自1940年代以來(lái)，美國(guó)曾開(kāi)展了3個(gè)舉世聞名的龐大計(jì)劃——曼哈頓計(jì)劃、阿波羅計(jì)劃和人類基因組計(jì)劃。這3個(gè)計(jì)劃讓人類首次擁有核武器、登上月球，以及破解生命的天書。
而這3個(gè)龐大的計(jì)劃，在“腦計(jì)劃”面前，似乎相形見(jiàn)絀了。畢竟，人類的大腦實(shí)在是太復(fù)雜了。要想了解大腦是如何工作的，難度不亞于從太空中望向地球，并聽(tīng)到地面上人們的交談。人類的大腦有860億個(gè)神經(jīng)元，每個(gè)神經(jīng)元長(zhǎng)滿了與其他細(xì)胞相連的突觸，如果把大腦表面的褶皺放大1000000倍，你會(huì)看到一個(gè)由由不同形狀和大小的細(xì)胞組成的萬(wàn)花筒，它們分叉并相互接觸；再放大100000倍，你會(huì)看到細(xì)胞的內(nèi)部運(yùn)作——每個(gè)細(xì)胞的微小結(jié)構(gòu)、它們之間的接觸點(diǎn)以及大腦區(qū)域之間的長(zhǎng)距離連接。科學(xué)家們已經(jīng)為線蟲(chóng)、果蠅的大腦，以及小鼠和人類大腦的一小部分繪制了這樣的圖譜。然而，這只是人類探索大腦奧秘的開(kāi)始。要想真正了解大腦是如何工作的，科學(xué)家們還需要知道大腦中存在的大約1000種細(xì)胞的每一種是如何使用不同的電信號(hào)相互交流的。有了這種完整的、清晰的圖譜，才能真能理解驅(qū)動(dòng)人類思考和行為方式的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。2013年，時(shí)任美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬與美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院（NIH）院長(zhǎng)弗朗西斯·柯林斯（Francis Collins）宣布啟動(dòng)“腦計(jì)劃”（BRAIN Initiative），該計(jì)劃預(yù)計(jì)耗資超50億美元，通過(guò)新技術(shù)探索大腦的遺傳學(xué)和生理學(xué)，從細(xì)胞層面提高人類對(duì)大腦的認(rèn)知。預(yù)計(jì)到2026年計(jì)劃結(jié)束時(shí)，將為精神病學(xué)、神經(jīng)退行性疾病和神經(jīng)發(fā)育障礙創(chuàng)造一個(gè)取之不竭的“金礦”。2021年10月7日，Nature 一次性上線了16篇“腦計(jì)劃”（BRAIN Initiative）研究論文，報(bào)告了這項(xiàng)雄心勃勃的計(jì)劃的階段性研究成果——在分子水平上全面繪制哺乳動(dòng)物初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮層細(xì)胞類型的特征。這些研究成果有望幫助科學(xué)家們確定更合適的人腦疾病動(dòng)物模型——例如帕金森病、運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元疾病和阿爾茲海默癥——具有共同的細(xì)胞特征。也有助于解釋神經(jīng)元和大腦回路如何參與人類的情緒、行為和學(xué)習(xí)，為更全面地了解人類認(rèn)知能力奠定了基礎(chǔ)。大腦，是宇宙中最復(fù)雜的高活性物質(zhì)，破解它的工作原理沒(méi)有靈丹妙藥，對(duì)其基礎(chǔ)硬件的了解有助于理解大腦神經(jīng)回路的原理。“腦計(jì)劃”（BRAIN Initiative）是全球數(shù)百名研究人員之間合作進(jìn)行，它們組成了大腦神經(jīng)元細(xì)胞普查網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟，簡(jiǎn)稱BICCN。目前，BICCN聯(lián)盟已經(jīng)繪制了大約1%的小鼠大腦中的細(xì)胞類型，并擁有一些關(guān)于靈長(zhǎng)類動(dòng)物大腦的初步數(shù)據(jù)，包括人類。并計(jì)劃到2023年完成整個(gè)小鼠大腦的圖譜繪制。這些圖譜已經(jīng)暗示了物種之間的一些細(xì)微差異，這些差異可能有助于解釋人類對(duì)某些特定疾?。ㄈ绨柶澓ＤY）的易感性。BICCN聯(lián)盟的基本見(jiàn)解包括比較三個(gè)物種——小鼠、狨猴和人類的初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮層細(xì)胞，初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮層是大腦中負(fù)責(zé)熟練運(yùn)動(dòng)的部分，這些發(fā)現(xiàn)將有助于揭示哪些細(xì)胞機(jī)制在物種間是保守的。這將有助于研究人員建立最適合研究神經(jīng)退行性疾病的模式生物。
在這些階段性成果中，研究人員創(chuàng)建了一個(gè)圖譜，揭示了這三個(gè)物種的初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮層中大約25個(gè)細(xì)胞亞類的位置，詳細(xì)說(shuō)明了這些區(qū)域的所有長(zhǎng)距離神經(jīng)連接（軸突），這將有助于神經(jīng)科學(xué)家研究大腦如何進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制的。
研究人員還深入了解了人類新皮層中的細(xì)胞如何在胚胎發(fā)育過(guò)程中獲得身份。這些研究成果為科學(xué)家們提供了可視化和挖掘大量新數(shù)據(jù)集的工具。 此外，研究人員已經(jīng)開(kāi)始創(chuàng)建一個(gè)遺傳“工具箱”，利用特定細(xì)胞類型中基因表達(dá)的特征差異來(lái)標(biāo)記和操縱這些細(xì)胞。
科學(xué)家們希望能夠在未來(lái)幾年內(nèi)繪制完成在線圖譜，詳細(xì)描繪繪小鼠大腦中每個(gè)細(xì)胞的類型和位置，并且所有數(shù)據(jù)都將免費(fèi)提供。
從創(chuàng)建所謂的細(xì)胞普查到了解特定神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)正在處理的精確信息，這是一個(gè)巨大的飛躍?？茖W(xué)家們還不知道大腦如何處理并告訴我們饑餓或寒冷，或者創(chuàng)造一生記憶的感官信息流。
“腦計(jì)劃”（BRAIN Initiative）已經(jīng)揭示了不同哺乳動(dòng)物大腦基本細(xì)胞成分之間的高度進(jìn)化保守性。鑒于物種之間在進(jìn)食和繁殖等行為方面存在廣泛的遺傳重疊和相似性，這并不奇怪。但這也令人欣慰，因?yàn)槲覀円呀?jīng)意識(shí)到動(dòng)物模型在多大程度上提供了有關(guān)人類大腦的有用見(jiàn)解的挑戰(zhàn)。小鼠大腦擁有大約7000萬(wàn)個(gè)神經(jīng)元，而人類大腦擁有大約860億個(gè)神經(jīng)元，每個(gè)神經(jīng)元都長(zhǎng)滿了突觸，使它們能夠連接到其他細(xì)胞。
這一計(jì)劃的重要參與者、艾倫腦科學(xué)研究所所長(zhǎng)曾紅葵教授表示，即使是繪制人類大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)草圖，也至少需要50年時(shí)間，但正如這些論文所顯示的那樣，科學(xué)家們正在破譯大腦和創(chuàng)造工具方面取得重要進(jìn)展，而這些工具有朝一日將解開(kāi)人類獨(dú)特的認(rèn)知屬性的秘密。
https://www.nature.com/articles/d41586-021-02661-whttps://www.nature.com/articles/d41586-021-02660-xhttps://www.nature.com/collections/cicghheddjhttps://www.nature.com/immersive/d42859-021-00067-2/index.html
