欧美人脑研究计划的互补性李升伟/编译读懂小鼠的思想：当小鼠漫游虚拟现实时，顶部的插图显示的是一个由双质子显微镜成像的神经元群体，小鼠则站在泡沫聚苯乙烯球顶部向前奔跑●动物模型系统和数字化系统的研究，勾勒出大脑研究领域国际化和跨学科的研究图景。在探索认知人类大脑的研究中，欧美的两大研究计划使我们看到了突破所在：美国的重点在于研究新的实验工具，而欧洲则专注于模型建立和计算模拟。工具的革命美国卡夫里基金会科学项目执行副主席米·丘恩（MiyoungChun）说：“我们对于大脑如何工作的机理并没有单一而统一的理论，尽管我们已经认识微观水平的单一神经元，以及宏观水平上通过功能性磁共振成像（fMRI）技术认识到的脑斑。但是，我们缺乏关于大脑如何在中观水平上工作的知识。如果我们拥有系统化且综合性的工具研发，我们就能走得更远。”奥巴马于2013年4月2日宣布的“使用先进神经技术的人脑研究计划”（BRAIN），其战略方向目前仍在定义之中：美国国防高级研究计划局（DARPA）10月份宣称，将集中于深度大脑刺激的研究；美国国立卫生研究院（NIH）一份临时性咨询报告列出了九项重点研究领域，包括对细胞类型进行统计、制作结构图谱和将神经细胞活性与行为联系起来——上述这些项目尽管难以差异化地找出目前还不存在的方法，但如今的一些尖端研究可能为将来的发展提供许多线索。位于弗吉尼亚的霍华德-休斯医学研究所（HHMI）珍利亚农场研究园区的罗兰·朗格（LorenLooger）认为：“认识人类大脑的最好方法是从更为简单的大脑研究开始。”为此，他制作了编码动物基因的光遗传学探针，以此产生神经活性的荧光示踪物。“对这些工具的饥渴是巨大的。”同时他认为，唯一完全在结构水平上完成作图的大脑是实验室中无所不在的美丽隐杆线虫（蠕虫）。“它的神经系统有302个神经元，即使这样，许多奥秘依然存在。”人类大脑拥有大约1000亿神经元，每个神经元又拥有数千个突触，而“介于蠕虫和人类之间最有代表性的动物是小鼠和果蝇，它们都是标准的研究模型。”朗格说。普林斯顿大学的生物物理学家大卫·坦克（DavidTank）将类似于朗格发明的探针进行偶联，配合使用双质子显微镜来观察神经元点火——如同小鼠漫游虚拟迷宫一般。坦克说：“小鼠知道这不是一种真实的迷宫，但我们得到的所有证据，提示了小鼠从事着与它们漫游真实世界时一样迷人的认知系统。”---本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---康奈尔大学的克里斯·许（ChrisXu）则建立了一种三质子显微镜，旨在突破深度成像的局限。在对小鼠大脑的观察（经常是在切除了一些颅骨的情况下）过程中，他说：“我想我可以达到2毫米的深度。”这样的深度可以到达灰质和白质，从而可以观察皮层下神经元。他解释说，由于白质具有神经纤维的脂肪性髓磷脂保护层，可以强烈地发散光和热。从视图的光学角度来说，“我们需要对动物内的大体积进行高空间分辨率的非浸润性成像，直达单个细胞。”对细胞组织进行更深入成像的另一种方法是适应性光学。包含畸变光收集反光镜的适应性光学望远镜，可以纠正由大气产生的波前畸变。珍利亚农场的物理学家纳杰（Na激）说，在显微镜中，关键是要塑造激光的波阵面，“消除大脑诱导的畸变并在大脑深处形成一个大家关注的聚焦点，便于神经元在亚细胞分辨率上得到成像。”哈佛-麻省的马丁诺斯生物医学成像中心的神经生物学家范·伟登（VanWedeen）在尝试能否用磁共振成像仪（MRI）对大脑回路作图，路线是对沿白质内信号荷载纤维灌注的水进行示踪。他说：“当增加分辨率时，图像变得更加简单和漂亮。我并不是指小规模的轴索，我们正在观察的是从一个区域到另一个区域的大通路结构。”非浸润性灌注磁共振成像对成年人脑内的水分子进行示踪，揭示了大脑回路通路形成了一种栅栏模式。每个着色线代表有大约105个轴索或神经纤维海德堡大学的神经形态学计算机在一个硅晶片上缩微仿制了20万个神经元和5000万个突触，前面罩有外壳，中央是八角形的铝盘。场可编程门阵列呈网络状分布，主要功能是传送和读出输入和输出数据过去几年中，人们已经见证了研究小鼠大...