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脑科学计划（BRAIN Initiative），是由奥巴马政府于2013年4月2日宣布的一项合作性、公私合营的研究计划，其目的在于支持创新技术的开发和应用，从而对脑功能有动态的理解。 [2] [3] [4] [5] [6]
理解大脑的运作方式可以说是当今时代最大的科学挑战之一。
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这项活动是重大挑战，目的在于彻底改变我们对人脑的理解 ，由白宫科学技术政策办公室（OSTP）发起 ，是白宫神经科学计划的一部分。[7] 受人类基因组计划启发，BRAIN打算协助研究人员揭开脑部疾病的神秘面纱，例如阿尔茨海默氏症、帕金森氏症、抑郁症和创伤性脑伤 （TBI）。
BRAIN的参与者及该计划的成员包括DARPA和IARPA，以及众多美国、澳大利亚、加拿大和丹麦的私人公司、大学和其他组织。[8]
“脑科学计划”受到了许多因素影响，这些影响可以追溯到十年前，包括：在美国国立卫生研究院(NIH)的计划会议，该会议产生了NIH的神经科学研究蓝图； [9]在国家科学基金会（NSF）举办的关于认知 、神经科学和融合科学的研讨会，该研讨会报告了像是2006年的“思维和大脑的巨大挑战”；[10] 国家研究委员会和医学研究所神经科学与神经系统疾病论坛的报告，像是在2008年6月25日关于神经科学大挑战的研讨会报告“从分子到思维：21世纪的挑战”；[11]再加上多年来科学家和专业协会的研究报告，还有国会对此议题的兴趣。
一项重要的活动是“大脑活动图谱计划”。 2011年9月，卡夫里基金会（Kavli Foundation）的分子生物学家Miyoung Chun，于伦敦组织了一次会议，科学家首次提出了这一计划的想法。 [4] [12] 在随后的会议上，来自美国政府实验室的科学家，包括科学技术政策办公室成员，霍华德·休斯医学研究所和艾伦脑科学研究所的科学家，以及Google、微软和高通的代表，都讨论了实现这项政府主导计划的可能性。 [2]
其他影响还包括：由NSF生物科学的助理主任James L. Olds领导的跨学科“心智的十年”计划，[13] [14]以及在DARPA由杰弗里·灵 （ Geoffrey Ling）领导的“义肢革新计划”(Revolutionizing Prosthetics)，并曾于2009年4月的60分钟节目中播出[15]
新闻报道称，这项研究将绘制老鼠和其他动物神经元活动的动态图[3]，最终绘制出人脑中数百亿神经元的图谱。 [17]
在2012年的科学评论中，概述了一个更受限项目的实验计划，Alivisatos等人提出了各种特定实验技术，可以用来实现所谓“功能连接组”以及过程中必须开发的新技术。 [1] 他们指出，由于秀丽隐杆线虫的神经回路相对简单，因此可能先对其进行研究，然后对果蝇进行研究。中期研究可以在斑马鱼 ， 老鼠和小臭鼩中进行，而研究最终将在灵长类和人类中进行。 他们拟议发展可以用作电压传感器 （可检测单个动作电位）的纳米颗粒，以及可用作电生理多电极阵列的纳米探针。特别是，他们提倡使用无线、非侵入性的神经元活动检测方法，或利用微电子超大规模集成电路 ，或是基于合成生物学而非微电子技术。 其中有个方法建议，酶促使产生的DNA可作为神经元活动的“滴定磁带记录” ，这是基于钙离子所诱导的DNA聚合酶[18]编码错误[1][19] ，其数据将透过大规模计算进行分析和建模。 [1]另一项相关技术则建议，使用高通量DNA测序技术来快速绘制神经连通性的图谱。 [20]
工作组在2014年提出的时间轴是： [21]
- 2016–2020：技术开发和验证
- 2020年至2025年：以整合的方式应用这些技术，以取得有关大脑的基础性新发现
科学家们对该计划提出了不同的看法。 神经科学家John Donoghue表示，该项目将填补神经科学研究在两个方面之间的空白，一方面是使用fMRI等方法在大脑区域水平进行活动测量，另一方面是在单细胞纪录水平进行测量。 [3] 然而，心理学家埃德·沃尔（Ed Vul）对此表示担忧，他认为这项计划将会分散个人研究者的研究资金。 [3]神经科学家唐纳德·斯坦因（Donald Stein）表示担心，在确切知道要测量的内容之前，先将钱花在技术方法上是错误的。 [4] 相反，物理学家迈克尔·鲁克斯 （ Michael Roukes）则认为，纳米技术的方法已经变得足够成熟，到了可以绘制大脑活动图谱的合适时机。 [4]神经科学家RodolfoLlinás在第一次洛克菲勒会议上宣布：“这里所发生的一切是伟大的，我从未见过神经科学领域在一个如此光荣的目标下如此团结。” [22]
这个项目面临巨大的后勤挑战。 神经科学家估计，该项目每年将产生300EB的数据，这是一个重大的技术障碍。[23] 现在可用的高分辨率脑活动监测器大多是有限度地使用，这是因为必须打开颅骨，以外科方式将监测器植入。[23]该计划与过去政府主导的大规模研究工作有著相似之处，包括人类基因组图谱、登月航行和原子弹计划。[2]
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