选稿人:阮梅花 审校人: 供稿时间:2006-4-12
摘要:
“了解大脑、认识自身”是21世纪科学面临的最大挑战。由于人脑的结构和功能极其复杂,单靠独立的科学家或实验室很难对人脑进行全面的研究。 因此,国际人类脑计划应运而生。本文对美国为首的“人类脑计划”和OECD的“大脑研究项目”进行了概述和分析。
“了解大脑、认识自身”是21世纪科学面临的最大挑战。由于人脑的结构和功能极其复杂,需要从分子、细胞、系统、全脑和行为等不同层次进行研究和整合,
才有可能揭示其奥秘。有关脑的研究包括神经解剖、神经生理、神经病理、神经生化、神经免疫、神经电生理、神经心理等,
这些研究已经获得了大量有关动物脑和人脑的实验数据和结果。近年来分子神经生物学研究从基因水平来揭示人脑的奥秘,先进的基因芯片技术在每秒钟就可以得到大量的实验数据。
脑功能成像( f MRI、PET等)的应用使我们能够从活体和整体水平来研究脑,好比窥探脑的窗口,可以在无创伤条件下了解到人的思维、行为活动时脑的功能活动。这些新方法、
新技术极大增强了我们从微观与宏观两个水平上进行脑研究的能力,同时也产生了海量的实验数据。没有哪个科学家、实验室能够掌握所有的信息并独立地进行脑的全面研究。
鉴于这种情况,以美国为首的世界20个国家提出人类脑计划;国际经济合作与发展组织(OECD)七个成员国成立了国际神经信息科学合作团队,启动了大脑研究项目。
本文对这两个国际性人类脑计划进行了概述和分析。
一、人类脑计划
1996年,以美国为首的神经信息学工作组建立,参与国包括美国、英国、德国、法国、瑞典、挪威、瑞士、澳大利亚、日本等19个国家,欧洲委员会也作为正式成员参加。
1997年人类脑计划在美国正式启动,美国20多家著名的大学和研究所参加了这个研究计划。2001年10月,我国成为参加此计划的第20个成员国。此计划的目的是组织和
协调全世界神经科学和信息学家共同研究脑、开发脑、保护脑和创造脑。根据规定,成员国之间可利用电子网络寻求研究协作伙伴,进行数据交换和科研协作,
可以免费使用通用神经信息学数据库和信息工具,承担科研任务,同享科研成果和脑研究资源。50多位神经信息学的课题负责人得到该项目的基金资助。
他们充分利用神经科学和信息科学的优势条件进行研究,相互间建立合作关系,利用电子网络互通信息,运用数据库进行资源共享。
人类脑计划包括神经科学和信息学相互结合的研究,其核心内容是神经信息学,目标是利用现代化信息工具,使神经科学家和信息学家能够将脑的结构和功能研究结果联系起来,
建立神经信息学数据库和有关神经系统所有数据的全球知识管理系统,将不同层次有关脑的研究数据进行检索、比较、分析、整合、建模和仿真,绘制出脑功能、结构和神经网络图谱,
从而解决目前神经科学所面临的海量数据问题,从基因到行为各个水平加深人类对大脑的理解,达到“认识脑、保护脑和创造脑”的目标。
二、OECD启动大脑研究项目
2005年8月,在OECD全球科学论坛上,与会的七个成员国组成国际神经信息学合作团队(INCF,International Neuroinformatics Coordinating Facility),
启动大脑研究项目。提高对大脑的理解,有望使神经系统疾病的预防和治疗获得突破,这些神经系统疾病包括帕金森症、阿尔茨默氏症,以及治病抑郁或精神分裂症的新疗法。
由于一个人脑细胞就有1亿以上的神经细胞和500万米的神经互联网路,到目前为止,从事于数千个不同的神经及相关科学项目的科学家们和研究人员很难处理收集到的海量数据。
这些科学家和研究人员通常需要在不同的平台上使用各种模型工具,以共享他们的数据,并对其加以分析。
为了迎接这些挑战,INCF将从以下几个方面着手大脑研究项目工作:
1)促进神经科学数据及相关知识数据库管理方面的国际合作;
2)在国际范围内创造一个经过各成员国同意的新型分析和模型工作;
3)发展大脑功能的数学/计算模型;
4)促进相关标准、指导方针和软件工具的发展,使多个计算平台能相互协作。
不久的将来,INCF还将实行新的神经信息学资助计划,组成国际科学家团队,在以下方面开展合作:创造新的数据库,开发出新的分析工具和计算模型。
三、比较分析
以上两个国际性人类脑计划的共同点是加大神经信息学的研究,解决目前神经科学所面临的海量数据问题,加强合作,数据共享。这种合作、共享的形式,
一方面可以避免重复劳动,提高大脑研究的效率;另一方面,合作、共享有利于各国合理分配,各自着重于研究大脑各具体、不同的领域,从而加速人类对大脑的理解。
人类脑计划与OECD大脑项目的不同点有:
1)参与者范围不同:人类脑计划有世界20个国家参与,比OECD大脑项目的7个成员国更广泛,但是后者的参加人员有望增加;
2)重点研究领域不相同:前者的研究内容包括神经科学(包括大脑结构与功能)和神经信息学,侧重于基础研究;而后者则更着重于神经信息学及其在疾病治疗中的应用。
由于大脑及其功能的复杂性,单靠一个国家或者一个研究所的力量是不行的,必须联合各国力量,共同研究,加强合作,才能更好地发展神经科学,开发新疗法,