将思维停在此刻：通过BAM项目开发的新技术可以监测巨大的神经元集群，当神经兴奋时，可以将其电路的静态图片变成活动的
据《纽约时报》披露，奥巴马政府拟在下一财年预算提案中推出一个大科学计划项目――大脑活动图谱（BAM）计划，旨在拓展人们对人类大脑健康或病理状态的认识。据悉，要完成这一据称可与人类基因组计划(HGP)比肩的项目需投入数十亿美元。为此，《科学》杂志的“科学线人”栏目围绕该项目的一些相关话题逐一进行了解答。
什么是大脑活动图谱（BAM）
鉴于目前的进展和技术手段，神经科学家只能粗略地测量大脑活动，包括正在使用的正电子发射断层扫描（PET）技术和核磁共振成像（MRI）技术，也只能通过某些参数来监测脑内“被激活”的区域，或者测量单个或少量神经元组的电活动。在大范围观测上，PET和MRI缺乏精细的细节，只能获得“模糊”的图像；而聚焦于小簇神经元时，就像是近距离关注局部而忽略了整体。研究人员普遍认为，产生思维和知觉的大脑功能涉及几千数百万神经元，目前他们还不具备监测这种神经元集群的手段。他们同时认为，若要获得详细的人类大脑活动图谱，则需要开发新的成像工具，而且首先必须从动物模型入手。目前还不清楚BAM会绘制哪些状态的图谱。理论上，这些工具或模型有助于科学家了解诸如癫痫症或精神分裂症在大脑活动中的一些异常。这些病症通常被怀疑起源于大脑不同区域之间的异常神经连接。
哪些机构参与了BAM提案
美国国立卫生研究院（NIH）很可能担当BAM提案的组织者。美国国家科学基金会（NSF)、美国国防部高级研究计划局（DARPA）和白宫科学和技术政策办公室（OSTP）也在参与促进该提案的最终形成。其中，卡弗里基金会、艾伦脑科学研究所和霍华德·休斯医学研究所（HHMI）已率先致力于BAM项目的推广。今年1月，微软、谷歌和高通公司就该项目的数据分析召开了一次研讨会。
BAM提案产生的背景
2011年9月，由卡弗里基金会、艾伦基金会和盖茨比基金会在英国共同主办的一次研讨会上，曾领导个人基因组计划（PGP）的分子遗传学家乔治·丘奇（George Church）和哥伦比亚大学的神经科学家拉斐尔·尤斯特（Rafael Yuste）在会上掀起了波澜，他们提出，借助新技术开发，开展一项大规模、协调一致的用以跟踪人类大脑功能连接活动的项目，直至对每个神经元乃至轴突功能详尽了解的条件已经具备。尽管部分与会者对此表示质疑，但该提案还是引起大家足够的热情，并在卡弗里基金会科学项目部副总裁全美永推动下产生了BAM白皮书。在同年12月召开的一系列会议上，正式向NIH、DARPA 和OSTP提出了这一项目。
次年1月6日，在加州圣莫尼卡举行的卡弗里基金会未来研讨会上，BAM项目作为一项主要议题被推向了一个新的高度；紧接着在《神经元》杂志发表了实施该项目目标的相关细节（主要集中在动物研究上）。7月，OSTP在征集科学技术领域有“巨大挑战”或类似HGP项目时，全美永和其他《神经元》论文合作者被要求简化他们的提案，更侧重对人体的应用。
BAM真的是关于人脑研究的
早期的BAM项目描述（例如《神经元》论文中提及的）主要是着眼于动物模型展开的。然而，在过去的几个月里，经过全美永及其同事与OSTP的沟通，提案则进一步明确了人体应用的重要性。尤斯特说，在与OSTP、NIH的合作中，新版提案与病人护理有着更实际的联系，真正促进了团队朝着更富有“社会责任”的方向努力。
强调对人体的应用，也可能会使人们对研究的实际范围产生误解。例如，《纽约时报》指出，科学家们打算十年内构建起人类大脑活动的“全面地图”；而现实是，BAM项目前期重点将主要集中在动物模型上。HHMI执行董事杰拉尔德·鲁宾（Gerald Rubin）说：“《纽约时报》的文章没能很好的表述官方计划。”鲁宾在一封邮件中写道：“特别是出于科学和伦理的原因，第一个十年的大部分经费主要用于“模式生物”的实验。
BAM预计多久可以完成
BAM项目的规划文件比《纽约时报》暗示的要保守得多。科学家们预计，五年后他们的监测能力将达到或相当于秀丽隐杆线虫的整个大脑活动，其中有302个神经细胞和大约7 000个神经连接；十年后，期望完成相当于果蝇模型的全脑图谱，约13万个神经细胞；十五年后，将能够观察到斑马鱼的脑功能或小鼠大脑皮层的几个区域。
NIH和其他联邦机构还没有公布提案的详细信息。然而，从《神经元》和“科学线人”获得的最新版本来看，全美永及其同事计划将BAM项目分为四个阶段：第一，着眼于研制新的成像工具，利用光线穿透进入脑组织，以检测或控制细胞的功能；第二，着力于研究下一代电子探针，便以同时监控和处理大量的细胞；第三，创新纳米技术，以记录单个神经元活动；最后，像HGP一样，研究开发数据共享和分析系统。
BAM最终成本将是多少
据《纽约时报》称，科学家们希望能获得超过十年、每年3亿美元的经费资助，但没有解释这么做的原因。相比之下，HGP花费了38亿美元（NIH官员说，在总统公布下一财年预算之前，他们无法对项目资金发表评论）。目前尚不清楚这些经费中有多少是来自对现有神经科学项目的重组。卡弗里基金会每年将资助400——500万美元。HHMI和艾伦脑科学研究所正在做的相关研究将会是这一项目中的一部分。
BAM是否会引发争议或通过
在纽约冷泉港实验室的神经学家帕尔塔·米特拉（Partha Mitra）看来，BAM中提出的许多创新手段，诸如深层渗透脑组织的新型光基技术如同“科幻小说”。他认为，该项目并没有广泛征询神经科学界的意见，不利于BAM的实施。而最近得到资助的欧盟“人脑计划”（HBP），就经过了更多的公开讨论，尽管也引发不少人的批评。
尤斯特指出，在启动HGP时，也曾遭遇过类似的情况。他强调，启动BAM项目可能比想像中更为困难和复杂，但我们需要这样一个大的挑战来激励新工具的研发和多领域科学家之间的合作。作为一个领域，神经科学“已经长大，旧衣服或以不合身了”。他希望，这一神经科学项目将像其他大科学项目一样，如HGP和国家纳米技术计划，给予自己领域的发展更多地关注。
发展神经科学研究历来是美国两党的共同兴趣，但白宫是否已向国会提出拟建项目的讨论目前尚不清楚。鉴于目前大多数科研机构开始减少投入的背景下，如果政府削减开支再加上削减NIH预算的5.1％，很难确定NIH最终是否会把钱投入到一个新的大型项目中。
资料来源 Science
责任编辑 则 鸣