腦科學技術研究是21世紀人類所面臨的重大挑戰。理解腦的工作機制，進而揭示人類智慧的形成和運作原理，解決腦重大疾病對人類造成的困擾，對人腦認知功能開發、模擬和保護，決定未來人口素質，搶佔國際競爭的技術制高點具有重要意義。世界上科技發達國家和國際組織早已充分認識到腦科學研究的重要性，在既有的腦科學研究支援外相繼啟動了各自有所側重的腦科學計劃。本文簡要回顧一下世界各國腦計劃研究的發展歷程，著重探討中國腦計劃的研究進展。

2009 年瑞士神經科學家亨利·馬克拉姆( Henry Markram) 宣佈啟動藍腦計劃( blue brain project，BBP) ，旨在複製包括神經元及其電活動在內的人類大腦。在BBP 的基礎上，2013年歐盟推出了由15個歐洲國家參與、預期10年的“人類腦計劃”。歐盟人類腦計劃的目標是開發資訊和通訊技術平臺，致力於神經資訊學、大腦模擬、高效能計算、醫學資訊學、神經形態的計算和神經機器人研究。側重於透過超級計算機技術來模擬腦功能，以實現人工智慧。歐盟人腦計劃分為三個重要階段，分別是2013年10月至2016年3月的“快速啟動”階段，2016年4月至2018年8月的“運作階段”，以及最後3年的“穩定階段”。2015 年，歐盟腦計劃的研究“新皮層微電路的重建與模擬”登上了當年10 月的《Cell》封面。此研究中他們首次用超級計算機模擬了共包含31000個神經元和3700 萬個神經突觸的大鼠神經網路。2018 年，歐盟腦計劃再次獲得階段性進展，推出了首張小鼠大腦中每個細胞的數字3D 圖譜，為神經科學家提供全部737個腦區中主要細胞型別、數目和位置等先前無法獲得的資訊，極大地加快了腦科學的進展。到目前為止，歐盟腦計劃取得了許多突破性進展，其中包括能夠應用在神經形態計算機上的全新學習演算法，充分結合實驗神經科學成就的全新理論模型，以及對於理解學習、認知、空間記憶、多感官整合、睡眠和意識的神經基礎等。

歐洲腦計劃：基於網路的細胞圖譜提供了大腦中所有神經元和膠質細胞檢視（2018）

2009 年，美國國立衛生院( National Institutes of Health，NIH) 推出為期5 年的“人腦連線計劃( Human Connectome Project) ”，旨在繪製人大腦的結構和功能連線圖，以提高人類對自身大腦的認識，並透過構建共享資料庫為以後的研究提供便利［10］。2013 年4 月2 日，美國時任總統奧巴馬宣佈啟動“創新性神經技術大腦研究”計劃( Brain Research Through Advancing Innovative Neurotechnologies，BRAIN) ，被稱為美國的腦計劃，其目標包括尋找難治性腦疾病的治療方案、探索人腦工作原理，該計劃對於推動人工智慧的進步發揮關鍵作用。最終目的是產生對腦功能障礙的認識，幫助研究人員找到治療、治癒甚至防止老年痴呆症、創傷性腦損傷等腦部疾病的新方法。該計劃一開始就得到美國社會各界支援，除聯邦機構外，霍華德·休斯醫學研究所、艾倫腦科學研究所、索爾克生物研究所等私營、民間機構及個人也紛紛參與該計劃。

“創新性神經技術大腦研究”計劃Brain Research Through Advancing Innovative Neurotechnologies，BRAIN

美國已開發出多種創新型裝置以便於腦計劃的開展: 發明了一種可穿戴式正電子發射斷層掃描器，能夠在人體自然狀態下更好地研究大腦工作; 利用碳奈米管研發出體積小、傳導性強、支援快速開關等特點的新型計算機; 發明了一種具有生物模擬效果的憶阻器( 即記憶電阻器，透過測定其阻值便可計算出流經的電荷量) ，更加有效地模仿神經突觸功能。目前美國腦計劃已在很多方面獲得突破性成果: 繪製出斑馬魚在接受多種刺激時大腦的透檢視; 研發出能夠精準控制小鼠行為的技術; 開發出能夠一次性記錄數以千計神經元電活動的方法等。

美國腦計劃的一個重要推動者----艾倫腦科學研究所，歷時多年，依次推出了“艾倫小鼠腦圖譜”、“艾倫人類腦圖譜”等共享資料庫，為數以萬計的科學家的研究提供資料支援，基於這些資料庫獲得的成果發表在國際頂級期刊。2019 年，來自哥倫比亞大學的研究人員耗時8 年繪製了秀麗隱杆線蟲全部神經元及其之間的7000個連線的完整圖譜，該研究讓我們更好地理解神經元如何相互作用導致產生不同行為。2018 年11 月，美國宣佈總額超過4 億美元的新資助計劃，包含了建立用於掃描人類大腦活動的無線光學層析成像帽，開發用於改善癱瘓患者生活的無創腦—機介面系統，尋找控制疼痛及阿片類藥物濫用的方法，以及用於治療精神分裂症、注意力缺陷障礙和其他腦部疾病測試的無創腦刺激裝置。

美國腦計劃：小鼠全腦3D結構圖譜《艾倫研究院小鼠大腦共同座標框架》（2020）

2014 年，日本的“綜合神經技術用於疾病研究的腦圖譜( Brain Mapping by Integrated Neurotechnologies for Disease Studies，Brain /MINDS) ”專案啟動，被稱為日本的腦計劃。該專案為期10 年，每年投入經費2700～3600 萬美元。日本腦計劃旨在利用非人靈長類動物狨猴繪製神經元迴路的結構和功能圖譜，以幫助最終了解人類複雜的大腦。2018 年9 月，在Brain /MINDS 的框架基礎上，Brain /MINDS Beyond 計劃啟動。在該計劃中利用可譯標誌物對人類和非人靈長類動物的研究將持續，同時，尋求同其他國家腦計劃的國際合作是該計劃的一個主要擴充套件，並且對不同裝置和供應商提供的異質性MRI資料進行標準化分析是該計劃的另外一個擴充套件。2018 年，狨猴大腦的3D 圖譜繪製完成。2019 年，透過對2973 個個體進行分析，Koshiyama 等發現精神分裂症、躁鬱症、自閉症譜系障礙、重度抑鬱症患者的胼胝體體部白質結構存在相似改變，並且與正常個體存在顯著差別，這為疾病分類提供新的理論支援。

日本腦計劃：狨猴大腦的3D圖譜資料視覺化（2018）

2021年是“十四五”開局之年，十四五規劃多個重大專案，腦科學與類腦研究也位列其中。1月19日，科技部公開徵求科技創新2030-“腦科學與類腦研究”重大專案2020年度專案申報指南意見，讓中國腦計劃的跨越式發展提上日程。早在2014年3月，腦科學發展戰略研究香山特別會議在京召開，強伯勤院士、楊雄裡院士、蒲慕明院士、範明研究員共同擔任執行主席；2015年，中國科學家就對腦科學與類腦研究在中國“一體兩翼”的部署達成了初步的共識。“一體”即指人類認知的神經基礎為主體和核心; “兩翼”包括以探索大腦秘密、攻克大腦疾病為導向的腦科學研究和以建立和發展人工智慧技術為導向的類腦研究2018年，北京與上海南北腦科學與類腦研究中心先後成立，兩中心的並肩前行有望加速推進我國腦科學的發展，推進科技成果應用技術的轉移轉化，催生新興腦智產業發展。

隨著腦科學與類腦研究被列入十四五規劃，未來國家或將拿出540億元，正式推進中國腦計劃的發展。 截止到目前為止，中國腦計劃取得多項世界頂尖突破: 北京大學陳良怡團隊開發了一種可以精確記錄小鼠在自由活動中的腦活動的高速高分辨微型雙光子顯微鏡; 華中科技大學駱清銘團隊開發的高通量雙色成像方法，以細胞水平的高解析度對整個小鼠腦進行3D 成像和重建; 清華大學戴瓊海院士團隊研製出新型超寬視場高解析度實時顯微成像儀器; 2018，我國科學家首次針對人類前額葉皮層發育過程中前額葉形成中的細胞與分子機制進行了系統研究，成果發表在頂級學術期刊《Nature》上; 2019 年，華中科技大學駱清銘團隊將單突觸狂犬病病毒示蹤劑與熒光微光學切片斷層掃描結合使用，以生成對雄性小鼠mPFC 中GABA 能中間神經元的直接遠端輸入的全腦圖譜，該研究成果發表在國際頂尖雜誌《Nature Neuroscience》上。

中國腦計劃：小鼠內側前額葉皮層γ-氨基丁酸（GABA）能神經元長程輸入環路的全腦圖譜

除了南北兩個腦科學與類腦研究中心的建立，國內陸續成立了腦科學研究中心。重慶市推出“腦科學協同創新中心”，深圳建立“先進技術研究院腦認知與腦疾病研究所”。山東大學腦科學專家在學習借鑑發達國家腦研究計劃的基礎上，於2015 年6 月11 日，在山東大學腦科學研究所( 依託山東大學齊魯醫院建設) 正式啟動“齊魯腦計劃”，提出了以“腦解讀”為基礎、“腦保護－腦模擬”為核心，最終實現“腦控制-腦重建”的理論體系，以此整合、帶動腦科學相關學科、平臺和產業的全面發展。“寧夏腦計劃”於2017 年1 月17 日啟動，主要聚焦於顳島神經網路及癲癇與腦認知功能的基礎與臨床研究。

除了上述國家和地區以外，澳大利亞、韓國和加拿大也分別提出自己的腦計劃: 2016 年2 月澳大利亞提出透過增加國際合作來提高本國的大腦戰略性研究，目前已在神經鎮痛裝置、仿生視覺裝置等方面獲得轉化性成果; 2016 年5 月韓國提出“腦科學發展戰略”，透過政府資助提高國家腦科學研究水平，並在腦疾病防治方面取得突破; 2017年加拿大啟動腦科學研究戰略，著重開展對大腦發育及功能的研究，並利用研究成果防治腦疾病，帶動人工智慧技術的發展。

對中國腦計劃研究的展望

1.加大投入，探討多元合作機制各國腦科學計劃的組織實施對加速本國腦科學研究，破解腦部疾病難題，推動相關學科進步和經濟社會發展起到了重要作用。在組織實施機制方面， 可以借鑑美國等國家建立了以政府投入和基金會等私營機構投入相結合的多元投入模式，充分激發各類創新要素活力，促進技術成果轉化。我國在腦科學領域的技術開發和轉化應用相對薄弱，宜借鑑國際發展經驗，明確發展目標，加大科技投入，整合各類創新資源，加快推進神經科技領域的研究進展。

2. 加強國內合作，推動資料共享 加強國家層面的統籌規劃，透過增加國內研究結構的交流合作，建立腦科學資訊資源共享平臺，規範國內腦科學研究體系的資料標準、整合資料資源、挖掘資料的潛在價值、推進資源開放融合共享。借鑑歐美、日韓等國在樣本採集和運轉、資料編碼、資料儲存、資料利用等方面的經驗，研究制定統一的資料管理標準，加強匯交資料的質量控制。促進我國腦科學資料標準規範化，加強資訊共享，保護資料隱私，推動腦科學領域快速發展。

正如蒲慕明院士所說：“國際腦計劃合作專案正在推進，鑑於中國過去長期以來在神經科學方面的大量工作，未來有望在國際腦科學合作專案中起到引領作用。而腦計劃作為前沿科學具有高競爭性特點，每個科學家都希望第一個到達終點，競爭是必要的，但是應當在當中尋求合作。”