投入五億美元美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院?jiǎn)?dòng)“腦計(jì)劃2.0”

大腦是人體中最復(fù)雜的器官，也是最重要的器官之一。

大腦的所有細(xì)胞類型有哪些？這些細(xì)胞是如何相互連接的？疾病期間大腦的工作方式會(huì)產(chǎn)生何種變化？有太多的問題需要解答，更為關(guān)鍵的是，太多疾病與大腦健康密切相關(guān)，深入研究大腦對(duì)于開發(fā)創(chuàng)新療法有重大意義。

為了揭開人類大腦的奧秘，2013年4月，美國(guó)政府正式啟動(dòng)“腦計(jì)劃”。

“腦計(jì)劃”是美國(guó)政府開展的一項(xiàng)重大科研項(xiàng)目，旨在通過開發(fā)新型研究技術(shù)和工具來深入探索人類大腦，以期發(fā)現(xiàn)預(yù)防、治療甚至治愈各種大腦疾病及大腦相關(guān)疾病的新療法。

美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院是“腦計(jì)劃”的主要研究機(jī)構(gòu)，同時(shí)，還有來自全球多個(gè)國(guó)家和地區(qū)，涵蓋生物學(xué)、物理學(xué)、工程學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)等眾多學(xué)科領(lǐng)域，從索爾克研究所，到杜克大學(xué)，再到麻省理工學(xué)院-哈佛大學(xué)的Broad Institute等科研機(jī)構(gòu)參與其中。

早在2014年，“腦計(jì)劃”第一階段——“腦計(jì)劃細(xì)胞普查聯(lián)盟”項(xiàng)目啟動(dòng)，該項(xiàng)目專注于開發(fā)高通量、高精度的研究工具來表征和分類腦細(xì)胞類型。

2017年，“腦計(jì)劃細(xì)胞普查聯(lián)盟”項(xiàng)目進(jìn)一步拓展，擴(kuò)大成為“腦計(jì)劃細(xì)胞普查網(wǎng)絡(luò)”，目標(biāo)是在整合了腦細(xì)胞的分子學(xué)、形態(tài)學(xué)、生理學(xué)和解剖學(xué)特性的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)化腦細(xì)胞類型分類，針對(duì)哺乳動(dòng)物大腦中的不同細(xì)胞類型進(jìn)行識(shí)別和編號(hào)。

人類大腦的細(xì)胞數(shù)量有上百億個(gè)，只有了解大腦細(xì)胞的組成才能更好地理解大腦的工作機(jī)制，以及探索相關(guān)疾病的發(fā)病機(jī)制。“如果我們想研究大腦到底是如何工作的，那就必須深入探索組成大腦的基本單位——細(xì)胞。我認(rèn)為這就像‘人類基因組計(jì)劃’，我們現(xiàn)在有能力像定義基因一樣定義細(xì)胞，細(xì)胞可以說是了解生物學(xué)和疾病等方面的基礎(chǔ)。”艾倫腦科學(xué)研究所高級(jí)研究員、“腦計(jì)劃”首席研究員Ed Lein博士說道。

“腦計(jì)劃細(xì)胞普查網(wǎng)絡(luò)”項(xiàng)目與人口普查有些相似，“細(xì)胞普查”面向的是各種類型的所有腦細(xì)胞，分析和記錄這些細(xì)胞的形狀、特征、數(shù)量、位置、電活動(dòng)信號(hào)等綜合信息，然后將得到的信息編制成目錄。

“腦計(jì)劃細(xì)胞普查網(wǎng)絡(luò)”項(xiàng)目繪制的人類初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮層細(xì)胞圖譜

“目前，我們?cè)诖竽X相關(guān)疾病研究所面臨的重要挑戰(zhàn)是，缺乏對(duì)于疾病所影響到的細(xì)胞以及細(xì)胞相互之間的連接方式，因此很難‘有的放矢’做到針對(duì)性治療。通過“腦計(jì)劃細(xì)胞普查網(wǎng)絡(luò)”研究我們發(fā)現(xiàn)了組成大腦的細(xì)胞類型、特征等很多詳盡信息，可以幫助人類更好地研究大腦及腦相關(guān)疾病。”美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院“腦計(jì)劃”負(fù)責(zé)人約翰博士表示。

通過“腦計(jì)劃細(xì)胞普查網(wǎng)絡(luò)”，研究人員已經(jīng)在分子水平完成了對(duì)包括人類在內(nèi)的一些哺乳動(dòng)物初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮層的大腦細(xì)胞類型圖譜繪制，這也意味著“腦計(jì)劃”第一階段的研究工作已經(jīng)完成，而“腦計(jì)劃細(xì)胞普查網(wǎng)絡(luò)”的成功實(shí)施為下一步研究的順利開展打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2022年，“腦計(jì)劃”第二階段——腦計(jì)劃全細(xì)胞圖譜網(wǎng)絡(luò)（BICAN）開始啟動(dòng)，目標(biāo)是在未來5年內(nèi)繪制出一個(gè)完整的人類大腦細(xì)胞類型圖譜。

“腦計(jì)劃 2.0”的三大研究課題

早在年初，約翰《B R A I N 2.0：改變神經(jīng)科學(xué)》為題發(fā)表了一篇評(píng)論文章，介紹了“腦計(jì)劃2.0”階段即將開展的三大研究課題：繪制綜合的人腦全細(xì)胞圖譜、構(gòu)建哺乳動(dòng)物大腦微連接性圖譜，以及研發(fā)精準(zhǔn)靶向腦內(nèi)各類細(xì)胞的工具和技術(shù)。

近日，美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院宣布將提供超過5億美元的新資金，來繼續(xù)深入開展“腦計(jì)劃 2.0”階段的研究工作。

在“腦計(jì)劃 2.0”階段，研究人員將繪制人類大腦出生、發(fā)育、成熟、衰老各個(gè)階段的全細(xì)胞圖譜，同時(shí)還將融合不同人種、不同生活習(xí)慣等對(duì)于大腦全細(xì)胞圖譜的影響，可以預(yù)見，細(xì)胞圖譜完成后將對(duì)神經(jīng)退行性疾病、精神疾病、成癮疾病等的大腦相關(guān)疾病的發(fā)病機(jī)制提供前所未有的理論支持。

除了“繪制人腦全細(xì)胞圖譜”，針對(duì)“構(gòu)建哺乳動(dòng)物大腦微連接性圖譜”，美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院將于明年年初提供3 0 0 0萬美元的資助；與此同時(shí)，還將針對(duì)“研發(fā)精準(zhǔn)靶向腦內(nèi)各類細(xì)胞的工具和技術(shù)”分撥3600萬美元的研究經(jīng)費(fèi)，用于開發(fā)病毒載體和脂質(zhì)納米顆粒，以定位和基因調(diào)整特定類型的腦細(xì)胞。

“目前，‘腦計(jì)劃 2.0’的研究工作才剛剛開始，接下來我們將研究數(shù)百個(gè)人類大腦。同時(shí)，我們現(xiàn)在開展的這項(xiàng)研究意義重大，這將徹底顛覆未來人們進(jìn)行神經(jīng)科學(xué)研究的方式。”約翰說道。

“腦計(jì)劃”是一個(gè)相當(dāng)“燒錢”和“耗時(shí)”的超大型神經(jīng)科學(xué)項(xiàng)目。截至目前，該項(xiàng)目已經(jīng)歷時(shí)9年，美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院的總投資金額已達(dá)25億美元，預(yù)計(jì)到2026年底，這一數(shù)字將達(dá)到52億美元。

巨額的投入將換來豐厚回報(bào)，作為繼“人類基因組計(jì)劃”之后的又一大國(guó)際科研項(xiàng)目，“腦計(jì)劃”的實(shí)施將變革性地促進(jìn)對(duì)人類大腦運(yùn)行機(jī)制的理解，并將強(qiáng)有力地推動(dòng)各種大腦疾病以及腦相關(guān)疾病創(chuàng)新療法的開發(fā)，造福人類健康。