神经科学是一个派别林立的领域。全球大约有10000家实验室在研究大脑的各种问题，但彼此间跨越了广阔的时空尺度，并涉及不同动物的种属、行为和发育期时间点。在任何一个大型神经科学会议上，你会为新发现的速度所震惊，这是超过50000人的各个领域的科研人员在远离彼此的情况下做出的，而这就如同一种科学大爆炸。
虽然这种独立性是必要的，但它也是神经科学进入一个更加成熟阶段的障碍，而这个阶段涉及到开展共同标准的制定和协作项目的规划。神经生理学家更倾向于互相借用彼此的“牙刷”而不是彼此的数据和软件；生理学结果通常被积压起来，而很难通过在线获取；分子化合物和转基因动物也只有在文章发表后才能分享。所有这些都使实验室之间很难互相比较，并且使进展放缓。
在华盛顿州西雅图的艾伦脑科学研究所里，我们及同事们正忙于开展一个社会神经科学领域的实验--这一努力将会带动研究所里的数百位科学家、工程师和技术人员。慈善家保罗.G.艾伦于2003年建立这家研究机构，曾承诺为一个将会极大促进神经科学进步的野心勃勃的十年计划的最初的四年投入3亿美元，而迄今他所答应投入的资金已达5亿美元。我们的意图就是吸引最棒的年轻科学家并且建立一系列“大脑的瞭望台”，目的就是在小鼠大脑最外层的的大脑皮层实现：识别、记录和干预。与那些点对点的观测遥远时空事件的望远镜不同，我们的仪器能够追踪只有一微米厚的组织薄层里错综复杂的神经环路的信息流。
我们的目标就是综合所有相关学科的知识----从基因组学、解剖学和生理学到计算机建模----从而形成一个揭示小鼠如何利用其大脑皮层获得视力的详尽的理论。依照艾伦在创始时的要求，我们将会策展和公开发表分享所有的免费数据和其它资源（如转基因动物、探针和神经元形态图谱），甚至在正式发表之前。
我们相信，这一举措将标志着这个一直盛行小团体的领域的大科学时代的到来。为了促进集体协作效应，需要我们对整个团队进行激励，而不是少数几个研究人员。我们预计在不久的将来，先进而装备精良的大脑瞭望台----“大脑望远镜”---将会辅助许多大学的神经科学实验室，从而继续做出大量发现。
虽然研究所的项目将集中于小鼠的视觉刺激上，它也会涉及大脑高级功能的基础方面：感知、自觉的意识和决策，以及它们如何导致活动。一旦神经科学家了解了小鼠的基本机制，他们将能开始理解包括人类在内的其它动物的更复杂的感知活动。简言之，我们相信，这个项目能偶革新我们对哺乳动物大脑的认识。
展望2020
大脑瞭望台的原初计划侧重于大脑皮层上----即总所周知的“灰质”，这一区域是哺乳动物的标志之一，也是认知和智力的处所。相较于其体积，皮质是现知宇宙里有组织物质中最复杂的一块。但是仅依靠一小块皮质，我们很难分辨出它到底取自哪种哺乳动物。我们都用于相同的基础硬件-----人类的只不过恰巧比小鼠的大一千倍罢了。（参见“人与小鼠”）
这个项目将从皮层神经元的解剖学开始，利用分子技术来统计并归类视皮层中起传递信息进进出出的多样的细胞丛，以及那些完全位于皮层深部的神经元。然后我们将观测一定规模的这些神经元的电活动，已了解皮层的功能是如何与其结构相一致的。这是一个大问题，但是只要你认识到皮层只不过是有许多基本的局部环路组成的话，就能少些畏惧。
磁共振成像技术的应用彻底变革了对人类大脑的研究，从而揭示了大脑区域的激活时即时的。然而，相关的信号又慢又模糊，并且大脑区域也不是神智的组成模块---而拥有极大复杂性的神经元，才是感知和思想的“原子”。
幸运的是，科学家现在能够应用基因工程使神经元发放荧光从而在活体上研究哺乳动物的单独一个神经元。神经元能够经过改造从而在被激活时发出闪光，或者运用最近热门的光遗传学技术，用光来操纵细胞（被《自然方法》推荐为2010年度方法）。如此，研究人员可以在特定的时刻暂时性或可逆性地控制特定细胞类型的一些事件。对神经系统的扰动让神经科学从相关性转移到了因果性，从观察无论动物是否有决策时的特定环路的激活情况，转移到了推断这一环路是否是决策机制所必需的。
其它的技术进展也使神经科学家能运用三维电子显微镜观测环路中的每个轴突、树突和突触。视觉-脑项目中的另一个平台是用来同时记录上千个神经元的电活动。若所有这些技术都整合起来的话，你就能够想象整个大脑区域的完整的生理和结构特性。
最后，我们将应用所以这些信息以形成小鼠皮层及其相关结构的切合实际的和动态的计算机模型，并用这些模型来构建视皮层是如何活动的理论。模型的灵活性将会成为实验室之间交流的一个窗口从而让实验人员能够容易的交融。这应该能缩短预测和实验验证之间的时间，而这一个良性循环会反复进行指导模型能够忠实地再现数据。
数字危机
虽然神经科学家在过去120年间一直探索哺乳动物大脑的组成部分，我们依旧无法理解高级脑活动如何发生的。然而这一认识是至关重要的，尤其是因为个人、家庭和社会中罹患神经系统损伤和功能紊乱的人数极为庞大。
虽然挑战可能看是让人畏惧，但我们却也不是第一个提出这种庞大项目的。譬如，由洛桑的瑞士联邦技术研究所的亨利.马克拉姆领导的欧洲人类大脑计划，就希望能够带领22个国家的大约150位独立研究员一起创造小鼠、大鼠、猴子和人类大脑的可运行的计算机模型。而艾伦研究所的大脑瞭望台项目的不同在于我们集中于一种感觉、一种物种、以及一种框架。
我们明白这种耗资巨大的计划会招致批评：所需要的资源能够支持上百个其它项目，所以为何还要如此集中?我们的回应是基金支持机构已经花费了数十亿美元支持生物医学研究的所有领域的很多稍小的计划，而艾伦研究所希望开辟一种新的方式。我们希望通过整合各种技术的知识和规模来了解一片脑组织，而不是广泛的分散资金。
诚然，我们也可能会面临这个计划不能实现我们所期望的目的的风险，以及各种大脑瞭望台项目---如解剖学、生理学和模型构建等等---或许不能协同起来形成小鼠视皮层的一个成熟的认识。我们也没有神经科学是否准备好成为大科学的保证---所以，解决这一问题的唯一途径就是去尝试。
焦点人物：
克里斯托弗.科赫（Christof Koch）任职于艾伦脑科学研究所和加州理工学院
R. 克莱.里德（R. Clay Reid ）任职于哈佛医学院，这个暑假将加入艾伦研究所
1. Nature Methods 8, 1 (2011).
2. Waldrop, M. M. Nature 482, 456–458 (2012).
3. Herculano-Houzel, S. Front. Hum. Neurosci. 3, 31 (2009).
4. Herculano-Houzel, S., Mota, B. & Lent, R. Proc. Natl Acad. Sci. USA 103, 12138–12143 (2006).
5. Wang, Q. & Burkhalter, A. J. Comp. Neurol. 502, 339–357 (2007).
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