科学家们虽经几十年的研究，但迄今仍未搞清楚神经元放电是如何解码人类思想和行为的。为了解开此过程之谜，一组科学家提出了一项雄心勃勃的大脑活动图谱(BAM)项目计划，旨在将大脑中每一根神经元活动绘成图谱，以期发现人类行为和疾病状态的关联数据。
大脑神经元活动图谱
在2013年度的国情咨文中，美国总统奥巴马提到了大脑活动图谱(BAM)项目计划，BAM项目支持者据此认为，BAM将会出现在总统推出的联邦预算提案中。因为，BAM项目类似早期开展的人类基因组计划（HGP），如果这一项目得以实施，则标志着是一项对未来技术和基础研究的投资，相信在不久的将来会如同HGP一样获得巨额回报。
据协助开发BAM项目提案的纽约市哥伦比亚大学教授拉斐尔·尤斯特（Rafael Yuste）称，BAM项目的发现可能最终会使诸如帕金森氏症、癫痫、精神分裂症等疾病得到更好的治疗。据悉，BAM项目拟先从动物模型着手开发非侵入性技术，并最终实施对人类大脑的研究。尽管大众媒体都在重点报道人类大脑图谱的消息，但要真正展开对人类的研究还尚需时日。
呼之欲出的BAM项目
在接受采访时，密苏里州圣路易斯华盛顿大学的戴维·范·埃森（David Van Essen）说：“BAM项目是一项需要深思熟虑且极具挑战性的系统工程，但会加速人们致力于解读复杂大脑的进程。”范·埃森并未参与BAM提案工作，然而他曾联合组织过人类大脑联络图工程，即另一项广泛的大脑图谱首创倡议――正在进行中的图谱研究可将人类大脑结构连接成网络，包括通过应用功能性磁共振成像(fMRI)技术还能收集到整个大脑的活动数据。
范·埃森表示，拟议中的BAM项目届时将会提供巨大的数据量，进而可以作为人类大脑联络图工程的补充。通过对动物模型中单个神经元集合活动的测试，BAM项目或许可以帮助研究人员开发出大脑回路运行的计算模型，包括利用功能性磁共振成像技术，在整个大脑活动中获得的数据将会为我们奠定一个更好的解读和了解的基础。
鉴于美国联邦预算还在决策之中，目前尚不清楚BAM项目到底能够获得多少资金的资助。据美国国立神经疾病与中风研究所（NINDS)的斯特瑞·兰迪斯（Story Landis）表示，BAM项目仍处于计划阶段。当下，兰迪斯与负责美国国立精神心理卫生研究所 (NIMH)的托马斯·英塞尔（Thomas Insel）正在开展这方面的筹划与管理工作。兰迪斯称，至少BAM项目会得到NIMH神经科学研究计划的资助。参与BAM项目的科学家声称，尽管白宫在资金细节方面依然保持沉默，但一些私人基金会已表现出对该项目的兴趣并愿意资助。相比之下，政府在过去13年间花在人类基因组项目上的总投资达40亿美元，而到目前为止，全美阿尔茨海默氏症计划法案已获1.3亿美元的资助。
纳米探针技术助阵
BAM项目源自于一次研讨会，并得到了美国科维理基金会、英国盖茨比慈善基金会和艾伦脑科学研究所的支持。六位参与其中的科学家在2012年6月发表的有关神经元论文指出，需要用数据在传统的电生理学之间架起一座桥梁。因为样品数据只是从少量的神经元上得到的，而利用功能性磁共振仪对整个大脑所做的成像，其分辨率却又不够清晰。
为此他们建议，解决方案需从数以千计甚至数以百万计的神经元上记录下整个回路所显示出的详细行为，并计划先从简单的生物体入手，如线虫或果蝇身上做试验。因为它们的神经元数量是可控的。初始回路图谱可以使用成熟的钙成像技术（钙电流能够反映神经元的激活），并记录下电压。鉴于目前还没有一个好使的电压指示仪，科学家认为，引领未来发展且最有前途的将是纳米技术。
BAM项目可以从美国《国家纳米技术创新》(NNI)中获得技术上的支持。例如，一些无机纳米粒子对周围电场十分敏感，可以产生励磁响应而发光，由此生产出前途广阔的电压指示仪。论文科学家宣称，更有应用前景的是纳米探针技术，即一种由小硅阵列塞满电极的装置。现在已经有了几十个电极的纳米探针，这种探针可以控制数以千计的神经元，并允许在神经元回路中进行大规模的并行记录。
然而，纳米探针技术用在人体上或存有侵袭性不太适用。研究人员为此计划开发非侵入性方法用于人体研究，其内容包括电气或化学活动进行光学成像，或利用重组DNA分子存储动作电位峰值数据。后一种方法，即包含由DNA在内的合成细胞充当大脑活动的“驻地记者”。由于DNA聚合酶的错误率依赖于阳离子浓度，其错误模式对应峰值频率，因此该方法会利用DNA浩瀚的信息存量。但尤斯特强调，上述这些方法仍存有一定的风险。
尽管技术上存有障碍，但评论家们还是一致认为，该项目能进一步了解大脑的运作状态。范·埃森说：“许多方法都有可能产生效果，尤其当新技术获得大量投资的时候。”
支持者欲将其比肩HGP
据华盛顿大学的马库斯·赖希勒（Marcus Raichle）教授说：“在进行一项技术开发的同时，需要得到一流的经费支持。你可以想象，许多有趣的事情因此会突然出现，一些与我们所理解的人类大脑状况有关联的发现可能会出现，也可能不会。”
作为神经元论文的作者在比对HGP时，发现HGP在测序方法上引领了一场革命，不仅极大地降低了测序成本，而且激发了基因组产业的大发展。据美国巴特尔技术合作实践研究所的分析报告，在基因组计划中，每投入一美元就会有141美元的产出，在创造新的就业岗位的同时，还增加了税收。不仅如此，报告还指出，HGP其科学影响还在持续发酵。BAM项目支持者坚信，BAM也有可能获得同样的效果。
志在从事BAM项目的研究人员相信，这项工作届时会导致大量诊疗应用手段的出现。尤斯特说：“展开此项工作最关注的动机是要实现临床化。” 例如，他希望通过精神分裂症患者的大脑活动与健康组的比较，最终能发现其中异常的行为模式。“如果能做到这一点，我们或许可以制定出相应的计划来改变这些异常模式或活动通道。”兰迪斯预见到，这些发现还可能有助于治疗其他回路紊乱性疾病，如癫痫，甚至自闭症等。
目前，通常被称为“脑起搏器”的脑深部刺激术(DBS)，是将电极放置在特定的大脑区域，通过该电极向控制人体运动的区域发送电脉冲；同时在患者的胸部皮下埋置一个类似起搏器的装置，患者可以根据自身的症状和感觉，通过遥控器以控制脉冲发送的强度和频率，以此缓解帕金森氏症、抑郁症的症状。
兰迪斯说，为了能更好地理解大脑回路工作的过程，我们还能做出一些更加复杂的变化。即通过对这类知识的理解，研究人员可以开发出更好的与脑相通的机械接口，从而达到控制机械臂等装置的目的。好在这方面的主题调研工作已经着手进行了。
最后，赖希勒强调，BAM项目作为脑研究方法的一种补充，但决不是替代。“（该方法）可以测试非常重要的大脑代谢过程，因此不一定要跟踪动作电位的放电”。举个例子，脑葡萄糖的使用和代谢，通过氟脱氧葡萄糖正电子发射计算机断层扫描术（FDG-PET）就能得到显示。
资料来源 Pain Research Forum，2013年2月25号
责任编辑 则 鸣