中国参加人类脑计划

[卫星破译脑电波秘密大脑研究工程]

人类基因组计划之后又一国际性科研计划——中国参加人类脑计划（一）--------------------------------------------------------------------------------科技日报 2001-10-19人类脑计划是继人类基因组计划之后又一国际性的科研计划。近年来， Nature、Science、Trends in Neuroscience等著名学术期刊对人类脑计划与神经信息学纷纷进行了报道。他们认为人类脑计划比基因组计划更大，囊括了更加广泛的内容，是一项更加伟大的工程。1996年，以美国为首的神经信息学工作组建立，其目的是组织和协调全世界神经科学和信息学家共同研究脑、开发脑、保护脑和创造脑。根据规定，成员国之间可利用电子网络寻求研究协作伙伴，进行数据交换和科研协作，可以免费使用通用神经信息学数据库和信息工具，承担科研任务，同享科研成果和脑研究资源。2001年7月，唐一源教授应美国国立卫生研究院神经信息学部主任、全球人类脑计划负责人考斯陆博士的邀请，访问美国NIH人类脑计划与神经信息学总部，并做专题报告“中华人类脑计划与神经信息学的进展”，使考斯陆博士及美国其他科学家认识到中国的实力和决心。于是考斯陆博士发出专函：“同意中国唐一源、唐孝威和尹岭博士参加始建于2000年的经济合作与发展全球科学论坛神经信息学工作组”。考斯陆博士认为中国专家参加这一活动具有极其重要的意义，这将有助于中国在这一领域的研究与国际发展保持同步，中国的参与将会对全球神经信息学的形成和发展产生重大影响。2001年10月4—5日，我国科学家赴瑞典参加了人类脑计划的第四次工作会议，成为参加此计划的第20个成员国。中国科学家表示，要积极配合国际神经信息网络及数据库，建立中国独特的神经信息平台、电子网络和信息数据库，才能在合作中不受制于人，更好地和国外科学家协作，共享科研成果和国际资源。（待续）摘于《科技日报》2001-10-19人类基因组计划之后又一国际性科研计划——中国参加人类脑计划(二)--------------------------------------------------------------------------------科技日报 2001-10-19揭示大脑的奥秘是新世纪人类面临的最大挑战生命是什么？“人活着”是怎么一回事？大脑如何思维？数不清的疑问浮现在人类的脑海中。人之所以成为万物之灵，有别于其它物种，是因为人类有极其复杂的大脑，它是千百万年进化的结晶。在过去的六亿年中，生物体通过进化产生出由大量神经元相互联结而形成的神经网络，解决了在不断变化的复杂环境中人脑如何处理各种复杂信息的问题。尤其是人的高级认知功能的高度发展，使得人类成为万物之首，具备了主宰世界的能力。科学研究发现，一个成人大脑重约3．3磅，体积1．5公升，脑内有上千亿个神经细胞，还有超过10（上角14，即10的14次方）个神经突触。大脑是生物体内结构和功能最复杂的组织，是接受外界信号、产生感觉、形成意识、进行逻辑思维、发出指令产生行为的指挥部，它掌管着人类每天的语言、思维、感觉、情绪、运动等高级活动。人脑也是极为精巧和完善的信息处理系统，是人体内外环境信息获得、存储、处理、加工和整合的中枢。由于人脑的结构和功能极其复杂，需要从分子、细胞、系统、全脑和行为等不同层次进行研究和整合，才有可能揭示其奥秘。为此，世界各国投入了大量的人力和财力进行专门研究，美国把九十年代最后十年定为“脑的十年”，欧洲确定了“脑的二十年研究计划”，日本将21世纪视为“脑科学世纪”，脑科学的研究热潮遍布全球。科学家们提出了“认识脑、保护脑、创造脑”三大目标，人们相信脑科学的研究成果将为人类更好地了解自己、保护自己、防治脑疾病和开发大脑潜能等方面做出重要的贡献，“了解大脑、认识自身”是21世纪的科学面临的最大挑战。海量脑研究的数据呼唤新的学科1970年至2000年的30年间，美国神经科学学会的会员人数增长了近30倍，2000年达到28，000人左右，每年年会的论文摘要增长了近100倍，2000年已达到15，000篇左右，遍布神经科学研究的各个领域。以往有关脑的研究包括神经解剖、神经生理、神经病理、神经生化、神经免疫、神经电生理、神经心理等，已经获得了大量有关动物脑和人脑的实验数据和研究结果。近年来分子神经生物学研究从基因水平来揭示人脑的奥秘，先进的基因芯片技术在每秒钟就可以得到大量的实验数据。脑功能成像（fMRI、PET等）的应用使我们能够从活体和整体水平来研究脑，好比窥探脑的窗口，可以在无创伤条件下了解到人的思维、行为活动时脑的功能活动。这些新方法、新技术极大增强了我们从微观与宏观两个水平上进行脑研究的能力，同时也产生了海量的实验数据。没有哪个科学家、实验室能够掌握所有的信息并独立地进行脑的全面研究。面对这样的信息爆炸，我们应该怎么办？我们以往的科研模式是否需要变革？答案只有一个：新的需要产生新的学科，新的模式产生新的突破。神经科学家面临的重要问题之一，就是能否灵活有效地管理数据，最大限度地利用实验数据，减少不必要的重复性研究和人力、物力的浪费。计算机和信息技术的飞速发展为我们提供了解决方案，信息工具的应用为我们解决这一问题创造了条件。所以，建立全球神经信息数据库和神经信息电子网络，已经迫在眉睫。神经科学家和信息学家都在呼吁，应加强神经科学和信息学的合作和相互渗透，采用一种新的研究模式，即实验数据→数学理论→计算机模拟和预测→生物学实验验证→数学模型与验证后的理论，往往可以达到事半功倍的作用，大大加快脑的研究进程。(待续)文章引用自：评论(0) 引用 阅读(7) 圈子 编辑 打印 有奖举报标签：中国 参加 人类脑计划人类基因组计划之后又一国际性科研计划——中国参加人类脑计划(三)--------------------------------------------------------------------------------科技日报 2001-10-19人类脑计划与神经信息学的缘起曼哈顿计划、阿波罗登月计划和人类基因组计划是划时代的三大科学工程，它们给整个人类社会带来了深远的影响。人类基因组计划是生物实验结果和信息学的完美结合，人类基因库将为人类健康、疾病诊断、药物开发、生态平衡和生物学研究作出不可估量的贡献。许多科学家认为，在人类基因组计划之后应该是人类蛋白质组计划和人类脑计划。人类脑计划包括神经科学和信息学相互结合的研究，其核心内容是神经信息学。脑科学和信息学是当今国际科学研究的两大热点，神经信息学是这两大学科相结合的新兴的边缘学科。其目标是利用现代化信息工具，使神经科学家和信息学家能够将脑的结构和功能研究结果联系起来，建立神经信息学数据库和有关神经系统所有数据的全球知识管理系统，将不同层次有关脑的研究数据进行检索、比较、分析、整合、建模和仿真，绘制出脑功能、结构和神经网络图谱，从而解决目前神经科学所面临的海量数据问题，从基因到行为各个水平加深人类对大脑的理解，达到“认识脑、保护脑和创造脑”的目标。人脑的复杂性远远超出了我们目前的认识能力，传统的细胞生物学等的实验室研究对于解决人脑对复杂信息的获取、处理与加工及高级认知功能的机制，犹如只见树木不见森林。神经信息学工具和数据库的应用，使得我们可能从有限的实验数据中找出神经信息获取、处理和整合的规律和法则，提出在各种刺激条件下，脑内信息加工的数学模型的实验假设和用计算机模拟脑内神经信息网络。可以说，人类脑计划近20年的发展历程处处与神经信息学紧密相连。1997年人类脑计划在美国正式启动，美国20多家著名的大学和研究所参加了这个研究计划。50多位神经信息学的课题负责人得到该项目的基金资助。他们充分利用神经科学和信息科学的优势条件进行研究，相互间建立合作关系，利用电子网络互通信息，运用数据库进行资源共享。1996年在巴黎的政府间实体———经济合作发展组织（OECD）的科学论坛批准建立以美国为领头国家的神经信息学工作组，参与国包括美国、英国、德国、法国、瑞典、挪威、瑞士、澳大利亚、日本等19个国家，欧洲委员会也作为正式成员参加。其目的是组织和协调全世界神经科学和信息学家共同研究脑、开发脑、保护脑和创造脑。根据规定，成员国之间可利用电子网络寻求研究协作伙伴，进行数据交换和科研协作，可以免费使用通用神经信息学数据库和信息工具，承担科研任务，同享科研成果和脑研究资源。美国国立精神卫生研究院副主任，美国国立卫生研究院神经信息学部主任——考斯陆博士是全球人类脑计划的负责人。考斯陆博士是一名神经药理学家，他在神经科学、心理学和药理学等领域出版了多本著作，发表了100多篇科研论文，还得到了十几个不同的荣誉和奖章。考斯陆博士创建NIH第一个神经科学项目，并出任NIMH基础与临床神经科学部主任。几年前他又创建了著名的人类脑计划并出任NIH该机构主任，该机构目前已资助数千万美元专项科研经费用于人类脑计划和神经信息学的研究。美国的几个著名大学，如哈佛大学、耶鲁大学、加州大学、康乃尔大学等都承担了人类脑计划的研究课题。没有一个国家能独立完成“人类脑计划”这项巨大的工程，它需要像人类基因组计划那样开展国际间的大规模协作。目前，国际性的神经信息合作组织已在全球召开了4次工作会议，共同策划“全球性人类脑计划和神经信息学”。具体已提出几项重大建议：创建全球性的神经信息学电子网络，开发先进的神经信息学工具、方法和数据库，通过数据资源共享和建模仿真来了解神经系统的结构和功能，推动科学进步。（待续）　摘于《科技日报》2001-10-19人类基因组计划之后又一国际性科研计划——中国参加人类脑计划(四)--------------------------------------------------------------------------------科技日报 2001-10-19加入人类脑计划共享神经信息资源许多科学家认为，我国的神经信息学的总体研究水平落后于发达国家，今后10年是神经信息学快速发展的阶段，也是竞争性最强的阶段。我们加入越晚，失去的机会就越多，造成的损失就越大。由于我们没有足够的时间和财力去开发研制自己的数据库和信息工具，即使研制出来，也得不到国际上的承认，难以与国际接轨。如果购买或租用国外的信息工具，不但造成经济损失，而且中国在这方面的研究会永远处于被动状态。同时，神经科学研究日益深入和专业化，几乎没有哪一个科研人员能够精通脑科学的全部领域。显然，以往通过发表论文或参加会议来进行学术交流的形式已严重制约了科研思路和成果的产生。而国际人类脑计划中的神经信息电子网络可以为研究人员提供信息交流的快速工具，成员国的科学家可以利用神经信息电子网络进行数据交换、分析、整合、建模等工作。参加国际的合作会极大促进国内有关工作的进行。不过，所有这一切都必须有一个大前提———加入国际性神经信息合作组织，参加国际人类脑计划的研究工作。在人类基因组计划这个宏伟的全球性科研大计划中，我国科学家经过艰苦卓绝的努力，克服了重重困难，争取到1％的测序任务。然而，就是这1％产生了巨大的政治和经济效益，再一次向世界宣告，中国科学家具有做出世界一流科研成果的能力，使中国跻身于人类基因组计划的行列，站到了这一研究领域的前沿，并理所当然地分享人类基因组计划的研究成果。唐一源教授与美国NIH神经信息学部主任、国际人类脑计划与神经信息学工作组织总负责人考斯陆博士一直保持着紧密的联系。经过持续不懈的努力，考斯陆博士终于同意唐一源教授作为特邀代表，首次参加在日本理化研究所举行的“全球科学论坛神经信息学工作组”第三次会议。唐一源教授在这次会议上，首次向全世界19个国家的代表介绍了中国在本领域的工作，引起强烈反响。同时应邀访问美国几个重要的“人类脑计划与神经信息学”研究基地，与负责人广泛交流探讨，探索国际合作研究项目，参与人类脑计划。此举使考斯陆博士及美国其他科学家认识到中国的实力和决心，于是考斯陆博士发出专函：“同意中国唐一源、唐孝威和尹岭博士参加始建于2000年的经济合作与发展全球科学论坛神经信息学工作组”。考斯陆博士认为中国专家参加这一活动具有极其重要的意义，这将有助于中国在这一领域的研究与国际发展保持同步，中国的参与将会对全球神经信息学的形成和发展产生重大影响。考斯陆博士应唐一源教授邀请访问中国，在大连理工大学、解放军301医院、168次香山科学会议分别做了“人类脑计划及其资助机会”的科学报告，引起强烈反响。同时国家自然基金委、科技部等有关部门的领导非常重视和关注人类脑计划与神经信息在国内的发展，分别会见了考斯陆博士并进行了友好协商，支持中国参与全球人类脑计划。在国家科技部、自然基金委、301医院、大连理工大学、浙江大学、中国科学院等单位领导的支持下，经国内本领域科学家的共同努力，2001年9月，中国正式成为参与人类脑计划与神经信息学研究的第20个国家，意味着中国在这一研究领域已经和国际接轨。（待续）　摘于《科技日报》2001-10-19人类基因组计划之后又一国际性科研计划——中国参加人类脑计划(五)--------------------------------------------------------------------------------科技日报 2001-10-19唐一源博士在参加全球科学论坛神经信息学工作组会议凭中国特色加入国际人类脑计划在国家自然科学基金委和科技部的大力支持下，我国脑科学在基础和临床研究方面取得了不少科研成果，在某些领域达到了国际先进水平。解放军301医院、大连理工大学、浙江大学、中科院等单位积极参与并组织关于中华人类脑计划和神经信息学的工作，在近一年中，先后召开了两次“中华人类脑计划和神经信息学”的专家研讨会，专家们就许多关键的问题进行了深入探讨。今年9月，由国内40余位神经、化学、数学、信息等方面的专家会聚香山，召开了题为“人类脑计划与神经信息学”的第168次香山科学会议，专家们认真讨论了国内外脑研究的状况、我们如何应对国际形势等问题，一个关键性的问题已逐渐明朗———凭中国特色加入国际人类脑计划。在美国人类脑计划的资助下，美国各相关科研机构已初步汇集和建立了各种神经信息数据库和信息处理工具，并正与超级计算机中心、欧洲联盟等联网合作，建立全球神经信息工作平台，该系统有数据质量控制的标准和规定，也有一系列数据检索、分析、整合、建模等工具。目前人类脑计划开展的国际大合作，使用通用数据库，统一格式、统一标准，将脑的结构和功能、微观和宏观的研究结果联系起来，绘制出健康和疾病状态下脑的功能、结构、神经网络、细胞和分子生物学的“图谱”。成员国的科学家们可以在数据库中进行搜索、比较、分析和整合，并进行数学模拟和仿真计算，这将十分有利于理论假设的形成和研究者之间的电子合作，也可以避免不必要的重复性研究。我国专家在深入探讨、反复论证后，大家普遍认为，在浩大的人类脑计划中，中国不可能处处涉足，必须发挥自己的长处，利用我们人类脑资源丰富和计算机信息学研究方面的一定优势，在具有中国特色的传统医学（如针刺等）、汉语认知与特殊感知觉的神经信息学研究等领域深入开展工作。将具有中国特色的人类脑计划和神经信息学研究项目加入全球人类脑计划之中，建立中国独特的神经信息平台、电子网络和信息数据库，才能在合作中不受制于人，更好地和国外科学家协作，共享科研成果和国际资源。开展中国特色的人类脑计划与神经信息学研究，无疑将大大加深人类对大脑的认识和自身的认识。可以预料，像人类基因组计划一样，在国家的支持下，引进新的科研协作和风险投资运行模式，通过国内本领域的专家齐心协力、联合攻关，以开放的新模式吸纳社会资源，从研究、产业等几个方面同时启动，必将会极大推动人类对自身的认识，造福全人类。(完）　摘于《科技日报》2001-10-19中国与人类脑计划发布时间：2007-10-28 21:30人类脑计划（Human Brain Project, HBP)是继人类基因组计划之后，又一国际性科研大计划。人类脑计划包括神经科学和信息学相互结合的研究。其核心内容是神经信息学（Neuroinformatics），这是一门新兴的边缘学科。人类基因组计划（Human Gene Project, HGP）是生物实验结果和信息学的完美结合，人类基因库将为人类健康、疾病的诊断、药物开发、生态平衡和生物学研究提供不可估量的贡献。HGP的成功为我们开展全球性人类脑计划积累了经验，打下了基础。因为脑是生物体内结构和功能最复杂的组织，神经细胞上千亿，神经突触超过1014 ，是接受外界信号，产生感觉、形成意识，进行逻辑思维，发出指令产生行为的指挥部。人类之所以能够主宰世界，是因为人脑的高度发达，并随着人类的进化在不断发展和完善。有关人脑研究包括神经解剖、神经生理、神经病理、神经生化、神经免疫、神经电生理等，已经获得了大量有关人脑的实验数据和研究结果。近年来神经分子生物学研究从基因水平来揭示人脑的奥秘。脑功能成像（fMRI和PET）的应用使我们能够从活体和整体水平来研究脑。有关脑的研究数据已成为目前人类科学实践产生数据量最大的领域之一。研究越来越深入，越来越专门化，几乎没有一个科学家或实验室能够精通脑科学的全部领域。致使学科之间的信息交流不够及时，成果不能共享，重复性研究经常出现。计算机数据处理方法的应用，为我们研究人脑的高级功能创造了条件。信息学的发展和电子网络的应用为我们实施全球性人类脑计划成为可能。科学家们正在呼吁，尽早启动全球性人类脑计划，建立国际神经信息电子网络。在今年Nature、 Science、 Trends in Neuroscience 等著名学术期刊进行了报道。他们认为人类脑计划比基因组计划更大，囊括了更加广泛的内容。建议世界上所有神经科学和信息学专家联合起来，协作攻关。共同研究脑、认识脑和开发脑。这是一项非常伟大的工程。　 一．人类脑计划的由来和内涵1．人类脑计划的基本概念起源于80年代早期。在美国国防部、NIH和NSF联合召开的一次会议上，神经科学家和计算机专家集中讨论了“利用计算机技术建立脑的数据库和模型”的议题。美国科学院医学研究所于1989年成立了专家委员会，对利用现代信息学方法研究脑的科学性和可行性进行了论证。历时２年，收集了150名科学家意见。1991年夏天发布了题为《Mapping the Brain and Its Function: Integrating Enabling Technologies Into Neuroscience Research》的报告。建议设立一项研究计划，专门用于资助那些神经科学与信息学相互结合的研究，神经信息学从此而诞生。1992年，美国国立精神健康研究院（NIMH）正式确定支持这一行动，成立了“人类脑计划”联邦协调委员会（FICC-HBP），负责组织协调和指导这项工作。当年得到了4个部15个联邦机构的联合资助。包括美国国立健康研究院（NIH）、美国国家自然科学基金会（NSF）、美国海军（0ffic of Naval Research）、美国宇航局（NASA）和能源部等。1993年4月2日，美国联邦资助小组联合发布了“人类脑计划”的第一个项目公告：人类脑计划的可行性研究，由美国国立健康研究院承担。1995年10月该计划的修订版本发表，对人类脑计划的重要性和特殊性予以确认。要求每个课题应包括脑（包括行为）和信息学两方面的研究内容。信息学重点研究：建立适用于脑和行为研究的数据库、质询方式和修订工具；数据具体化、整合和合成的研究；在现有信息工具和资源之间建立桥梁的研究。脑的研究包括在器官、组织、细胞、分子、基因水平的研究。行为研究主要是学习、记忆、认知、情感和语言等。1997年人类脑计划在美国正式启动，美国二十余家著名的大学和研究所参加了这个研究计划。50位神经信息学的研究工作者，得到了该项目的基金资助。首先他们充分利用各自实验室条件进行神经信息有关研究。同时与研究团体建立合作关系，相互交流。然后，科研团体之间利用电子网络或召开会议，互通信息，资源共享。经过3年多的努力，这方面的工作取得了初步结果，积累了一定经验。二．人类脑计划的现状和未来目前人类脑计划正在向着全球发展，世界许多国家已将脑的研究作为重点资助领域。欧洲和日本相继启动了脑研究计划，国际性的神经信息网络即将问世。象人类基因组计划一样，会有越来越多的国家和团体加入这一计划。神经信息资源会聚增，供成员国共享。肯定会产生很大的经济效益和社会效益。目前人类脑计划正在进行的项目包括：神经元（突触、受体、离子通道等），神经网络模型，脑解剖图谱、功能图像等。受体和离子通道的数据库直接与人类基因和蛋白质序列库相链接，具有一致的数据格式，同时还提供可能的立体结构。在人类脑计划中项目组最多的要数脑功能图像方面，包括fMRI，PET，脑地形图等。美国人类脑计划包括在实验数据的基础上发展脑结构、功能、整合和分析的理论模型和仿真计算。这一目标不仅对脑科学本身的理论发展有重大促进，而且对医药、人工智能、信息处理都有不可估量的贡献。三．中国面临的机遇和挑战我国政府对脑研究非常重视，通过自然科学基金和科技部多方面的资助，脑科学在基础和临床研究方面取得了不少科研成果，在某些领域达到了国际先进水平。但与全球性人类脑计划相比，神经信息学的研究差距最大。今年我国在海口召开了首届中国神经信息学讨论会。正在筹办明年的“人类脑计划和神经信息学”专家研讨会。大家一致认为人类脑计划给我们神经科学和信息学家带来了机遇，同时我们也面临着严峻的挑战。我们必须抓住机遇，尽早在中国启动人类脑计划，与国际接轨。我国可以大大受益于全球性人类脑计划，共享这一巨大人类资源，同时可以得到中国应有的学术地位。因为中国在人类脑资源和计算机信息学研究方面占有一定优势，在人类脑计划的研究中肯定会发挥较大的作用。否则，我们将会被迅速发展的人类脑计划和神经信息学所淘汰。由于神经信息学的研究起步较晚，其研究过程比基因组计划更加复杂和长期，我国从现在开始就介入这一国际性的研究行列是非常适时的。美国的可行性研究已经成功完成，许多有关脑的研究成果如标准脑、数据库的建立、信息工具的开发都可借鉴。许多研究结果可以共享，避免重复性研究。目前，我国在“人类脑计划”的研究中不可能投入太多资金。但是应及早考虑参与此计划，同时让科技管理者、科学研究者和学生都能充分了解人类脑计划，通过了解和共享信息资源，减少重复研究和重复设置，加强电子手段的联系和合作，也有利于学科的交叉和研究结果的互补，提高研究水平和国际影响。总之，我们认为我国应早日了解和参与人类脑计划的国际合作。我国介入国际人类脑计划越早越好。四．关于启动人类脑计划和组建中国神经信息学中心的几点建议1.尽快组织神经科学和信息学专家论证中国开展“人类脑计划”的可行性，制定近期研究规划。2.成立“中国人类脑计划”的科研协作体，充分利用现有的科研基础和条件，协同攻关。开展一些具有中国特色并具有国际先进水平的研究课题。3.成立中国“神经信息学中心”加入国际神经信息学电子网络，掌握国际有关人类脑计划的研究动态和科研成果，定期向全国发布有关信息。并将中国的研究成果发布出去，达到信息互通，成果共享。4.加强国际合作，将中国有关脑和神经信息学的研究纳入到全球人类脑计划之中，争取中国在全球人类脑计划中应有的地位。5.多方筹集经费，尽早启动中国人类脑计划，培养出优秀的科研创新群体，确保计划的顺利实施。如果您有任何问题和建议，请与唐一源博士联络，谢谢！