美国“脑计划”自2014年启动，经过近10年发展，由以美国国立卫生研究院（NIH）为核心构建自上而下的多层次组织管理网络，资助开展了一系列科研项目，取得了一系列瞩目成就。其在2019年后的新发展阶段布局和陆续启动的一系列大型变革性脑科学项目将产生重要数据资源，为疾病诊治提供强大的知识平台和技术支撑，最终将加速美国“脑计划”目标的实现。
发展历程
组织管理
资助项目
已有资助项目。美国“脑计划”资助的科研项目包括资助机会（fundingopportunities）类和资助奖（fundedawards）类。①资助机会类项目。以“资助机会公告”（fundingopportunityannouncements，FOAs）形式发布。官网数据显示，截至2022年10月，67项FOAs处于开放状态，200项FOAs已结束。NIH既是美国“脑计划”的管理机构，也是项目主要资助机构，其他资助机构包括美国国家科学基金会（NSF）、美国情报高级研究计划局（IARPA）、美国国防部高级研究计划局（DARPA）、美国西蒙斯基金会和美国科维理基金会，其中NIH资助的FOAs数量最多，其次为NSF（表2）。②资助奖类项目。共计1137项，从2014年起资助项目数量逐年递增，直至2018年达峰，2019年稍有回落，从2020年起继续保持上升趋势（图2）。前15位承研机构以高校为主，其中美国斯坦福大学（承研项目42项）高居榜首，美国麻省理工学院和麻省综合医院（承研项目均为36项）位居其次，美国艾伦脑科学研究所（承研项目26项）和冷泉港实验室（承研项目20项）亦位列其中（图3）。
拟开展项目。根据BRAIN2.0发展规划，下一步将推进以下5个可产生重要数据资源的大型项目：①“为认识脑功能和脑功能障碍性疾病提供细胞特异性解决方案”项目。实现可永久标记任何生物体的细胞群，通过操纵特定细胞类型可逆调控细胞功能。②“人脑细胞图集”项目。旨在生成一个大数据量和高精度的全人类大脑细胞图集。③“小鼠大脑的连接组学”项目。全面绘制整个小鼠大脑的空间连接图，以实现脑回路从“突触”到“功能调控和行为”的跨越式研究。④“基于神经回路的疗法”项目。通过高时空精度干预特定神经回路，实现大脑功能的长期改变，以缓解神经精神类疾病症状。⑤“记忆和离线大脑”项目。从突触到全脑网络多个尺度，在神经活动和行为测量之间建立关联，建立大规模神经活动图谱，解析大脑从不同的记忆系统中检索和利用信息的机制。
主要学术成就
截至2022年10月，美国“脑计划”自启动以来共计发表学术论文1248篇。利用Bibexcel软件进行文献计量，Pajek软件进行文献关键词聚类分析，Vosviewer软件进行可视化，得到美国“脑计划”论文关键词共现网络图谱（图4）。结果表明，以下7类关键技术分别作为每一类的最大节点，与其他节点共现的总频次最高。
功能核磁共振（fMRI）。该聚类包括静息态功能核磁共振（resting-statefMRI）、示踪成像（tractography）、扩散核磁共振成像（diffusionMRI）、功能性连接（functionalconnetivity）、阿尔茨海默病（Alzheimer’sdisease）和轻度认知损害（mildcognitiveimpairment，MCI）等节点。以分子水平功能核磁共振成像为代表的新型功能核磁技术发展迅速，例如，麻省理工学院首次对神经递质多巴胺开展分子水平功能核磁研究，该技术可对光学手段无法检测到的活体大脑区域进行检测，同时实现细胞尺度测量和无创性全脑成像。
深部脑刺激（deepbrainstimulation，DBS）。该聚类包括帕金森病（Parkinson’sdisease）、癫痫（epilepsy）、抑郁症（depression）和脑电图（EEG）等节点。美国“脑计划”推动了DBS技术在抑郁症个体化治疗中的应用。美国埃默里大学研究了对抑郁症的DBS个体化治疗策略，对胼胝体扣带下区行高频DBS治疗难治性抑郁症（TRD）；美国凯斯西储大学开发了手术室应用软件StimVision，易于图像引导病人个体化立体定位系统中进行DBS电极靶向刺激，有助于新型DBS治疗抑郁症的临床路径开展和电极靶向效果的术后评估。
神经调制（neuromodulation）。该聚类包括神经接口（neuralinterface）、经颅交流电（transcranialalternatingcurrent）、超声聚焦（focusedultrasound）、电生理学（electrophysiology）等关键节点。美国“脑计划”主要资助了新型非侵入性神经调制技术及工具的研发，包括开发和测试利用其他形式能量且具有高时空分辨率的神经调制技术，以及对现有神经调整技术的优化。美国加州理工学院通过功能性超声波（fUS）的脑成像数据追踪猴脑活动变化，结合对应任务通过深度学习算法处理，从而解码行为意图。该方法对大脑活动记录的准确率高且对脑组织友好，有助于中风、瘫痪等疾病治疗。
光遗传学（optogenetics）。该聚类包括嗅球（olfactorybulb）、初级视觉皮层（primaryvisualcortex）、丘脑（thalamus）、钙成像（calciumimaging）、双光子显微镜（two-photonmicroscopy）等节点。光遗传学技术是调制神经元活动的强大工具之一，美国“脑计划”资助的新型光遗传学技术项目在对不同神经元群体“多色”光遗传控制方面取得了重大进展。劳伦斯利弗莫尔国家实验室、密歇根大学和纽约大学的研究人员通过联合开发一种结构更紧凑、可扩展和侵入性更小的柔性聚合物神经探针阵列，突破了传统光遗传学技术仅能通过单色光控制一种神经元类型的局限，有助于阐释神经环路的细胞机制，为创伤后应激障碍和阿尔茨海默病提供了潜在治疗方法。
组织工程（tissueengineering）。该聚类包括生物材料（biomaterials）、生物工程（bioengineering）和神经创伤（neurotrauma）。活性生物电极的设计和引入大大降低了脑机接口存在的持续排异反应，改善了神经活性界面的有效性。美国宾夕法尼亚大学开发了一种由微型水凝胶柱构成的微组织工程化神经网络（micro-TENNs），其独特性在于，微型水凝胶柱由一系列生物材料构成，具有可控的机械和生物学特性，可诱导神经元和轴突在细胞外基质的支持下形成轴突束排列的三维“模拟大脑神经网络”，可用于神经修复与再生。
美国“脑计划”实施特点分析
美国“脑计划”自启动以来，通过紧前布局总体战略愿景框架、部署细化研究方向、注重跨部门和多地区合作、营造多学科融合和伦理道德保证的科研环境，使得项目稳步推进，在中期进行了战略适度调整，明确了新阶段的重点方向和远近目标，使其在先进技术开发和脑病治疗等领域取得了一系列引领性创新。
注重以发展先进技术为切入点
美国“脑计划”提出，技术本身及其衍生出的一系列工具将有助于认识神经系统在健康和疾病中发挥的作用，这也是实现BRAIN2025愿景的最佳方式。美国“脑计划”资助的研究论文以功能核磁、深部脑刺激、光遗传学等先进技术为研究主题，将其转化为人类认识大脑和脑病治疗的有用工具，凸显了美国“脑计划”对发展先进技术的重视。该计划通过发布“优化和验证新型神经科学技术和方法（PA-18-871和PA-18-870）”的资助机会类项目等方式，积极推进创新型神经技术的开发，在优先研究领域内取得诸多技术突破。在细胞水平，通过开发基于病毒载体的CRISPRs和TALENs，或基于非病毒载体的抗体靶向脂质体，促进面向特异细胞的转基因技术开发，提高将外源基因序列整合至基因组的效率。在动物水平，结合现代染料示踪技术、遗传标记及整体成像技术（如美国斯坦福大学研发的突破性大脑透视技术CLARITY），为研究神经元之间的长距离连接和神经环路，建立完整、真实的大脑结构三维图像提供了可能性。
鼓励跨部门协同推进“脑计划”实施
美国政府鼓励美国国家机构、学术研究组织、非营利性基金会及企业跨部门协同合作、共同推动，构建了多元合作组织管理模式，以顺利推进“脑计划”。西蒙斯基金会、艾伦脑科学研究所、FDA、IARPA、科维理基金会、NIH、NSF和电气与电子工程师协会脑技术社区（IEEEBrain）共同组建了“脑计划”联盟（BRAINInitiativeAlliance，BIA），有力推进了“脑计划”成员之间的跨部门协同。由基金会、大学、12家企业和2个社会团体组织构成的非联邦机构，在推动“脑计划”高新技术研发和成果转化方面发挥了重要作用。例如，科维理基金会作为“脑计划”发起者之一，通过与白宫沟通推进“脑计划”成形、在“脑计划”框架下投资组建神经科学研究所和每年提供约400万美元经费以资助“脑计划”项目等方式，对美国“脑计划”有不容小觑的助推作用。
建立数据标准和数据共享平台
利用全球资源广泛开展国际合作
美国“脑计划”资助奖项目除分布于美国本土，还有部分位于英国（伦敦大学学院）、法国（皮埃尔和玛丽居里大学、艾克斯-马赛大学）、德国（慕尼黑工业大学、马克斯普朗克神经生物学研究所）、荷兰（乌特勒支大学医学中心）和以色列（以色列特拉维夫大学、耶路撒冷希伯来大学）等，上述项目利用欧洲大脑研究基础设施EBRAINS提供的开放性的计算工具、模型和数据，整合跨学科的脑科学资源，建立理论框架，加深了对神经认知的理解。
2016年4月6日，我国正式批复“科技创新2030—‘脑科学与类脑研究’重大项目”立项。如何把握当前脑科学发展的战略机遇，培育和储备在神经科学和类脑研究尖端科技领域的创新能力，是当前面临的重要挑战。美国“脑计划”的发展模式对我国脑科学研究的创新能力打造和高质量研究成果产出具有一定参考意义。
紧贴国家战略需求加强顶层设计
顶层设计对于大科学计划的顺利实施和成果交付具有举足轻重的作用。NIH提出的整体战略规划报告（BRAIN2025）和中期战略报告（BRAIN2.0）对“脑计划”在不同时期的实施进行了战略规划，明确了优先研究领域，并制定了短期和长期规划，形成了规划制定、实施执行、监测评估和更新迭代国家技术战略链条。美国高端智库还推出系列战略报告，如波托马克政策研究所于2013年4月发布的《神经技术未来研究：21世纪引领经济革命的神经科学和技术发展路线图》等，也对美国脑科学发展路线图的形成发挥了重要战略引领作用。
结合我国当前正处于从技术应用向原始创新的转型发展关键期的基本国情，提出以下建议：重视神经科学理论基础研究。建立对脑科学新理论和新概念研究的长期资助机制，还应注重脑科学与信息技术、材料科学的结合发展与迭代，打造脑科学和类脑研究发展新范式，以理论研究创新推进对生物原创技术的培育。加强灵长类动物大脑研究。中国具有丰富的灵长类动物资源的天然优势，大力发展适用于灵长类脑研究的新技术和新方法，或利用美国“脑计划”开发的新技术研究灵长类大脑的连接、发育，可能在灵长类脑研究中取得突破性成果。鼓励培育颠覆性技术。应在脑科学和类脑研究领域设置一批概念原创的非主流项目，对有颠覆性潜力的技术实行“概念验证—项目批复—小额启动—持续增资—定期评估”的资助机制。
紧前部署“脑计划”衍生的科学数据治理研究
数字时代的来临使得数据治理成为“大势所趋”，科学数据治理在保障大科学计划的顺利实施过程中发挥着举足轻重的作用。美国“脑计划”设立数据标准制定类的专门研究项目，以促进数据的可用和共享。在数据平台建设方面，我国“脑计划”资助建立了我国人脑健康多维数据库，包括西南大学青少年人脑核磁共振纵向追踪数据库等，但我国在数据共享方面普遍存在所有权不明确、标准不健全和安全风险管控和责任缺乏权威认证等问题。
因此，建议：我国“脑计划”在运行初期应尽早开展科学数据治理的顶层设计；建立包容性强的数据存储架构，还应设置课题专门研究数据标准的制定和统一问题；建立脑科学数据汇交平台，对所有研究项目提出数据汇交要求，并将项目承研机构是否保质保量地提交研究数据作为项目评估结果的重要考核指标。
探索战略性政企合作模式
在以上已有发展基础上，进一步建议：完善民营力量的参与机制、成果分配机制和激励机制，简化科研转化的业务审批流程，打通科研转化堵点；政府科技主管行政部门通过会商等形式与基金会建立沟通机制，制定小型企业创新培育计划，培育一批尖端技术创新型小企业，使之可为我国“脑计划”实施贡献力量。
构建跨学科交叉融合研究网络
跨学科交叉是取得重大科学发现和产生引领性成果的重要方式，推动跨学科交叉研究是提升原始创新能力的重要途径。美国“脑计划”汇集众多学科领域专家如化学家、物理学家、工程师与神经科学家开展多学科交叉研究，优先资助“整合方法”研究领域，如设置支持以跨学科探索小组的形式开展脑神经回路研究的资助机会类项目（RFA-NS-20-029），极大推动了新技术的开发与应用。此外，在美国“脑计划”框架下，NSF与加拿大健康研究所（CIHS）、德国研究基金会（DFG）等国际机构合作设立全球性神经科学研究项目“下一代神经科学网络”（NeuroNex）项目，将全球跨学科的研究人员聚集到一个网络中，开发创新性、可访问和可共享的技术和方法，以加强对神经和认知研究的理解。
据此建议：①我国建立跨学科网络可借鉴国际已开展的“大科学研究计划”的设计、组织与实施经验，适时发起以我为主的国际脑科学计划，设置任务导向式整合型项目，汇集全国乃至全球多学科科学家和工程师，从多个层次探索大脑工作原理；②成立科研管理分支部门，专门管理交叉学科研究，并建立明确的交叉学科研究成果评估机制，包括在评价专家组中设置跨学科研究评审专业，消除专家学科偏倚对我国脑科学项目布局及评估的影响等。
加强脑科学伦理研究
（作者：祖勉、王瑛、刘伟、王磊，军事科学院军事医学研究院卫生勤务与血液研究所；辛泽西，中国人民解放军61221部队；《中国科学院院刊》供稿）