|
自1940年代以來,，美國曾開展了3個舉世聞名的龐大計劃——曼哈頓計劃,、阿波羅計劃和人類基因組計劃。這3個計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個龐大的計劃,，在“腦計劃”面前,，似乎相形見絀了。畢竟,，人類的大腦實在是太復雜了,。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,，并聽到地面上人們的交談,。人類的大腦有860億個神經(jīng)元，每個神經(jīng)元長滿了與其他細胞相連的突觸，如果把大腦表面的褶皺放大1000000倍,，你會看到一個由由不同形狀和大小的細胞組成的萬花筒,，它們分叉并相互接觸；再放大100000倍,，你會看到細胞的內部運作——每個細胞的微小結構,、它們之間的接觸點以及大腦區(qū)域之間的長距離連接。科學家們已經(jīng)為線蟲,、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始,。要想真正了解大腦是如何工作的，科學家們還需要知道大腦中存在的大約1000種細胞的每一種是如何使用不同的電信號相互交流的,。有了這種完整的,、清晰的圖譜，才能真能理解驅動人類思考和行為方式的神經(jīng)網(wǎng)絡,。2013年,，時任美國總統(tǒng)奧巴馬與美國國立衛(wèi)生研究院（NIH）院長弗朗西斯·柯林斯（Francis Collins）宣布啟動“腦計劃”（BRAIN Initiative），該計劃預計耗資超50億美元,，通過新技術探索大腦的遺傳學和生理學,，從細胞層面提高人類對大腦的認知。預計到2026年計劃結束時,，將為精神病學,、神經(jīng)退行性疾病和神經(jīng)發(fā)育障礙創(chuàng)造一個取之不竭的“金礦”。2021年10月7日,，Nature 一次性上線了16篇“腦計劃”（BRAIN Initiative）研究論文,，報告了這項雄心勃勃的計劃的階段性研究成果——在分子水平上全面繪制哺乳動物初級運動皮層細胞類型的特征,。這些研究成果有望幫助科學家們確定更合適的人腦疾病動物模型——例如帕金森病,、運動神經(jīng)元疾病和阿爾茲海默癥——具有共同的細胞特征。也有助于解釋神經(jīng)元和大腦回路如何參與人類的情緒,、行為和學習,，為更全面地了解人類認知能力奠定了基礎。大腦,，是宇宙中最復雜的高活性物質,，破解它的工作原理沒有靈丹妙藥，對其基礎硬件的了解有助于理解大腦神經(jīng)回路的原理,。“腦計劃”（BRAIN Initiative）是全球數(shù)百名研究人員之間合作進行,，它們組成了大腦神經(jīng)元細胞普查網(wǎng)絡聯(lián)盟，簡稱BICCN。目前,，BICCN聯(lián)盟已經(jīng)繪制了大約1%的小鼠大腦中的細胞類型,，并擁有一些關于靈長類動物大腦的初步數(shù)據(jù)，包括人類,。并計劃到2023年完成整個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微差異，這些差異可能有助于解釋人類對某些特定疾?。ㄈ绨柶澓ＤY）的易感性,。BICCN聯(lián)盟的基本見解包括比較三個物種——小鼠、狨猴和人類的初級運動皮層細胞,，初級運動皮層是大腦中負責熟練運動的部分,，這些發(fā)現(xiàn)將有助于揭示哪些細胞機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)建了一個圖譜，揭示了這三個物種的初級運動皮層中大約25個細胞亞類的位置,，詳細說明了這些區(qū)域的所有長距離神經(jīng)連接（軸突）,，這將有助于神經(jīng)科學家研究大腦如何進行運動控制的。 研究人員還深入了解了人類新皮層中的細胞如何在胚胎發(fā)育過程中獲得身份,。這些研究成果為科學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)開始創(chuàng)建一個遺傳“工具箱”,，利用特定細胞類型中基因表達的特征差異來標記和操縱這些細胞,。 科學家們希望能夠在未來幾年內繪制完成在線圖譜，詳細描繪繪小鼠大腦中每個細胞的類型和位置,，并且所有數(shù)據(jù)都將免費提供,。 從創(chuàng)建所謂的細胞普查到了解特定神經(jīng)元網(wǎng)絡正在處理的精確信息，這是一個巨大的飛躍,?？茖W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,。 “腦計劃”（BRAIN Initiative）已經(jīng)揭示了不同哺乳動物大腦基本細胞成分之間的高度進化保守性,。鑒于物種之間在進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,，因為我們已經(jīng)意識到動物模型在多大程度上提供了有關人類大腦的有用見解的挑戰(zhàn)。小鼠大腦擁有大約7000萬個神經(jīng)元,，而人類大腦擁有大約860億個神經(jīng)元,，每個神經(jīng)元都長滿了突觸,，使它們能夠連接到其他細胞。 這一計劃的重要參與者,、艾倫腦科學研究所所長曾紅葵教授表示,，即使是繪制人類大腦神經(jīng)網(wǎng)絡草圖，也至少需要50年時間,，但正如這些論文所顯示的那樣,，科學家們正在破譯大腦和創(chuàng)造工具方面取得重要進展，而這些工具有朝一日將解開人類獨特的認知屬性的秘密,。 https://www./articles/d41586-021-02661-whttps://www./articles/d41586-021-02660-xhttps://www./collections/cicghheddjhttps://www./immersive/d42859-021-00067-2/index.html
|
