立數據尺度和數據共享平臺
為實在推進多學科穿插和新技巧開闢，美國“腦打算”器重樹立同一尺度化的研討數據，以數據尺度化、數據可應用化為目的，經由過程設置“相干數據尺度的研討和制訂”研討項目（RFA-MH-20-128），制訂數據尺度，樹立可包容多個研討團隊數據的存儲架構，以及開闢數據剖析和可視化軟件，終極構建構成“腦打算”的信息架構。美國“腦打算”官網實時分送朋友腦迷信最新研討結果，艾倫研討所以brain-map.org網站作為共享平臺，向迷信家和大眾供給人腦數字圖譜集；美國“腦打算”贊助的年夜型一起配合項目細胞普查收集（BICCN）樹立了一個周全的年夜腦細胞類型資本平臺，可經由過程分子程度、剖解學和效能學多個維度對別傳播和共享魚、小鼠及人類的年夜腦細胞數據。此外，美國“腦打算”制訂了清楚開放的數據共享機制，包含：來自美國“腦打算”贊助項目標數據必需在期刊初次頒發時公然分送朋友；數據應以尺度格局存儲于NIH保護的中心辦事器上，數據尺度觸及數據搜集、應用、貯存和拜訪多個環節；盡能夠多地存儲原始數據，將結果恰當分派給數據采集者等，有用進步了成員單元的協作效力。
應用全球資本普遍展開國際一起配合
跟著美國“腦打算”研討的不竭深刻，美國越來越器重國際一起配合對于常識共享和結果轉化的主要感化，繼而在多個國度之間展開全球性的項目一起配合。美國“腦打算”的國際成員包含澳年夜利亞安康與醫學研討委員會、加拿年夜腦基金會和丹麥靈北腦迷信基金會等。美國“腦打算”啟動以來，美國與全球多個國度結合頒發科研論文，與中國、韓國、德國、英國、以色列和澳年夜利亞等國度樹立了親密的一起配合關系（圖5）。包含中國迷信院北京基因組研討所、清華年夜學-北京年夜先生命迷信結合中間、鄭州年夜學等多個中國科研機構與美國在神經遞質的熒光探針design、構建輕度認知傷害損失的年夜腦收集等標的目的一起配合頒發多篇研討論文。特殊在神經聯絡圖譜研討方面，華中科技年夜學Britton Chance生物醫學光子學研討中間駱清銘團隊努力于生物醫學光子學高速腦成像新技巧方式研討，其發現的雙光子鈣成像方式（如高辨別熒光電子訊號微光學分層成像法HD-fMOST）可完成在單個神經元程度的全腦效能投射成像，其取得NIH贊助并與美國試驗室一起配合展開了大批研討任務，在小鼠年夜腦的基礎收集（皮質—基底神經節—丘腦—皮質神經環路）、小鼠低級活動皮層的剖解學研討、單個神經元形狀多樣性與細胞類型界說等方面獲得衝破性停頓。此外，駱清銘團隊還介入了美國“腦打算”細胞普查收集（BICCN）項目標研討，對哺乳植物低級活動皮層展開多形式細胞普查并繪制圖譜。
美國“腦打算”贊助獎項目除分布于美國外鄉，還有部門位于英國（倫敦年夜學學院）、法國（皮埃爾和瑪麗居里年夜學、艾克斯-馬賽年夜學）、德國（慕尼黑產業年夜學、馬克斯普朗克神經生物學研討所）、荷蘭（烏特勒支年夜學醫學中間）和以色列（以色列特拉維夫年夜學、耶路撒冷希伯來年夜學）等，上述項目應用歐洲年夜腦研討基本舉措措施EBRAINS供給的開放性的盤算東西、模子和數據，整合跨學科的腦迷信資本，樹立實際框架，加深了對神經認知的懂得。
相干啟發
2016年4月6日，我國正式批復“科技立異2030—‘腦迷信與類腦研討’嚴重項目”立項。若何掌握以後腦迷信成長的計謀機會，培養和儲蓄在神經迷信和類腦研討尖端科技範疇的立異才能，是以後面對的主要挑釁。美國“腦打算”的成長形式對我國腦迷信研討的立異才能打造和高東西的品質研討結果產出具有必定參考意義。
緊貼國度計謀需求加大力度頂層design
頂層design對于年夜迷信打算的順遂實行和結果交付具有無足輕重的感化。NIH提出的全體計謀計劃陳述（BRAIN 2025）和中期計謀陳述（BRAIN 2.0）對“腦打算”在分歧時代的實行停止了計謀計劃，明白了優先研討範疇，并制訂了短期和持久計劃，構成了計劃制訂、實行履行、監測評價和更換新的資料迭代國度技巧計謀鏈條。美國高端智庫還發布系列計謀陳述，如波托馬克政策研討所于2013年4月發布的《神經技巧將來研討：21世紀引領經濟反動的神經迷信和技巧成長道路圖》等，也對美國腦迷信成長道路圖的構成施展了主要計謀引領感化。
是以，提出以下提出：我國腦迷信範疇的立異成長，應緊貼“安康中國”計謀需求，可鑒戒美國“腦打算”計謀制訂、實行和監測的形式，并參考“美國國度科技計謀”的實行政策道路圖，完美合適我國國情的腦迷信技巧計謀框架，進一個步驟晉陞我國科技項目標頂層design和體系策劃才能；招募多範疇跨學科迷信家評價我國腦迷信相干技巧的成長近況，剖析成長趨向、機遇和挑釁等要害要素，并對完成計謀目的和優先成長事項提出提出；樹立健全可重復、通明的監測和評價法式，將靜態評價成果作為新階段計謀修訂的根據，輪迴迭代，以使計謀順應技巧提高的新趨向。
重視并鼎力成長腦迷信相干生物原創技巧
科技立異是制勝將來的決議原因，世界列國繚繞腦科技這一制高點的競爭日趨劇烈。美國“腦打算”提出以成長立異神經技巧東西為重要切進點，包含開闢標誌、記載和把持神經元和神經膠質細胞的東西、改良技巧，以從多個條理繪制神經環路圖、開闢用于年夜範圍監測神經運動的方式及可精準轉變神經環路靜態的干涉東西等。其贊助的美國“腦打算”細胞圖譜收集（BICAN）將能夠轉變后人停止神經迷信研討范式，立異研討結果的轉化還將引領神經體系疾病診療的新形式。我國也應器重并鼎力成長腦迷信相干生物原創技巧。
聯合我國以後正處于從技巧利用向原始立異的轉型成長要害期的基礎國情，提出以下提出：器重神經迷信實際基本研討。樹立對腦迷信新實際和新概念研討的持久贊助機制，還應重視腦迷信與信息技巧、資料迷信的聯合成長與迭代，打造腦迷信和類腦研討成長新范式，以實際研討立異推動對生物原創技巧的培養。加大力度靈長 TC:sugarpopular900
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