NIH拨款6亿美元，开启“脑计划”2.0时代

美国的“脑计划”（BRAIN Initiative）是一项已有9年历史、投入了24亿美元的神经科学项目，由奥巴马政府于2013年发起，旨在解析860亿个神经细胞及其彼此间形成的数以万亿计的连接，迄今已硕果累累。

项目发表的大量论文结合数百万神经细胞的遗传特征、形状、位置和电活动数据，确定了小鼠、狨猴以及人类的主要运动皮质区的100多种细胞类型。

而眼下，BRAIN计划即将追加大规模资金，升级至2.0版本。9月22日，NIH宣布将提供超过6亿美元资金用于“广泛而持续地推动”揭开人类大脑的奥秘，创建全世界最全面的脑图，并设计能将特定分子靶向特定脑细胞群的新方法。（预计到2026年，BRAIN计划的历史总投入会超过50亿美元。）

从索尔克研究所到杜克大学，再到麻省理工学院-哈佛大学的博德研究所，全美各地的科学团队都会参与到BRAIN 2.0中。若项目进展顺利，人类将有望回答关于复杂大脑的基本问题：

大脑中全部细胞的类型分别是什么？它们如何相互连接？疾病会令大脑的工作方式发生何种变化，对此我们又能做些什么？

到目前为止，事实证明上述问题很难回答明白；研究人员从个别研究里获得了一些信息，但要揭开大多数谜团，我们还得指望大规模、高投资、全方位的学术努力。

脑科学领域的人类基因组计划

艾伦脑科学研究所的神经科学家埃德·莱恩（Ed Lein）将BRAIN项目类比为脑科学领域的人类基因组计划：“我真的认为它就像人类基因组计划。我们现在有能力像定义基因一样定义细胞，这是全方位深入理解生物学和疾病的基础。”

BRAIN计划的主任、神经科学家约翰·奈（John Ngai）博士表示：“大脑是高度复杂的器官，就像一台超出人类现有认知的计算机。我们还无法理解其内在联系和组织原则，因此需要更好的工具（也就是BRAIN计划的目标）。”

BRAIN计划迄今已资助大约1200项研究工作，并产出5000份出版物；另一方面，脑计划的成果也切实改善了一些人的生活：

2021年，加州大学旧金山分校的研究人员破译了一名超过15年没说话的瘫痪男子的大脑信号，并利用他的说话意图生成了屏幕上的词语。

2021年11月，贝勒医学院的学者启动一项针对抑郁症病人的临床试验，测试深部脑刺激对患者的健康益处——该方法使用电震动（electrical jolts）来刺激大脑回路，已证明对帕金森病等疾病确有成效。

根据奈博士的说法：“上述成果都是基于10年前——甚至可能是5年前——的科幻小说概念的实验。”

大手笔的BRAIN 2.0旨在进一步开拓新成果。11项拨款将被用于创建一幅“包罗万象”的大脑图谱，一套描绘所有神经细胞及其组织方式的清单和地图。艾伦脑科学研究所将领导项目的一个关键部分：绘制人类以及狨猴和猕猴的全脑地图。

艾伦研究所所长曾红葵表示：“我们知道大脑皮层前部与脑干后部的神经元类型迥异。但不知道它们具体有何不同，也不知道其多样性程度。”

就现阶段来看，得到BRAIN资助的科学家已成功绘制小鼠大脑的图谱，并计划尽快发表这些成果。

寻找各类脑细胞的方位

科学家将借助众多尖端技术来研究人类及其他灵长类动物。

对于一部分研究者来说，一种被称为“空间转录组学”（spatial transcriptomics）的技术能帮助他们知晓不同细胞所在的位置。

施展此技时，研究者需先分解脑组织，分离出细胞核，再借助基因测序了解细胞中哪些基因是活跃的。科学家可通过对大量细胞进行空间转录组学分析，发现倾向于使用同组基因的细胞群，然后观察脑组织薄片，寻找这组被激活的基因，从而确定目标细胞所在位置。

根据莱恩的说法，上述工作是一项“大胆的任务”，因为人类的大脑比小鼠的大了3000倍，他们将使用来自大约6个人的尸检组织构建初始脑图，并计划公开此成果。

这足以带来一套基础版的大脑地图集，不过要想真正了解个体间神经差异，还须分析更多样本。

莱恩认为即便是初始脑图也足以帮助科学家探索未知——确定被某种神经系统疾病破坏的细胞类型，抑或找到可能致病的某种细胞，等等。举个例子，莱恩带领的团队正研究阿尔茨海默病患者大脑，并已确定于病中死亡或增加的细胞类型。

几十万个USB也装不下的脑数据…

索尔克研究所的专家将聚焦50个脑区，尝试了解它们如何随年龄增长而变化。研究负责人约瑟夫·埃克（Joseph Ecker）称，他们计划使用大约30个样本，样本来源包含从婴儿至七八十岁老者的各年龄段人群。

埃克团队会重点关注表观遗传变化。此类变化并不改变细胞的遗传密码，而以其他方式（包括对DNA的化学修饰，以及改变基因组的包装和组织形式等）控制基因表达。

“生命周期的每个阶段，都有可能发生影响这些细胞类型的疾病。我们希望了解正常大脑如何发育，以便将其与各种疾病状态进行比较。”

埃克另外指出，理解大脑基因调控背后的规则能帮助研究人员精确靶向特定的细胞类型——这也是BRAIN 2.0的另一大目标，要知道有7项拨款都用于开发可靶向特定脑区的实验工具。

除了上文介绍的绘制大脑图谱和开发靶向工具，BRAIN 2.0还有一项重大使命，那便是了解神经网络的连接阵列：相隔遥远的两块脑区内的细胞，彼此之间有着怎样错综复杂、千丝万缕的联系？

另一方面，BRAIN计划的科学家们面临一个极大挑战——如何处理并以清晰易懂的方式向公众展示自己的结果。要知道仅一个索尔克研究所的团队就可能产生11 PB的数据（1PB=1048576GB），足以填满近17.2万个USB驱动器。

用曾红葵的话说：“这将是我们最大的难题。不只难在是数据收集，也难在传达。”

资料来源：

NIH launches the next stage of its 'human genome project’ for the brain

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