解析脑科学与研究报告工作中三大技术

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1、-解析脑科学研究工作中三大最新技术2013-09-2909:00:10来源：生物探索我要评论(0) 美国和欧洲都准备投入数十亿美元来破解人类大脑的奥秘，从而了解我们自己的大脑是如何工作的。但是开展这项工作的技术难度也是相当大的。美国加利福尼亚州斯坦福大学医学院（StanfordUniversitySchoolofMedicineinCalifornia）的神经生物学家BillNewsome在今年的3月突然接到了美国国立健康研究院（USNationalInstitutesofHealth）的院长FrancisCollins打来的一个电话，Newsome接到电话的第一

2、个反应是惊讶，因为Collins这么突然地找他是为了问他是否能够共同承担一项预计为期十年的大型项目——.---一个旨在破解人类大脑奥秘的大型科研项目。这个工作在Newsome听来是一个吃力不讨好的、还没有成型的、麻烦的工作，反正一句话，只要他答应了，他的这个暑假就算是彻底完蛋了。但是24小时之后，Newsome改变了主意。“这个时间点选得太好了，因为脑科学是21世纪最让人激动的研究方向了。”Newsome这样评价道，于是他决定干了。这个项目的幕后大老板实际上是美国总统BarackObama。就在Collins给Newsome打了那个电话两个星期之后的4月2号，美国

3、总统BarackObama就宣布将投资1亿美元（这只是初期投入，预计整个项目完成将需要10亿美元），启动脑科学研究计划（BRAINInitiative）。欧盟也有类似的计划，在2013年的1月28日，欧盟宣布将投入5400万欧元（约合6900万美元）启动“人类大脑研究项目（HumanBrainProject）”，并且计划在未来的十年内总计为这个项目投入约10亿欧元（Nature482,456–458;2012）。虽然美国和欧盟这两个脑科学研究项目的目的有所差异，但是从研究所能取得的成果来看，他们都解决了神经科学家们最关心的一个问题，那就是我们人类大脑里数十亿个神经

4、元细胞和数万亿的神经连接（即突触）是如何组织在一起，并协调运作的，是如何让我们感受到爱情的甜蜜的？为什么会起冲突，又是如何解决数学难题，吟诗作赋的呢？此外，科学家们还想了解人的一生中神经回路（circuitry）的变化机制，以及突触的不断形成与消退等机制。如果要达成上述这些研究目标，还需要很多创新的技术，比如能捕捉神经元细胞电活动信号的纳米技术、遗传学技术、以及光学等技术，通过这些技术能了解这些神经元细胞都干了些什么，还能以前所未有的分辨率描绘出大脑里的解剖联络通路，以及认识大脑是如何处置EB级的海量信息的。据美国芝加哥西北大学（NorthwesternUnive

5、rsityinChicago,Illinois）的神经科学家Konrad.---Kording介绍，我们人类的大脑在30秒内就可以处理和哈勃太空望远镜获得的全部数据同样多的信息。这些年来科学家们也一直在解决这些问题，并取得了一些突破，比如在最近几年里取得了长足进展的光遗传学技术（用这种技术能够以非常高的精度用光刺激信号激活大脑深部的神经元细胞），以及以前所未有的细致度描绘的大脑解剖图谱等。到目前为止，绝大部分神经科学家还在以小鼠，或者线虫等比较简单的模式生物为研究对象，来认识在进化上相对保守的基础神经机制，他们试图通过这些认识来推测人类大脑的基础运行机制。接下来，

6、将为您介绍几种在未来脑科学研究工作当中一定会用得着的最新技术。1.信号记录及检测技术正如前面介绍的那样，在大脑活动时会产生大量的电信号，如果科研人员们想要了解这些电信号的具体含义，那么首先就得尽可能地同时记录下如此大量的神经元细胞产生的这些电信号。目前最常用的方法还是在大脑组织里插入一根金属电极（探针），以此来记录大脑活动的电信号，但是这种技术存在相当大的问题。比如每一个电极上面都连着一根导线，通过这根导线来记录模拟电信号（analogue.---signal），比如电压的变动等信息，可是在导线的传输过程中，这些信号非常容易丢失，或者失真。另外，为了尽可能减少对脑

7、组织的损伤，这些导线必须非常细，比如达到像头发丝那么细的程度。近50年里，这种电极记录技术也取得了非常大的进步，差不多每7年就能上一个新的台阶，同时用电极监测的细胞数量可以翻一番，目前的电极已经可以同时监测数百个神经元细胞的电活动情况，不过我们还需要监测细胞数量更多、监测信号质量更高的电监测技术。幸好现在有了新一代的硅制神经电极探针，可以让电极尽可能地做到微型化。电信号记录转换仪（将电极记录到的模拟信号转换成方便分析的电信号）也能够像电极那样做到一小块硅芯片上，这样就大大缩短了电信号在导线里的传输距离，尽可能地减少了信号的损失和失真等情况。今年2月在美国加利福尼亚

8、州旧金山市