計劃緣起
曼哈頓計劃、阿波羅登月計劃和人類基因組計劃是劃時代的三大科學(xué)工程，它們給整個人類社會帶來了深遠(yuǎn)的影響。人類基因組計劃是生物實驗結(jié)果和信息學(xué)的完美結(jié)合，人類基因庫將為人類健康、疾病診斷、藥物開發(fā)、生態(tài)平衡和生物學(xué)研究作出不可估量的貢獻(xiàn)。許多科學(xué)家認(rèn)為，在人類基因組計劃之后應(yīng)該是人類蛋白質(zhì)組計劃和人類腦計劃。
人類腦計劃包括神經(jīng)科學(xué)和信息學(xué)相互結(jié)合的研究，其核心內(nèi)容是神經(jīng)信息學(xué)。腦科學(xué)和信息學(xué)是當(dāng)今國際科學(xué)研究的兩大熱點，神經(jīng)信息學(xué)是這兩大學(xué)科相結(jié)合的新興的邊緣學(xué)科。其目標(biāo)是利用現(xiàn)代化信息工具，使神經(jīng)科學(xué)家和信息學(xué)家能夠?qū)⒛X的結(jié)構(gòu)和功能研究結(jié)果聯(lián)系起來，建立神經(jīng)信息學(xué)數(shù)據(jù)庫和有關(guān)神經(jīng)系統(tǒng)所有數(shù)據(jù)的全球知識管理系統(tǒng)，將不同層次有關(guān)腦的研究數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索、比較、分析、整合、建模和仿真，繪制出腦功能、結(jié)構(gòu)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)圖譜，從而解決目前神經(jīng)科學(xué)所面臨的海量數(shù)據(jù)問題，從基因到行為各個水平加深人類對大腦的理解，達(dá)到“認(rèn)識腦、保護(hù)腦和創(chuàng)造腦”的目標(biāo)。
人腦的復(fù)雜性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了我們目前的認(rèn)識能力，傳統(tǒng)的細(xì)胞生物學(xué)等的實驗室研究對于解決人腦對復(fù)雜信息的獲取、處理與加工及高級認(rèn)知功能的機制，猶如只見樹木不見森林。神經(jīng)信息學(xué)工具和數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用，使得我們可能從有限的實驗數(shù)據(jù)中找出神經(jīng)信息獲取、處理和整合的規(guī)律和法則，提出在各種刺激條件下，腦內(nèi)信息加工的數(shù)學(xué)模型的實驗假設(shè)和用計算機模擬腦內(nèi)神經(jīng)信息網(wǎng)絡(luò)?？梢哉f，人類腦計劃近20年的發(fā)展歷程處處與神經(jīng)信息學(xué)緊密相連。
1997年人類腦計劃在美國正式啟動，美國20多家著名的大學(xué)和研究所參加了這個研究計劃。50多位神經(jīng)信息學(xué)的課題負(fù)責(zé)人得到該項目的基金資助。他們充分利用神經(jīng)科學(xué)和信息科學(xué)的優(yōu)勢條件進(jìn)行研究，相互間建立合作關(guān)系，利用電子網(wǎng)絡(luò)互通信息，運用數(shù)據(jù)庫進(jìn)行資源共享。
1996年在巴黎的政府間實體———經(jīng)濟合作發(fā)展組織（OECD）的科學(xué)論壇批準(zhǔn)建立以美國為領(lǐng)頭國家的神經(jīng)信息學(xué)工作組，參與國包括美國、英國、德國、法國、瑞典、挪威、瑞士、澳大利亞、日本等19個國家，歐洲委員會也作為正式成員參加。其目的是組織和協(xié)調(diào)全世界神經(jīng)科學(xué)和信息學(xué)家共同研究腦、開發(fā)腦、保護(hù)腦和創(chuàng)造腦。根據(jù)規(guī)定，成員國之間可利用電子網(wǎng)絡(luò)尋求研究協(xié)作伙伴，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和科研協(xié)作，可以免費使用通用神經(jīng)信息學(xué)數(shù)據(jù)庫和信息工具，承擔(dān)科研任務(wù)，同享科研成果和腦研究資源。
美國國立精神衛(wèi)生研究院副主任，美國國立衛(wèi)生研究院神經(jīng)信息學(xué)部主任——考斯陸博士是全球人類腦計劃的負(fù)責(zé)人?？妓龟懖┦渴且幻窠?jīng)藥理學(xué)家，他在神經(jīng)科學(xué)、心理學(xué)和藥理學(xué)等領(lǐng)域出版了多本著作，發(fā)表了100多篇科研論文，還得到了十幾個不同的榮譽和獎?wù)??？妓龟懖┦縿?chuàng)建 N IH第一個神經(jīng)科學(xué)項目，并出任 N IMH基礎(chǔ)與臨床神經(jīng)科學(xué)部主任。幾年前他又創(chuàng)建了著名的人類腦計劃并出任 N IH該機構(gòu)主任，該機構(gòu)目前已資助數(shù)千萬美元專項科研經(jīng)費用于人類腦計劃和神經(jīng)信息學(xué)的研究。美國的幾個著名大學(xué)，如哈佛大學(xué)、耶魯大學(xué)、加州大學(xué)、康乃爾大學(xué)等都承擔(dān)了人類腦計劃的研究課題。
沒有一個國家能獨立完成“人類腦計劃”這項巨大的工程，它需要像人類基因組計劃那樣開展國際間的大規(guī)模協(xié)作。目前，國際性的神經(jīng)信息合作組織已在全球召開了4次工作會議，共同策劃“全球性人類腦計劃和神經(jīng)信息學(xué)”。具體已提出幾項重大建議：創(chuàng)建全球性的神經(jīng)信息學(xué)電子網(wǎng)絡(luò)，開發(fā)先進(jìn)的神經(jīng)信息學(xué)工具、方法和數(shù)據(jù)庫，通過數(shù)據(jù)資源共享和建模仿真來了解神經(jīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，推動科學(xué)進(jìn)步。
研究目的
揭示大腦的奧秘是新世紀(jì)人類面臨的最大挑戰(zhàn)
生命是什么？“人活著”是怎么一回事？大腦如何思維？數(shù)不清的疑問浮現(xiàn)在人類的腦海中。人之所以成為萬物之靈，有別于其它物種，是因為人類有極其復(fù)雜的大腦，它是千百萬年進(jìn)化的結(jié)晶。在過去的六億年中，生物體通過進(jìn)化產(chǎn)生出由大量神經(jīng)元相互聯(lián)結(jié)而形成的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，解決了在不斷變化的復(fù)雜環(huán)境中人腦如何處理各種復(fù)雜信息的問題。尤其是人的高級認(rèn)知功能的高度發(fā)展，使得人類成為萬物之首，具備了主宰世界的能力?？茖W(xué)研究發(fā)現(xiàn)，一個成人大腦重約3．3磅，體積1．5公升，腦內(nèi)有上千億個神經(jīng)細(xì)胞，還有超過10（上角14，即10的14次方）個神經(jīng)突觸。大腦是生物體內(nèi)結(jié)構(gòu)和功能最復(fù)雜的組織，是接受外界信號、產(chǎn)生感覺、形成意識、進(jìn)行邏輯思維、發(fā)出指令產(chǎn)生行為的指揮部，它掌管著人類每天的語言、思維、感覺、情緒、運動等高級活動。人腦也是極為精巧和完善的信息處理系統(tǒng)，是人體內(nèi)外環(huán)境信息獲得、存儲、處理、加工和整合的中樞。
由于人腦的結(jié)構(gòu)和功能極其復(fù)雜，需要從分子、細(xì)胞、系統(tǒng)、全腦和行為等不同層次進(jìn)行研究和整合，才有可能揭示其奧秘。為此，世界各國投入了大量的人力和財力進(jìn)行專門研究，美國把九十年代最后十年定為“腦的十年”，歐洲確定了“腦的二十年研究計劃”，日本將21世紀(jì)視為“腦科學(xué)世紀(jì)”，腦科學(xué)的研究熱潮遍布全球。科學(xué)家們提出了“認(rèn)識腦、保護(hù)腦、創(chuàng)造腦”三大目標(biāo)，人們相信腦科學(xué)的研究成果將為人類更好地了解自己、保護(hù)自己、防治腦疾病和開發(fā)大腦潛能等方面做出重要的貢獻(xiàn)，“了解大腦、認(rèn)識自身”是21世紀(jì)的科學(xué)面臨的最大挑戰(zhàn)。
建立之初
繼人類基因組計劃之后又一國際性的科研計劃
近年來， N ature、Science、Trends in Neuroscience等著名學(xué)術(shù)期刊對人類腦計劃與神經(jīng)信息學(xué)紛紛進(jìn)行了報道。他們認(rèn)為人類腦計劃比基因組計劃更大，囊括了更加廣泛的內(nèi)容，是一項更加偉大的工程。
1996年，以美國為首的神經(jīng)信息學(xué)工作組建立，其目的是組織和協(xié)調(diào)全世界神經(jīng)科學(xué)和信息學(xué)家共同研究腦、開發(fā)腦、保護(hù)腦和創(chuàng)造腦。根據(jù)規(guī)定，成員國之間可利用電子網(wǎng)絡(luò)尋求研究協(xié)作伙伴，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和科研協(xié)作，可以免費使用通用神經(jīng)信息學(xué)數(shù)據(jù)庫和信息工具，承擔(dān)科研任務(wù)，同享科研成果和腦研究資源。
2001年7月，
唐一源教授應(yīng)美國國立衛(wèi)生研究院神經(jīng)信息學(xué)部主任、全球人類腦計劃負(fù)責(zé)人考斯陸博士的邀請，訪問美國 N IH人類腦計劃與神經(jīng)信息學(xué)總部，并做專題報告“中華人類腦計劃與神經(jīng)信息學(xué)的進(jìn)展”，使考斯陸博士及美國其他科學(xué)家認(rèn)識到中國的實力和決心。于是考斯陸博士發(fā)出專函：“同意中國唐一源、唐孝威和尹嶺博士參加始建于2000年的經(jīng)濟合作與發(fā)展全球科學(xué)論壇神經(jīng)信息學(xué)工作組”。考斯陸博士認(rèn)為中國專家參加這一活動具有極其重要的意義，這將有助于中國在這一領(lǐng)域的研究與國際發(fā)展保持同步，中國的參與將會對全球神經(jīng)信息學(xué)的形成和發(fā)展產(chǎn)生重大影響。
2001年10月4—5日，我國科學(xué)家赴瑞典參加了人類腦計劃的第四次工作會議，成為參加此計劃的第20個成員國。中國科學(xué)家表示，要積極配合國際神經(jīng)信息網(wǎng)絡(luò)及數(shù)據(jù)庫，建立中國獨特的神經(jīng)信息平臺、電子網(wǎng)絡(luò)和信息數(shù)據(jù)庫，才能在合作中不受制于人，更好地和國外科學(xué)家協(xié)作，共享科研成果和國際資源。
建立新學(xué)科
1970年至2000年的30年間，美國神經(jīng)科學(xué)學(xué)會的會員人數(shù)增長了近30倍，2000年達(dá)到28，000人左右，每年年會的論文摘要增長了近100倍，2000年已達(dá)到15，000篇左右，遍布神經(jīng)科學(xué)研究的各個領(lǐng)域。以往有關(guān)腦的研究包括神經(jīng)解剖、神經(jīng)生理、神經(jīng)病理、神經(jīng)生化、神經(jīng)免疫、神經(jīng)電生理、神經(jīng)心理等，已經(jīng)獲得了大量有關(guān)動物腦和人腦的實驗數(shù)據(jù)和研究結(jié)果。近年來分子神經(jīng)生物學(xué)研究從基因水平來揭示人腦的奧秘，先進(jìn)的基因芯片技術(shù)在每秒鐘就可以得到大量的實驗數(shù)據(jù)。腦功能成像（ f MRI、PET等）的應(yīng)用使我們能夠從活體和整體水平來研究腦，好比窺探腦的窗口，可以在無創(chuàng)傷條件下了解到人的思維、行為活動時腦的功能活動。這些新方法、新技術(shù)極大增強了我們從微觀與宏觀兩個水平上進(jìn)行腦研究的能力，同時也產(chǎn)生了海量的實驗數(shù)據(jù)。沒有哪個科學(xué)家、實驗室能夠掌握所有的信息并獨立地進(jìn)行腦的全面研究。
面對這樣的信息爆炸，我們應(yīng)該怎么辦？我們以往的科研模式是否需要變革？答案只有一個：新的需要產(chǎn)生新的學(xué)科，新的模式產(chǎn)生新的突破。神經(jīng)科學(xué)家面臨的重要問題之一，就是能否靈活有效地管理數(shù)據(jù)，最大限度地利用實驗數(shù)據(jù)，減少不必要的重復(fù)性研究和人力、物力的浪費。
計算機和信息技術(shù)的飛速發(fā)展為我們提供了解決方案，信息工具的應(yīng)用為我們解決這一問題創(chuàng)造了條件。所以，建立全球神經(jīng)信息數(shù)據(jù)庫和神經(jīng)信息電子網(wǎng)絡(luò)，已經(jīng)迫在眉睫。神經(jīng)科學(xué)家和信息學(xué)家都在呼吁，應(yīng)加強神經(jīng)科學(xué)和信息學(xué)的合作和相互滲透，采用一種新的研究模式，即實驗數(shù)據(jù)→數(shù)學(xué)理論→計算機模擬和預(yù)測→生物學(xué)實驗驗證→數(shù)學(xué)模型與驗證后的理論，往往可以達(dá)到事半功倍的作用，大大加快腦的研究進(jìn)程。
我國發(fā)展水平
加入人類腦計劃共享神經(jīng)信息資源
許多科學(xué)家認(rèn)為，我國的神經(jīng)信息學(xué)的總體研究水平落后于發(fā)達(dá)國家，今后10年是神經(jīng)信息學(xué)快速發(fā)展的階段，也是競爭性最強的階段。我們加入越晚，失去的機會就越多，造成的損失就越大。由于我們沒有足夠的時間和財力去開發(fā)研制自己的數(shù)據(jù)庫和信息工具，即使研制出來，也得不到國際上的承認(rèn)，難以與國際接軌。如果購買或租用國外的信息工具，不但造成經(jīng)濟損失，而且中國在這方面的研究會永遠(yuǎn)處于被動狀態(tài)。
同時，神經(jīng)科學(xué)研究日益深入和專業(yè)化，幾乎沒有哪一個科研人員能夠精通腦科學(xué)的全部領(lǐng)域。顯然，以往通過發(fā)表論文或參加會議來進(jìn)行學(xué)術(shù)交流的形式已嚴(yán)重制約了科研思路和成果的產(chǎn)生。而國際人類腦計劃中的神經(jīng)信息電子網(wǎng)絡(luò)可以為研究人員提供信息交流的快速工具，成員國的科學(xué)家可以利用神經(jīng)信息電子網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換、分析、整合、建模等工作。參加國際的合作會極大促進(jìn)國內(nèi)有關(guān)工作的進(jìn)行。不過，所有這一切都必須有一個大前提———加入國際性神經(jīng)信息合作組織，參加國際人類腦計劃的研究工作。
在人類基因組計劃這個宏偉的全球性科研大計劃中，我國科學(xué)家經(jīng)過艱苦卓絕的努力，克服了重重困難，爭取到1％的測序任務(wù)。然而，就是這1％產(chǎn)生了巨大的政治和經(jīng)濟效益，再一次向世界宣告，中國科學(xué)家具有做出世界一流科研成果的能力，使中國躋身于人類基因組計劃的行列，站到了這一研究領(lǐng)域的前沿，并理所當(dāng)然地分享人類基因組計劃的研究成果。
唐一源教授與美國 N IH神經(jīng)信息學(xué)部主任、國際人類腦計劃與神經(jīng)信息學(xué)工作組織總負(fù)責(zé)人考斯陸博士一直保持著緊密的聯(lián)系。經(jīng)過持續(xù)不懈的努力，考斯陸博士終于同意唐一源教授作為特邀代表，首次參加在日本理化研究所舉行的“全球科學(xué)論壇神經(jīng)信息學(xué)工作組”第三次會議。唐一源教授在這次會議上，首次向全世界19個國家的代表介紹了中國在本領(lǐng)域的工作，引起強烈反響。同時應(yīng)邀訪問美國幾個重要的“人類腦計劃與神經(jīng)信息學(xué)”研究基地，與負(fù)責(zé)人廣泛交流探討，探索國際合作研究項目，參與人類腦計劃。此舉使考斯陸博士及美國其他科學(xué)家認(rèn)識到中國的實力和決心，于是考斯陸博士發(fā)出專函：“同意中國唐一源、唐孝威和尹嶺博士參加始建于2000年的經(jīng)濟合作與發(fā)展全球科學(xué)論壇神經(jīng)信息學(xué)工作組”?？妓龟懖┦空J(rèn)為中國專家參加這一活動具有極其重要的意義，這將有助于中國在這一領(lǐng)域的研究與國際發(fā)展保持同步，中國的參與將會對全球神經(jīng)信息學(xué)的形成和發(fā)展產(chǎn)生重大影響。
考斯陸博士應(yīng)唐一源教授邀請訪問中國，在大連理工大學(xué)、解放軍301醫(yī)院、168次香山科學(xué)會議分別做了“人類腦計劃及其資助機會”的科學(xué)報告，引起強烈反響。同時國家自然基金委、科技部等有關(guān)部門的領(lǐng)導(dǎo)非常重視和關(guān)注人類腦計劃與神經(jīng)信息在國內(nèi)的發(fā)展，分別會見了考斯陸博士并進(jìn)行了友好協(xié)商，支持中國參與全球人類腦計劃。在國家科技部、自然基金委、301醫(yī)院、大連理工大學(xué)、浙江大學(xué)、中國科學(xué)院等單位領(lǐng)導(dǎo)的支持下，經(jīng)國內(nèi)本領(lǐng)域科學(xué)家的共同努力，2001年9月，中國正式成為參與人類腦計劃與神經(jīng)信息學(xué)研究的第20個國家，意味著中國在這一研究領(lǐng)域已經(jīng)和國際接軌。
憑特色加入計劃
在國家自然科學(xué)基金委和科技部的大力支持下，我國腦科學(xué)在基礎(chǔ)和臨床研究方面取得了不少科研成果，在某些領(lǐng)域達(dá)到了國際先進(jìn)水平。解放軍301醫(yī)院、大連理工大學(xué)、浙江大學(xué)、中科院等單位積極參與并組織關(guān)于中華人類腦計劃和神經(jīng)信息學(xué)的工作，在近一年中，先后召開了兩次“中華人類腦計劃和神經(jīng)信息學(xué)”的專家研討會，專家們就許多關(guān)鍵的問題進(jìn)行了深入探討。今年9月，由國內(nèi)40余位神經(jīng)、化學(xué)、數(shù)學(xué)、信息等方面的專家會聚香山，召開了題為“人類腦計劃與神經(jīng)信息學(xué)”的第168次香山科學(xué)會議，專家們認(rèn)真討論了國內(nèi)外腦研究的狀況、我們?nèi)绾螒?yīng)對國際形勢等問題，一個關(guān)鍵性的問題已逐漸明朗———憑中國特色加入國際人類腦計劃。
在美國人類腦計劃的資助下，美國各相關(guān)科研機構(gòu)已初步匯集和建立了各種神經(jīng)信息數(shù)據(jù)庫和信息處理工具，并正與超級計算機中心、歐洲聯(lián)盟等聯(lián)網(wǎng)合作，建立全球神經(jīng)信息工作平臺，該系統(tǒng)有數(shù)據(jù)質(zhì)量控制的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定，也有一系列數(shù)據(jù)檢索、分析、整合、建模等工具。目前人類腦計劃開展的國際大合作，使用通用數(shù)據(jù)庫，統(tǒng)一格式、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，將腦的結(jié)構(gòu)和功能、微觀和宏觀的研究結(jié)果聯(lián)系起來，繪制出健康和疾病狀態(tài)下腦的功能、結(jié)構(gòu)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、細(xì)胞和分子生物學(xué)的“圖譜”。成員國的科學(xué)家們可以在數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行搜索、比較、分析和整合，并進(jìn)行數(shù)學(xué)模擬和仿真計算，這將十分有利于理論假設(shè)的形成和研究者之間的電子合作，也可以避免不必要的重復(fù)性研究。
我國專家在深入探討、反復(fù)論證后，大家普遍認(rèn)為，在浩大的人類腦計劃中，中國不可能處處涉足，必須發(fā)揮自己的長處，利用我們?nèi)祟惸X資源豐富和計算機信息學(xué)研究方面的一定優(yōu)勢，在具有中國特色的傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)（如針刺等）、漢語認(rèn)知與特殊感知覺的神經(jīng)信息學(xué)研究等領(lǐng)域深入開展工作。將具有中國特色的人類腦計劃和神經(jīng)信息學(xué)研究項目加入全球人類腦計劃之中，建立中國獨特的神經(jīng)信息平臺、電子網(wǎng)絡(luò)和信息數(shù)據(jù)庫，才能在合作中不受制于人，更好地和國外科學(xué)家協(xié)作，共享科研成果和國際資源。
開展中國特色的人類腦計劃與神經(jīng)信息學(xué)研究，無疑將大大加深人類對大腦的認(rèn)識和自身的認(rèn)識?？梢灶A(yù)料，像人類基因組計劃一樣，在國家的支持下，引進(jìn)新的科研協(xié)作和風(fēng)險投資運行模式，通過國內(nèi)本領(lǐng)域的專家齊心協(xié)力、聯(lián)合攻關(guān)，以開放的新模式吸納社會資源，從研究、產(chǎn)業(yè)等幾個方面同時啟動，必將會極大推動人類對自身的認(rèn)識，造福全人類。
