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【他山之石】美国、欧盟人脑计划实施策略与启示

【他山之石】美国、欧盟人脑计划实施策略与启示 上海科技项目飞书
2015-09-23
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导读:人脑科学研究在21世纪的地位,正相当于基因研究在20世纪的地位,这已成为当前科学界的共识。关于脑和心智的研究


人脑科学研究在21世纪的地位,正相当于基因研究在20世纪的地位,这已成为当前科学界的共识。关于脑和心智的研究已成为对当代科学最大的挑战之一。

今天,小编就带你一起去了解人脑科学研究的意义及美国、欧美的人脑计划。


为何需加速人脑科学研究
之所以加速人脑科学研究,原因有三:



01

保障人类健康的需要。

各国老龄化程度在加深,加强脑科学研究将有助于帕金森氏症、阿尔茨海默氏症等脑部疾病的诊断和治疗,提高人们的健康水平和生活质量

2

科学探索的需要。

脑科学研究不但可以揭开大脑高智能、高效率、低能耗之谜,对人工智能、基因学、细胞生物学、生理学、生物信息学、解剖学、行为科学、信息技术、纳米技术和营养学都有重要拉动作用。

3

产业前景广阔,“钱途”不可限量。

脑科学研究属于具有高科技附加值的项目,以此为基础的产业必将产生可观的经济效益。有研究报告显示,自 2009年以来,人脑工程领域的产业规模持续增长,2012 年相关产业规模约为 10 亿美元,2020 年有望增长至 60 亿美元。

美国人脑计划实施策略
相关计划
2013 年 4 月 2 日,奥巴马政府宣布了一项致力于对人脑进行绘图的长期研究工作,这项计划全名“使用先进革新型神经技术的人脑研究(Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies,简称:BRAIN计划)”。


主要路径
以探索人类大脑工作机制、绘制脑活动全图、针对目前无法治愈的大脑疾病开发新疗法。尝试打开探索大脑如何记录、处理、使用、存储、找回海量信息的大门,加深对大脑功能和复杂行为的理解。未来7至12年,美国将试图弄清每个脑细胞的类型及其内在联系。
重点领域
美国国家卫生研究院宣布了2014财年将重点资助的9个大脑研究领域。这是美国相关政府科研机构首次公布“脑计划”的具体研究和实施细节。9大重点资助领域包括:统计大脑细胞类型;建立大脑结构图;开发大规模神经网络记录技术;开发操作神经回路的工具;了解神经细胞与个体行为之间的联系;把神经科学实验与理论、模型、统计学等整合;描述人类大脑成像技术的机制;为科学研究建立收集人类数据的机制;知识传播与培训。
情景目标
美国BRAIN 计划能够让研究人员探索脑细胞间的协作方式,对于治愈老年痴呆症、癫痫等能够提供帮助。美国国防部高级研究计划局希望能够开发出记录和分析脑功能的工具,未来能够对遭遇脑损伤及创伤后压力的军人提供治疗。而国家科学基金会则希望了解神经网络的运作模式,并借此开发出能够处理海量信息的数据处理工具。


阶段性进展

国际社会神经科学第五次年会于2014年11月在美国首府华盛顿召开。大会的研究成果表明,目前的脑科学已迈入从分子到行为的跨学科、多层次研究的时代。美国脑计划执行一年来,研究进展十分迅猛。从本次会议的研究成果来看,有如下特点。一是以动物为研究对象的成果较多。二是认知神经科学关注社会认知和社会行为诸如决策、道德等问题的脑机制研究。认知神经科学开始迈入分子—细胞—脑—行为,直至社会的多水平研究,试图利用基因遗传机制,揭秘先天和环境对心理的影响。

欧盟人脑计划实施策略
相关计划

欧盟“人脑计划”的前身是“蓝脑计划”。是由在瑞士洛桑联邦理工学院工作的神经科学家马克拉姆(Henry Markram),在洛桑联邦理工学院和IBM公司的共同支持下,从2005年启动的一项在超级计算机“蓝基因”(Blue Gene)上以实现虚拟脑为目标的科学计划。


2013年1月“人脑计划”(Human Brain Project)被欧盟选定为未来新兴技术旗舰项目之一。这一项目凝聚了神经科学、医学和计算机领域近300名专家,10年将耗资10亿欧元,力图集成多方力量,为基于信息通讯技术的新型脑研究模式奠定技术基础,并极大地加速脑科学研究成果转化,进而切实提高欧洲的卫生服务,改善欧洲的公民健康状况,提升欧洲的产业竞争地位。

主要路径

随着脑成像技术的进步,现在已有可能以更高的时空分辨率,建立动物全脑的图像;连接组(conneotome)技术利用各种成像技术及电生理技术在宏观、介观及微观尺度上建立动物脑和人脑内脑区、神经元群或神经元之间的连接图;在分子层次上有所不同的各种神经元类型正被一一确认;对脑疾患的认识正在加深,并利用成像和基因数据来进行诊断。在信息和计算技术方面,通过应用云计算和分布数据库技术,再加上互联网和现代密码学,便有可能分析来自世界各处的科学研究与临床数据;通过各种数据挖掘技术和高性能计算,便有可能对大量数据进行分析,并在多个尺度上仿真脑模型,找出缺失之处,并设计新的实验以填补空白。通过仿神经计算技术则有可能造出更密集、能耗更低的计算装置,并促进神经机器人的研究。

重点领域

欧盟“人脑计划”的重点领域主要有三方面:

  • 第一,人脑计划的核心是信息和计算技术。这一计划将研发神经信息学、脑仿真和超级计算的ICT平台。

  • 第二,全新的医学信息学平台将把全世界的临床数据都汇集起来,使医学研究人员得以提取有价值的临床信息,并结合进有关疾病的计算机模型中。

  • 第三,仿神经计算平台和神经机器人学(neurorobotics)平台根据脑的构筑和回路研发新型的计算系统和机器人。除了上述三大方面之外,人脑计划还有一个“伦理和社会子项目”,研究实现该项目所可能带来的伦理和社会后果。


情景目标

欧盟“人脑计划”的总目标是建立为未来神经科学、医学和计算所需的全新信息和计算技术基础,由此促进全球的合作研究,总结现有关于人脑的一切知识,并通过在超级计算机上建模和仿真重建人脑,直到其各个细节。该计划声称,将获得对人脑及其疾患的全新认识,并且开发全新的计算技术和机器人技术。


阶段性进展

旗舰欧洲研究区域网络(FLAG-ERA)于2014年11月宣布欧洲“未来及新兴技术”两大旗舰项目——石墨烯和人脑计划启动联合跨国征集,总注资1850万欧元。同时,FLAG-ERA宣布启动各国及各地区资助的研究整合进入旗舰工作计划的联盟机制。 FLAG-ERA现已召集了来自欧盟内外26个国家的37个研究与创新资助机构、研究理事会及部门等。 项目邀请来自大学、研究机构、中小企业以及大型企业的研究人员与海外同行联合提交申请(需至少来自3个不同国家的3个合作伙伴,最长资助3年)。项目征集将于2015年1月27日截止,9月公布结果。

启示与建议

2014年年初中科院启动脑科学卓越创新中心,标志着中国国家层面科学院进军人脑工程领域。人脑研究不仅有助于保障人类健康、探索科学奥秘,也将产生可观的经济效益。

中国正迈入老龄化社会,随着人口的老龄化,老年痴呆等疾病越来越引起人们的关注。社会的进步,情绪型疾病也越来越引起人们的重视。加强对脑科学的研究,可以预防和延缓脑疾病的发生和发展,并在治疗方面取得进展。另一方面是对人类大脑的开发,还包括对机器人的使用,即如何让机器人具有思维能力,这也是人类的一个梦想。在认知神经科学的应用方面,还包括让失明的人重见光明,让瘫痪的人重新站起来等等。

上海在人脑科学研究领域需关注以下四个方面:

01

是以脑神经研究、神经外科治疗等为切入点,配套协助国家脑科学卓越创新中心的相关工作。


2

是争取建设成为亚洲最大的精神疾病治疗中心。


3

是将脑科学研究与智能机器人研究有效结合。


4

是提升研究机构和人员的数量和水平。


来源:上海市科学学研究所

【声明】内容源于网络
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