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美国“脑计划”成就激动人心

2017-10-10 08:24 来源:科技日报

  自2013年4月以来,计划开展为期10年的美国“脑计划”(BRAIN Initiative)已实施4年多。时任总统奥巴马的话言犹在耳:“我们可以探索数光年外的宇宙,但对我们两耳之间3磅重的大脑知之甚少。”

  美国的“脑计划”最新进展如何?带着这一问题,科技日报记者日前以电子邮件方式采访了美国国立卫生研究院(NIH)的埃德蒙·塔利博士和崔长海博士。作为“脑计划”协调委员会主要负责人之一的埃德蒙·塔利博士对记者的问题做了主要回答。

  记者:作为“脑计划”研究的主要机构,NIH提出了更加具体的报告——《2025年脑科学:一个科学愿景》。现在,美国“脑计划”科研最新进展如何?未来关注哪些领域?

  答:对于“脑计划”而言,这是激动人心的一年。因为我们正从前三年的试点项目,转向对该计划的持续、全面的研究。我们专注于“‘脑计划’2025”报告中列出的5个具体领域,它为我们追求的目标提供了策略和详细指南,包括绘制神经回路,了解神经活动如何对认知、情感、感知和行为进行编码,以及其在健康和疾病情况下的作用。

  今年,我们重点关注三个主要领域:

  第一,通过基因表达、形态和连通性来对大脑细胞进行分类,此分类将为我们提供一个神经回路“组成部分列表”。到2021年,我们将完成对老鼠大脑细胞类型的全面普查,同时也计划在接下来几年内,资助更多的试点项目,对人类和非人类灵长类动物的大脑细胞进行分类研究。

  第二,发展人脑成像技术,主要是磁共振成像技术。我们有选择地资助了几个可以进行全面仪器生产的项目,目标是获得更高的灵敏度、更精确的分辨率、更高的可移动性和更低的成本。预计明年将资助一批可以进行仪器生产的项目,包括尚在早期发展阶段的技术,如超声成像技术和下一代近红外光谱技术等。

  第三,我们还准备资助多个研究团队,用最新的生理和解剖技术,来确定特定神经回路对行为的影响。这些项目将在不同的物种中进行,从可以进行全面大脑记录的果蝇和斑马鱼,到有着与人的神经回路相似的啮齿类动物和非人类灵长类动物。这些团队有多个研究项目,还配备技术开发核心实验室和数据科学团队,能够管理数据,进而开发数据分析新工具。

  当然,我们也在继续资助技术开发项目。目前我们正在资助为期5年的“脑计划”科研项目,将在更广泛意义上理解特定的神经回路;还要继续投资可以用于治疗的下一代深度脑刺激技术(DBS),其中有十几个项目是针对各种神经类障碍,比如抑郁症、原发性癫痫和失明等。这些对神经技术项目的投资,将增加治疗脑部疾病所必需的基础知识。

  记者:目前脑科研成果中,哪些是具有潜在革命性影响的突破?

  答:对这个问题的简单回答是,我们对于神经回路如何处理信息和脑部疾病是由于神经回路出了什么问题了解甚少。“脑计划”发现的技术和基础信息将对我们理解和治疗多种脑部疾病产生深远的影响。

  理解神经回路需要我们转变此前的研发路径范式。我们更需要研究大量神经元组合的协调活动是如何编码、存储和检索信息的,而不是研究单个神经元。“脑计划”正在开发相关技术来达到这个目标,我们已经预见到即将获得的各种最新见解,这令人非常兴奋。

  记者:企业如何参与到脑疾病治疗方法研究的进程中?

  答:从治疗角度来看,对于某些脑功能障碍疾病,如帕金森病和癫痫疾病,我们已经从机制上理解了脑神经回路是如何被破坏的。现在,已经批准的“深度脑刺激技术”,为治疗精神障碍、麻痹症和失明等,提供了更好的方法和新的研究起点。由于植入设备固有的风险,推广起来很困难,因此,我们与开发下一代设备的企业合作,并将他们的相关数据存储在美国食品和药品管理局,从而大大减少了新研究面临的监管负担。

  除了更精确的刺激功能外,新设备还能够同时记录电信号,成为新型的“闭环深度脑刺激技术”。以癫痫为例,新设备将能“阅读”患者的大脑活动,并预测什么时候癫痫要发作,然后发出刺激脉冲以防止发病,让患者过上正常生活。

  此外,我们正在为各种疾病的早期临床试验提供资金,以扩大这些设备的应用覆盖面,未来4—5年内,我们将了解到哪些疾病可以用这些设备进行大型临床试验。

  记者:美国“脑计划”科研如何与中国脑研究进行国际合作?

  答:我们一直与来自世界各地的大脑研究项目团队保持密切联系,以确保充分利用潜在的协同效应和协作空间。

  我们已经看到,中国的脑研究方面出现了有意义的进步,整个神经科学研究不断发展,其中包括北京大学陈良怡团队的工作,他们开发了一种高速高分辩微型双光子显微镜,可以精确记录小鼠在自由活动中的脑活动;华中科技大学骆清铭团队开发的高通量双色成像方法,以细胞水平的高分辨率,对整个小鼠脑进行3D图成像和重建。

  应该说,美国国立卫生院在制定和实施“脑计划”方面受益于科学界的支持,这也是脑计划能得到美国国会支持的原因。从国立卫生院院长弗朗西斯·柯林斯决定发起“脑计划”起,一个由科学家和工程师组成的外部委员会,经过一年多的策划,提出了《2025年脑科学:一个科学愿景》重要报告。这个报告除了为广泛的目标提供启发性的愿景外,还为我们提供了应该注重哪些领域和哪些技术开发的详细指导。正是由于这些指导,使我们资助的一些项目很容易得到支持。他们的工作也对提升全球对大脑研究的热情作出了很大的贡献。

(责任编辑:王蔚)

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