投資5億美元美國啟動“腦計劃2.0” 將繪製史上最全人腦細胞圖譜！

今天，美國美國國家衛生研究院（NIH）宣布啟動兩(liang) 個(ge) 變革性的項目：腦細胞圖譜網絡（The BRAIN Initiative® Cell Atlas Network | BICAN)以及 腦細胞精確訪問設備（Armamentarium for Precision Brain Cell Access），這兩(liang) 個(ge) 重大項目被認為(wei) 是美國腦計劃的2.0版本！

腦細胞圖譜網絡項目將繪製人類及動物大腦細胞及回路。在未來五年中，該項目工程將獲得5億(yi) 美元的支持。 腦細胞精確訪問設備項目將利用腦細胞數據和前沿工具，讓科學家能夠“訪問”特定的大腦細胞及神經回路。該項目將在未來三年獲得3600萬(wan) 美元的支持。

此次美國腦科學2.0項目的源頭可追溯到2013年，當年時任美國總統奧巴馬發起腦科學計劃（BRAIN Initiative），以促進對大腦和大腦疾病的認知，提高大腦健康水平。

美國腦科學計劃最初是從(cong) 關(guan) 注工具開始。之後，美國腦科學計劃發起了大腦細胞普查網絡項目，並發表了大量論文。

這些研究結合了數百萬(wan) 個(ge) 細胞的遺傳(chuan) 特征、形狀、位置和電活動的數據，確定小鼠、狨猴和人類初級運動皮層（協調運動）的 100 多種細胞類型。

參與(yu) 大腦細胞普查網絡項目的數百名研究人員目前正在完成對老鼠大腦其餘(yu) 部分的細胞普查。等項目全部結束，它有望成為(wei) 神經科學圈廣泛使用的免費資源。在耗資數十億(yi) 美元、做了大量前期研究工作後，美國提出最雄心勃勃的腦科學2.0計劃：繪製世界上最全麵的人類大腦細胞圖譜。

上圖展示的就是美國腦科學1.0和2.0計劃的區別。NIH的BRAIN項目主任John Ngai說，BICAN將改變我們(men) 世世代代進行神經科學研究的方式。

Ngai希望BICAN能全麵研究幾百個(ge) 人類大腦，盡管研究人員才剛剛開始研究細節。Ngai說：采樣和覆蓋範圍將是一個(ge) 非常非常大的討論話題。而今天宣布的另一個(ge) 項目——腦細胞精確訪問設備項目將利用新的腦細胞普查數據和先進的技術，為(wei) 科學家創建工具包。比如，科研人員開發病毒載體(ti) 和脂質納米顆粒，它們(men) 將鎖定並在基因上調整特定類型的腦細胞。

脂質納米顆粒在生命科學領域的應用有了這個(ge) 工具包，科學家們(men) 就能探究包括實驗室動物和人體(ti) 組織標本在內(nei) 的模型係統中的特定腦細胞和神經回路，從(cong) 而幫助科學家研究細胞功能並開發疾病治療方法。

這些大型項目，連同腦科學計劃後續的跨尺度連接網絡項目(BRAIN CONNECTS，專(zhuan) 注於(yu) 追蹤哺乳動物大腦中的接線圖，預計明年初，它將得到為(wei) 期5年的3000萬(wan) 美元資助)，有望改變神經科學研究，闡明控製行為(wei) 回路基礎的基本原理，並為(wei) 人類大腦疾病的治療提供新方法。到目前為(wei) 止，美國NIH在腦科學計劃項目上總共投入了25億(yi) 美元，預計到2026年底將達到52億(yi) 美元。

此外，在大腦上的研究，美國大科技公司也投入不少精力，比如穀歌公司。2019年，穀歌首次成功重建了果蠅大腦神經元的3D模型。研究人員通過Flood-Filling Network算法和TPU芯片，將果蠅大腦切分成數千個(ge) 40納米的超薄切片。

並且使用透射電子顯微鏡生成每個(ge) 切片的圖像，產(chan) 生了40萬(wan) 億(yi) 像素以上的果蠅大腦影像，然後將2D圖像排列對齊形成完整果蠅大腦的3D圖像。

40萬(wan) 億(yi) 像素下的果蠅大腦重建緊接著2020年，穀歌公布了果蠅半腦連接組，繪製的圖像涵蓋了25000個(ge) 神經元，按體(ti) 積計算，大約占果蠅大腦的三分之一。

2021年，穀歌發布了最新的H01數據集，這是一個(ge) 1.4 PB 的人類腦組織小樣本渲染圖。這也是第一個(ge) 大規模研究人類大腦皮層的突觸連接性的樣本，這種連接性跨越了大腦皮層中所有層麵的多種細胞類型。

從(cong) 政府機構到企業(ye) ，腦計劃研究的不斷推進，將幫助破解更多的人類大腦奧秘，同時也激勵著年輕的學生和學者投身於(yu) 腦科學的研究中去！

參考資料：

https://www.science.org/content/article/nihs-brain-initiative-puts-dollar500-million-creating-detailed-ever-human-brain-atlas

https://www.nimh.nih.gov/news/science-news/2022/nih-brain-initiative-launches-projects-to-develop-cell-atlases-and-molecular-tools-for-cell-access