 原文刊载于《中国科学院院刊》第2期“政策与管理研究”，本文为精简改编版 祖 勉1 王 瑛1 刘 伟1 辛泽西2 王 磊1* 1 军事科学院军事医学研究院卫生勤务与血液研究所 2 中国人民解放军61221部队 美国“脑计划”（Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies, BRAIN Initiative）是由白宫科学技术政策办公室发起的一项政府与民间联合支持的研究计划，被称为美国推进对人类大脑功能整体理解的“登月计划”。该计划通过推动创新神经技术开展大脑研究，旨在研究大脑的工作机制以彻底更新人类对大脑的理解，绘制大脑动态图谱以显示单细胞在复杂神经回路中的时空互作，以及针对无法治愈的大脑疾病开发新疗法。美国“脑计划”在战略规划布局、实施进度安排、主要研究方向、项目组织管理等方面做了大量周密而细致的工作，使其平稳进入茁壮成长的新阶段，具有较高的借鉴价值。文章希望通过介绍美国“脑计划”，为当前我国脑计划的新启航提供一些有益的启示和思考。 1 组织实施进展 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 2011 年 9 月，在美国科维理基金会、艾伦脑科学研究所和盖茨基金会共同赞助的会议上，美国哥伦比亚大学神经技术中心主任拉斐尔・尤斯特提出美国“脑计划”雏形：通过开发新技术追踪大脑功能连接活动。2013 年 4 月，时任总统奥巴马宣布启动“脑计划”，以加快新技术的开发和应用。2014 年 6 月，NIH“脑计划”工作组提出了“以实现科学性和伦理性愿景为目标”的“脑计划”战略报告，强调注重创新技术在神经科学、神经系统疾病研究等方面的应用。2019 年 10 月，“脑计划” 2.0（BRAIN 2.0）工作组提出了中期战略报告，进一步明确未来脑科学研究的优先事项和投资事项。2022 年 9 月，美国“脑计划”启动部分 BRAIN 2.0 项目：细胞图谱网络（BICAN）和可用于精准访问脑细胞的设备，其目标是加强对大脑细胞类型及其访问工具的理解，以帮助进一步解码大脑复杂的工作机制。 组织管理 美国“脑计划”是一项“自上而下”设计的国家型科学发展规划，分为战略规划和组织实施两个层次。 1. 战略规划层面。NIH 作为美国“脑计划”的依托单位，其院长弗朗西斯·柯林斯作为美国“脑计划”的领导者，主导整体战略规划和中期战略报告的制定和实施。NIH 院长牵头召集领域内顶级科学家组建 NIH 院长咨询委员会（ACD）的“脑计划”高级别工作组 2.0，内设“脑计划”神经伦理亚组，作为中坚力量和智囊团掌舵“脑计划”的战略方向与落地实施。 2. 组织实施层面。NIH 共有 10 个研究所/中心（ ICs）作为“脑计划”的管理主体，各个 ICs 代表与联邦成员代表等组建“脑计划”多理事会工作组和神经伦理学工作组，ICs 负责管理美国“脑计划”的国会拨款，多理事会工作组负责长期监督“脑计划”资助项目的实施，神经伦理学工作组负责明确研究中的伦理问题和预测伦理挑战，向研究人员提供伦理学咨询，资助神经伦理研究项目和发布伦理问题指南。 资助项目 1 已有资助项目 美国“脑计划”资助的科研项目包括资助机会（funding opportunities）类和资助奖（funded awards）类。 1. 资助机会类项目。以“资助机会公告”（funding opportunity announcements，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。 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。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。 2 拟开展项目 根据 BRAIN 2.0 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。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： （1）功能核磁共振（fMRI）； （2）深部脑刺激（deep brain stimulation，DBS）； （3）神经调制（neuromodulation）； （4）光遗传学（optogenetics）； （5）神经成像（neuroimaging）； （6）功能成像（functional imaging）； （7）组织工程（tissue engineering）。 2 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 BRAIN 2025 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。 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（ IEEE Brain）共同组建了“脑计划”联盟（BRAIN Initiative Alliance， 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。 建立数据标准和数据共享平台 为切实推动多学科交叉和新技术开发，美国“脑计划”重视建立统一标准化的研究数据，以数据标准化、数据可利用化为目标，通过设置“相关数据标准的研究和制定”研究项目（RFA-MH-20-128），制定数据标准，建立可容纳多个研究团队数据的存储架构，以及开发数据分析和可视化软件，最终构建形成“脑计划”的信息架构。美国“脑计划”官网及时分享脑科学最新研究成果，艾伦研究所以 brain-map.org 网站作为共享平台，向科学家和公众提供人脑数字图谱集；美国“脑计划”资助的大型合作项目细胞普查网络（BICCN）建立了一个全面的大脑细胞类型资源平台，可通过分子水平、解剖学和功能学多个维度对外传播和共享鱼、小鼠及人类的大脑细胞数据。 利用全球资源广泛开展国际合作 随着美国“脑计划”研究的不断深入，美国越来越重视国际合作对于知识共享和成果转化的重要作用，继而在多个国家之间开展全球性的项目合作。美国“脑计划”的国际成员包括澳大利亚健康与医学研究委员会、加拿大脑基金会和丹麦灵北脑科学基金会等。美国“脑计划”启动以来，美国与全球多个国家联合发表科研论文，与中国、韩国、德国、英国、以色列和澳大利亚等国家建立了密切的合作关系。多个中国科研机构与美国在神经递质的荧光探针设计、构建轻度认知损害的大脑网络等方向合作发表多篇研究论文。特别在神经联结图谱研究方面，华中科技大学 Britton Chance 生物医学光子学研究中心骆清铭团队参与了美国“脑计划”细胞普查网络（BICCN）项目的研究，对哺乳动物初级运动皮层开展多模式细胞普查并绘制图谱。 3 相关启示 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 建议： 1. 我国脑科学领域的创新发展，应紧贴“健康中国”战略需求，可借鉴美国“脑计划”战略制定、实施和监测的模式，并参考“美国国家科技战略”的实施政策路线图，完善符合我国国情的脑科学技术战略框架，进一步提升我国科技项目的顶层设计和系统谋划能力； 2. 招募多领域跨学科科学家评估我国脑科学相关技术的发展现状，分析发展趋势、机会和挑战等关键要素，并对实现战略目标和优先发展事项提出建议； 3. 建立健全可重复、透明的监测和评估程序，将动态评估结果作为新阶段战略修订的依据，循环迭代，以使战略适应技术进步的新趋势。 注重并大力发展脑科学相关生物原创技术 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： 1. 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。 2. 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。 3. 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 建议： 1. 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； 2. 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； 3. 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： 1. 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； 2. 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 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 建议： 1. 我国在专家组中成立神经伦理学工作组，制定适应我国传统文化的脑科学研究伦理框架和原则，预判神经和类脑研究相关技术的潜在伦理风险，制定可与脑科学研究实践密切结合的伦理协调管理机制； 2. 积极参与国际神经伦理学对话，为伦理冲突提供更优的解决方案，提升我国科研工作的质量和国际认可度。 祖 勉 军事科学院军事医学研究院卫生勤务与血液研究所助理研究员。主要研究领域：生物医药科技情报、科学政策、科技管理等。 王 磊 军事科学院军事医学研究院卫生勤务与血液研究所研究员。主要研究领域：生物医药科技情报和发展战略研究等。 文章源自：祖勉,王瑛,刘伟,辛泽西,王磊.美国“脑计划”实施特点分析及启示.中国科学院院刊,2023,38(2):302-314. DOI:10.16418/j.issn.1000-3045.20221122001 |
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