“脑计划”（BRAIN Initiative）的早期发现令人兴奋，但研究人员在探索建立整个人类大脑模型方面还有一段路要走。

2013年，时任美国总统巴拉克•奥巴马（Barack Obama）启动了一个50亿美元的项目，以提高我们对人脑的理解。该项目将利用新技术探测大脑的遗传和生理学。《自然》杂志报道了推进创新神经技术脑研究计划（BRAIN Initiative）进行的大脑研究的一些成果。

尽管医学科学在不断进步，但许多大脑疾病的根本原因在细胞水平上还没有得到很好的解释。相关人士说，到2026年“脑计划”结束时，它将为从事精神病、神经退行性疾病和神经发育障碍研究的临床研究人员创造一座“金矿”。

本文中描述的证据来源于脑计划细胞普查网络（BRAIN Initiative Cell Census Network, BICCN）。这项工作有望帮助科学家们找到人类大脑疾病的合适的动物模型——如帕金森病、运动神经疾病和阿尔茨海默病——这些疾病具有相同的细胞特征。

BICCN项目的发现也有助于解释神经元和大脑回路如何参与情绪、行为和学习。这些是更全面了解人类认知能力的神经基础（如语言和推理）的早期步骤，将成为未来几十年里科学家们的研究热点。

“脑计划”由世界各地数百名研究人员的共同参与合作。BICCN项目的基本见解包括对3个物种的初级运动皮层细胞的比较：小鼠、狨猴和人类。初级运动皮层是大脑中负责熟练运动的部分，这一发现将有助于揭示跨物种保留的细胞机制。这将有助于研究人员建立研究神经退行性疾病的最合适的模式生物。

科学家们还制作了一个图谱，揭示了上面3个物种的初级运动皮层中大约25个细胞亚类的位置。研究人员报告了小鼠中该区域的输入-输出线路图。这详细说明了所有长距离的神经连接，称为轴突，到达和离开这个区域；这将有助于神经科学家研究大脑如何进行运动控制。

研究人员还深入了解了人类新皮质（大脑两半球的薄外层）中的细胞在胚胎发育过程中如何获得它们的特性。该项目为科学家提供了可视化和挖掘大量新数据集的工具。此外，研究人员已经开始创建一个遗传“工具箱”（toolbox），利用特定细胞类型中基因表达的特征差异来标记和操纵这些细胞。在短短几年内，科学家们希望能够阅读一个在线图谱，该图谱描绘了小鼠大脑中每个细胞的类型和位置。所有数据都将免费提供。

然而，从创建细胞普查到理解特定神经元网络正在处理的精确信息是一个巨大的飞跃。科学家们还不知道大脑是如何处理饥饿或寒冷的感觉信息流的，或者是如何创造一生的回忆。

一些神经科学家认为，通过将这些计算分解为各自的生理和行为部分，他们将能够破解这些计算的基础。其他人则把希望寄托在关于大脑功能的普遍理论上。其中一种称为主动推理的理论，利用预测模型来调节生理和行为，使大脑可视化。它依赖于一个处理层次结构，朝一个方向进行预测，预测错误朝相反方向报告。

BICCN的研究人员提供了测试该理论所需的一些工具，包括识别和操纵可能参与这种电路的细胞所需的工具。但实验挑战之一是将这些细胞水平的工具与动物感知、认知或行为的特定方面的模型结合起来。另一个挑战是确定动物模型能够在多大程度上揭示关于人脑的有用见解。

“脑计划”已经揭示了不同哺乳动物大脑基本细胞成分之间的高度进化保守性。这并不奇怪，因为物种之间在饮食和繁殖等行为上存在广泛的基因重叠和相似性。但考虑到我们已经意识到的关于动物模型在多大程度上提供了关于人脑的有用见解的挑战，这也是令人安心的。小鼠的大脑拥有大约7000万个神经元，而人类的大脑拥有大约860亿个神经元，每个神经元都有突触，这些突触允许它们与其他细胞连接。许多神经元有数千个突触连接。

艾伦脑科学研究所所长曾红奎表示，这一规模上的差异是至少需要50年才能绘制出一个典型人脑的粗略路线图的原因之一。但正如文章所显示的那样，科学家们正在破译大脑，并创造出能解开人类独特认知秘密的工具。

参考文献：Neuroscientists make strides towards deciphering the human brain. Nature,2021,598:7.