美国脑计划2.0 时代，中国脑计划扬帆启航！

01

美国脑计划 2.0 

美国国家卫生研究院（NIH）倡导的脑计划正在进入一个新的阶段。

研究者意识到在下一阶段，应该把更多的精力和投资投入到变革神经科学当中，即改变神经科学研究的方法并最终改变人类大脑疾病的治疗方式。美国NIHJohn Ngai教授据此提出和总结了3个大型新项目（图1），并于2022年1月6日在Cell杂志发表了题为“BRAIN 2.0: Transforming neuroscience”的文章。

建立一个全面的人脑细胞类型图谱

为了对神经回路功能进行更深入的机制研究，并揭示大脑细胞多样化背后的发展和进化原理，建立一个完整的脑细胞“目录”或“部分列表”是十分必要的。这个目录应该描述所有的脑细胞类型，综合分析其特性，包括它们的基因和蛋白质表达、生理特征、形态和位置、它们与其他细胞在神经系统内外的交流以及基于上述信息的系统分类。

在过去的5年当中，基于单细胞组学的快速发展，NIH开展的脑计划细胞普查网络（BICCN）致力于构建一个完整的小鼠脑细胞类型图谱（Nature系列重磅成果发布：大脑运动皮层的细胞图谱！），该图谱也有望在近年完成。

在之后的5年，BICCN的目标则是构建全面的人类脑细胞图谱网络（BICAN），需要检测大约1000亿神经元以及相应数量的非神经元细胞。该图谱的构成有助于理解人类脑细胞的构成以及最终了解人类脑疾病发生发展的原因。

此外，由于该图谱在未来的广泛适用性，该图谱的样本人群的选择和分析必须反映出不同的个体和人群，包括具有脑损伤或者其他疾病的人群以具有固有变异性的人群。该图谱一旦建立，将会变革性地改变人类对脑细胞的理解，并且有助于开发精准定位特定脑细胞的工具。

构建完整的哺乳动物大脑微连接图谱

建立纳米级或突触级的大脑微连接图谱有助于揭露正常和病变状态下的神经环路和模型，识别用于功能研究的关键神经元以及发现基于远程连接和超微结构形态的新的细胞类型。然而，在现今的科技条件下，不管是在样本准备和成像，还是数据分析上，都无法实现创建及时的精确的哺乳动物大脑微连接图谱。

此外，需要处理的大脑连接组学的数据量十分庞大（一个小鼠脑连接组学可以产生2*30 GB的数据，而一个人类脑连接组学则可以产生2*40 GB的数据），在这种规模上处理、存储、组织、分析和传播数据将需要高性能计算方面的创新，图像分割和校对的机器学习算法方面以及用于显示数据的用户界面的突破。

NIH脑计划研究组基于上述挑战，提出了一个“两阶段”计划，第一阶段主要是开发和验证可以应用于分析哺乳动物大脑连接组学的技术，包括在不同分辨率条件下样本的无损准备和成像，大型连接组数据集的数据分析以及数据获取和使用的平台。

第二阶段则是利用上述开发的技术来创建完整哺乳动物大脑的投射组和连接体图谱，小鼠大脑数据组主要构建纳米级或突触级连接图谱，其他灵长类动物和人类大脑数据组则专注于构建微米级连接和投射图谱。

开发可以精准定位特定脑细胞的工具

光遗传学、化学遗传学以及基因编辑技术的革新，基于分子的大脑细胞图谱的快速发展使得对神经环路的遗传访问具有可能性。然而，为了探索更多种族以及更大范围的神经环路，NIH脑计划研究组意图开发更新的以及更精确的特定脑细胞定位工具。

工具的开发不仅会使用光遗传学，基因编辑等技术，还会合作和利用NIH的另外两个项目内容，即人类脑细胞图谱和哺乳动物大脑微连接图谱。

 图1. 脑2.0转变项目

总 结

脑计划研究组今后的重点目标是开展脑计划2.0变革性项目——建立一个全面的人类脑细胞类型图谱、构建完整的哺乳动物大脑微连接图谱、开发可以精准定位特定脑细胞的工具。

这些项目一旦完成，将会革命性地促进人类对神经环路的研究和了解，也可以成为基于神经环路治疗方法治疗人类相应脑疾病的基石。

参考文献

John N. BRAIN 2.0: Transforming neuroscience. Cell. 2022, 185 (1): 4-8. https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.11.037.

编译作者：KK（brainnews创作团队）

校审：Simon（brainnews编辑部）

02

中国脑计划 新启航

2021年9月，科技创新 2030—“脑科学与类脑研究”重大项目 2021年度项目申报指南正式发布，拉开了中国脑计划的序幕。

根据指南的信息，脑科学与类脑研究重大项目2021年度围绕脑认知原理解析、 认知障碍相关重大脑疾病发病机理与干预技术、类脑计算与脑机智能技术及应用、儿童青少年脑智发育、技术平台建设5 个方面开展研究，共部署指南方向59个，国拨经费概算31.48亿元。

• 为了促进脑科学领域青年学者课题申报的顺利进行，Brainnews组建了脑科学领域“青年项目”交流群，欢迎有需要的老师扫码申请加入，留言：青年项目。（交流的项目包括：脑计划青年项目、优青、博新、托举、博士后课题等）

• 了让更多课题申报人员了解国内的脑科学研究机构，Brainnews编辑部汇总了最新的中国脑中心分布介绍（2021年-10月更新版）。Brainnews公众号后台回复：脑中心分布，获取中国脑中心分布的最新介绍。

虽然中国脑计划的项目2021年才正式发布，但是在这酝酿多年的期间，我国学者也在脑科学的多个领域中不断创新，开拓进取。

（一）北京上海两中心并肩前行，教育部力挺的两大前沿中心

北京脑科学与类脑研究中心是北京市科学技术委员会发起举办的新型研发机构，在2018年3月22日正式成立。2018年5月14日，上海脑科学与类脑研究中心揭牌仪式在张江实验室举行。上海脑科学与类脑研究中心将由上海市政府发起成立独立法人事业单位。2018年4月11日，复旦大学“脑科学前沿科学中心”日前获得教育部批准，成为国家“珠峰计划”首个前沿科学中心。复旦大学脑科学研究具有高水平的研究团队和长期、扎实的工作基础，在神经科学领域拥有两院院士4人，拥有医学神经生物学国家重点实验室、脑科学研究院等重要研究基地。2018年10月26日，教育部成立浙江大学脑与脑机融合前沿科学中心。浙江大学在脑科学研究领域具有长期、扎实的科研基础，此外，多学科交叉、基础/临床研究紧密结合的优势和特色也是浙江大学脑科技科学的一大亮点。浙江大学已于2016年成立了脑科学研究科技联盟，对接科技创新2030“脑科学与类脑研究”重大项目，聚焦国际科学前沿。

brainnews汇总了各个中心近两年的研究成果：

中科院神经所2020年成果汇编（下篇）

（二）私人捐赠联合高校（院所），助力脑科学快速发展

在IDG资本全球董事长熊晓鸽先生的推动下，IDG麦戈文脑科学研究院已经与国内的4个单位联合建院，共同推动脑科学的发展，他们分别是：

北京大学-IDG/麦戈文脑研究院于2011年11月8日在北京大学正式成立，由美国国际数据集团（IDG）及其创办人麦戈文夫妇出资捐赠1000万美元。2011年11月18日，美国国际数据集团（IDG）与北京师范大学签署捐建协议，成立北京师范大学IDG/麦戈文脑科学研究院（IMIBR-BNU）。（以认知神经科学与学习国家重点实验室为依托建立）。2013年11月24日，清华大学-IDG/麦戈文脑科学研究院揭牌典礼在清华大学郑裕彤医学楼脑科学研究院举行。2014年11月16日，中国科学院深圳先进技术研究院与麻省理工学院麦戈文脑科学研究所（MIT- McGovern Brain Institute）合作共建的脑认知科学和脑疾病研究所（下称脑所）正式揭牌。 

在资本联合著名科学家的催化作用之下，我国这4所共建的麦戈文人脑研究院逐渐吸引大批的脑科学人才回国，壮大科研队伍，不断有新的成果涌现，在我国的脑科学领域的份量逐渐加重。相信以后会有更多的资本加入投资（资助）科学研究的行列当中。 

brainnews汇总了各个中心近两年的研究成果： 

（三）全国各地（院校）的脑中心快速发展

近几年，各大省市和院校脑科学新的中心（学院）如雨后春笋般出现，飞速发展。下面简单举几个例子：

复旦大学类脑智能科学与技术研究院作为复旦大学跨学科国际化研究中心的先行者和试验田，研究院以复旦大学雄厚的应用数学、计算机科学、生物学、信息学、临床医学等多学科综合优势为基础，以计算神经科学为桥梁，交叉融合、聚力创新，开展大脑机制解析、类脑智能算法、新药智能研发、脑疾病智能诊疗、通用智能等原创性基础研究和应用研究。2020-2021年，进展如何？ 

同济大学脑与脊髓临床研究中心，是同济大学四大临床研究中心之一，依托于同济大学医学院与同济医院等附属医院，研究范围包括脑科学基础科研及临床转化、脑科学与人工智能交叉、脊髓损伤及修复、临床神经病学及疾病早期诊断；麻醉与脑功能等。包括同济大学脊柱脊髓损伤再生修复教育部重点实验室，同济大学“脑智同飞”联合研究中心，同济大学医学院解剖与组织胚胎学系，再生医学系, 脑与类脑功能转化研究所在内的多个科研机构。

2021年，进展如何？ 收藏| 同济大学脑与脊髓临床研究中心--2021年度科研成果汇编

2019年9月，天津脑科学中心正式成立。天津脑科学中心将以大脑为研究主体，通过生理、病理和行为等手段探究大脑高级认知功能神经机制；利用材料、器件、算法、系统等工程技术手段，瞄向生命体与非生命体之间的交互协作与共融机制，开展新一代脑-机交互与类脑智能研究；突破声、光、电、磁发生原理与多源神经信息耦合的技术瓶颈，创新发展先进神经功能检测与调控装备；实现神经增强、修复与替代等医学工程应用以及生机补充、控制、协同与共融的转化医学应用。

2021年，进展如何？收藏| 天津脑科学中心2021年度十大科技进展

（四）在脑科学领域技术发展贡献逐渐增加

骆清铭院士——全脑显微光学切片断层成像

骆清铭院士在生物结构、功能及多分子事件信息获取方面做出了较系统的创新性成果。创建了具有亚微米体素分辨率的全脑显微光学切片断层成像（MOST）原理和技术，绘制出亚细胞分辨的小鼠全脑三维神经元联接图谱。建立的全脑介观图谱绘制体系已在脑科学研究中得到了应用，为研究神经元类型、神经环路和脑疾病模型等提供了重要手段。提出了一种脑功能多通道近红外光学成像方法，检测到视皮层神经活动的快信号。提出了一种时间衬比分析方法，将激光散斑血流成像空间分辨率提高5倍。在光学分子成像领域，观察到细胞中绿色荧光蛋白探针存在双光子高阶光漂白效应。构建了多种基于荧光蛋白的分子探针，实现了活细胞中多对蛋白质之间相互作用的并行成像检测。曾获2010年度国家自然科学二等奖和2014年度国家技术发明二等奖。 

相关阅读：

彭汉川课题组——全脑单神经元多样性研究及信息学大数据平台

2021年10月6日，东南大学脑科学与智能技术研究院（以下简称东大脑智院）与美国艾伦脑科学研究所及华中科技大学、中国温州医科大学、腾讯公司等国内外多家单位合作，在Nature上在线发表题为Morphological diversity of single neurons in molecularly defined cell types的研究论文。该研究建立了一套完整的平台包括神经元的稀疏标记、全脑成像、高通量神经元重建、配准以及分析。并基于此平台生产了目前世界上数目最大的1741单细胞神经元数据集，包含来自小鼠大脑皮层、屏状核、纹状体和丘脑等脑区神经元。该研究鉴定了11种主要的投射神经元类型及更精细的子类型。神经元的多样性符合多水平调控长程投射的规则。详情请见：Nature+Nature Methods：彭汉川团队脑科学成果入围21年“中国生命科学十大进展”

程和平院士团队——微型化双光子显微镜

2014年，在国家重大科研仪器设备研制专项的支持下，程和平院士带领一支跨学科的团队研发能够真正被神经科学家们使用的微型化双光子显微镜——高时空分辨的微型化双光子显微镜（fast high-resolution,miniaturized two-photon microscopy，FHIRM-TPM）。这种头戴式的微型化显微镜可以由动物“戴着跑”，能够长时程的记录动物在进行各种生理活动或行为任务时的神经活动。

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探针王子李毓龙

李毓龙实验室自2018年以来，先后开发了针对乙酰胆碱、多巴胺、去甲肾上腺素、腺苷、五羟色胺（5-HT）等多种神经递质的新型遗传编码探针，灵敏度高且特异性好。对神经科学研究的推动，发挥重要的作用。

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光遗传学技术的发展

结语

我国的脑科学在飞速发展，脑计划的实施也必将带来更多的新成果。Brainnews团队能力有限，简单汇总了一部分，欢迎大家批评指正，后续我们编辑部还会继续完善这个整理工作。

（如果您有更多建议和意见，请发送至邮箱：[e-mail]）

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