我一直很好奇
这么常一段文字在实体纸本上我看的下去
在萤幕上就不行
※ 引述《s256988452 (莉莉奈♥)》之铭言：
: 脑启动计画（BRAIN Initiative）是美国在2013年起开始推动的一个十二年计画，将自
: 2014年至2025年号召政府及民间合作，发展新一代脑科学技术来探索脑的 祕密。在前一
: 篇（《科技报导》2014年7月号）〈脑启动计画初介〉一文中，本人已对其背景知识作了
: 一些介绍。自从今年六月美国国家卫生院（NIH）公布 了本计画的白皮书，近几个月来又
: 有一些新的发展，在此作进一步的介绍，并对此计画的实质内容补充说明。
: 神经科学领域最新发展
: 有关神经科学领域最新发展中最引人注目的，当然是10月6日瑞典卡罗琳学院（
: Karolinska Institute）发布的2014年诺贝尔生理与医学奖。本年度颁给了英国伦敦大学
: （University College London）的欧基夫（John O'keefe）以及挪威科技大学的艾德瓦
: ‧ 莫瑟（Edvard I. Moser）及梅‧莫瑟（May-Britt Moser）夫妇，来奖励他们对脑中
: 海马回以及内嗅皮质（entorhinal cortex）中空间定位系统相关神经细胞操作机制的重
: 要发现。比较少为人注意的还有9月11日，日本政府继欧盟、美国之后，也公布了国家神
: 经科学计画。 不同于欧盟的Human Brain Project 注重计算科学，美国脑启动计画注重
: 技术发展，日本的神经科学旗舰计画将焦点凝聚在绢狨（marmoset）的脑区连结及功能图
: 谱研究。预备在十年中对灵长 类脑内构造与机制，进行大规模整体性的研究。
: 脑启动计画的介绍
: 再回到脑启动计画的介绍。白宫在9月30日进一步发布了脑启动计画一年多来的进展。美
: 国国家卫生院（NIH）已公布了第一期计画通过名单。政府机构除了原 来的NIH、美国国
: 家卫生基金会（NSF）、国防高等研究计划署（DARPA）之外，食品药物管理局（FDA）以
: 及情报局也将加入，2015年经费加码至 两亿美元。
: 除了政府机构的支持，美国民间企业及基金会的投入也是不容小觑。大公司如奇异（GE）
: 、谷歌（Google）、葛兰素史克药厂（GSK），各大光学公司 等，都提出了具体支持计画
: 。民间组织如艾伦脑科学研究所（Allen Institute for Brain Science）、霍华德‧休
: 斯医学研究所（Howard Hughes Medical Institute）、科维理基金会（Kavli
: Foundation），以及一些著名的大学也成立了特殊计画来支持。
: 脑启动计画的七个目标
: 脑启动计画的实际目标是什么呢? 在“BRAIN 2025”白皮书中提出了七个目标，分别是：
: （1）辨识不同种类脑细胞的功能；（2）从多种尺度建立脑中神经网络连结图谱；（3）
: 同时纪录大批神经细胞活 性，观察在行为及认知中的脑的运作；（4）建立脑中活性与行
: 为及认知功能间的因果关系；（5）找出脑功能操作的基本原理；（6）推展人脑的神经科
: 学； （7）经由精进技术、脑科学实验以及理论发展，了解神经活性如何转变为认知、情
: 绪和行为。其中（6）、（7）可说是梦想的再宣示并加强与转译医学的联系， 脑启动计
: 画的实质目标就是（1）~（5）五项。以下就此五项作补充说明。
: 脑组织中有神经细胞和神经胶细胞。神经细胞可以依照神经传递物质分为麸胺酸类（
: Glutaminergic），γ– 胺基丁酸类（GABAergic）等等，其他分类的依据如细胞形状、
: 轴突投射、放电形式……等。神经胶细胞可以分为星状神经细胞（Astrocyte）、 寡树突
: 胶细胞（oligodendrocyte）、微胶细胞（microglia）等等。晚近因为发育生物学及神经
: 遗传学的突飞猛进，了解到细胞的基因表 现形式决定了细胞的形状、传递物质、放电形
: 式、甚至功能。因此在各区域脑组织中进行完整的细胞种类分类；并针对不同物种、不同
: 年龄、不同环境、各种疾病状 态下，各区域中脑组织中不同细胞的组成变化的详细了解
: ，实质可行，也将是在脑启动计画中可以先驰得点的部分。这个目标的基础分类工作，在
: 果蝇脑中已经快要 完成，但是在其他物种中还大有可为。可以想像不久的将来，我们可
: 以操弄特定脑区中的特定神经细胞，来改善特定的的神经精神疾病。
: 连接体（connectome） 研究起源于NIH 数年前利用扩散张量磁振影像（Diffusion
: Tensor Imaging）方法进行人脑各区域间连接研究的大型计画。分析的重点是大尺度的全
: 脑连结。中尺度的脑区与脑区之间细胞的连结，自二十世纪70年代发展出 正向及逆向追
: 踪剂后，已累计了五十年的资料。微尺度的神经细胞与神经细胞间每一个突触完整的连结
: ，也正在以电子显微镜切片观察，一点一滴的累积中。这些既 有的方法在近年中均有重
: 要的突破。例如各种“透明脑”的方法将神经组织透明化，辅以神经遗传法植入内生性萤
: 光，或以整块组织染色，可以进行全脑细部连结的 观察。电子显微镜的切片、成像、资
: 料攫取及分析技术也有重大进展，让高通量3D EM不再只是梦想。可以想像在十年计划中
: 我们不仅仅可以问神经精神疾病患者脑中大尺度连接体的变化，甚至我们可以知道哪一区
: 、哪一种神经细胞在那里的突触 连结产生了什么样特定的变化。
: 在前文中也介绍了多频道电生理纪录方法及多光子显微技术。前者利用长期植入脑中的多
: 根微电极，后者将侦测钙离子或膜电位的萤光蛋白基因转殖进入特定脑区， 来同时记录
: 数百个神经细胞在行为或认知功能当中的放电的情形。如何增加同时观察记录的神经细胞
: 数目，在神经网络操作时，在所有的关键脑区同时记录更多神经 细胞的操作？这不只是
: 电极微小化、3D化的问题。我们也将要面临资料量的剧增、分析方法的不适当的问题。本
: 目标其实是脑启动计画“看见脑中每一个细胞的每 一个动作电位”梦想中的核心目标，
: 但是这个目标由目前状况看起来，并没有办法看到隧道尽头的曙光。当然配合神经遗传方
: 法及各种尺度的方法我们可以预测在十 年计画后，我们将对在各种行为及认知功能中，
: 各种不同种类的脑神经细胞的活性变化，有更充分地了解。在神经计算科学的协助下，我
: 们可以发展出一些新的资料 撷取及计算方法，来协助脑机接口连结（Brain-Machine
: Interface），进而对神经网络的操作有更深一层的理解。
: 电刺激、化学刺激、化学药剂的暂时抑制以及长时间抑制，是传统上神经科学用来探讨脑
: 区与行为间因果关系的方法。在前文中介绍的光遗传学方法 （Optogenetics）则是近十
: 年来新发明的方法，可以在脑中特定区域于特定时间留下神经活化的印痕，再以适当的光
: 刺激重现或抑制，因此可以操弄特 定的神经细胞，探讨特定脑区中特定种类的神经细胞
: 与行为或认知情绪功能间的因果关系。新发明的化学或药物遗传学方法 （
: Chemogenetics/Pharmacogenetics）则是在动物脑中的特定细胞中殖入特殊受体分子。这
: 些受体分子的配体（ligand）并 不存在生物体内。在特定时间中在脑中注入这种配体，
: 即可兴奋或抑制这些被基因转殖改变了的神经细胞。这样的方法除了可以大范围的影响散
: 布在不同脑区中的同 类神经细胞，也可以用来研究各种神经胶细胞的功能。
: 在物理学化学领域中，理论科学早已与实验科学分庭抗礼、互补互成。但是生物医学一直
: 是“Dirty Science”。理论科学如何能在充满变量、充满噪声，例外就是家常便饭的生
: 物医学领域里发展呢？神经科学就是一块肥沃的土壤。如前述数千、数万个神经 细胞在
: 毫秒的时间中不断的变化，但是行为或情绪却持续数分钟、数小时；又如连接体研究中恒
: 河沙数的突触，以各式各样的方法连接在一起，究竟如何操作？这些 大资料非常需要统
: 计学家、生物资讯学家以及计算科学学家的参与，才能找到其中基本的操作原理。如同理
: 论物理由实验数据中找出原理原则，产生新的推论，再由 实验物理来进一步验证，产生
: 新的数据。周而复始、不断推进。未来神经科学也需要进展到同样的境界。
: 脑启动计画的梦想是“Map the activity of every neuron in the human brain”。实
: 际神经科学现况与这个梦想是天差地远，但是我们也可以回头看看人类基因体计画当年的
: 梦想是“Complete mapping and understanding of all the genes of human beings”
: 。这个梦想到今天为止仍然是个梦想。但是这个梦想引导著后基因体时代的所有相关研究
: ，发挥着极重要的影响。同样的，脑启动计画的梦想可以作 为神经科学领域的标竿，引
: 领着我们未来的研究。
: 延伸阅读
: 1. BRAIN 2025:A Scientific Vision, National Institute of Health, USA, 2014.
: 2. Okano, H. and Mitra, P., Brain-mapping projects using the common marmoset,
: Neuroscience Research, 2014.
: 3. White House Fact Sheet, 2014.
: 4. 严震东，〈脑启动计画初介〉，《科技报导》7月号13-15页，2014年。