“脑功能联结图谱与类脑智能研究”先导专项
张旭,刘力,郭爱克.“脑功能联结图谱与类脑智能研究”先导专项研究进展和展望[J].中国科学院院刊,,31(7):-
1脑科学的重要性和脑先导专项启动的及时性
人类大脑是自然界通过漫长进化而产生的最精细、最复杂、最优美和最成功的器官，脑科学是研究人、动物和机器的认知与智能的本质与规律的科学。智力的本质、创造性的来源和理性、记性、忘性、个性、人性和决策的机制等都是脑科学的核心问题，对这些问题的理解将是有效预测、干预和推延脑衰老，并创造出具有自我学习能力的人工智能系统的科学基础。脑科学研究将拓展人类对自然和本身的认识，它对人类的知识创新、健康和幸福和信息科学与人工智能、文化科学、社会科学、教育学、语言学等都将产生极大的辐射作用，对人类社会的进步和经济发展有深远的影响。经历了60年的神经解剖学和生理学研究，40年的分子生物学研究，和20年的脑核磁成像研究，脑科学正在实现研究策略的革命性转变。大数据时期的脑科学一定是将基因组、蛋白质组、神经联结组、脑络组等进行有效集成和大规模集聚的大科学。
对脑功能的破译需要在多个层次上解析脑络系统的联结方式与规则，终究得到脑络结构及其功能的“线路设计图”，这是脑科学的战略制高点。为了探讨脑络图谱这1重大问题，中科院经过近两年的酝酿、准备和凝炼，于年启动了战略性先导科技专项（B类）“脑功能联结图谱计划”（MappingBrainFunctionalConnections；简称脑功能图谱）。该专项是中科院首批启动的5个B类先导专项之一，体现了中科院对脑科学研究及其重要性的高度重视。脑科学研究是世界各国21世纪重要研究领域，美国、欧洲和日本等国最近几年前后启动了脑计划，而“脑功能联结图谱”先导专项的启动先于这些国际重要脑研究计划，充分体现了中国科学家富有远见的战略眼光和对国际重大科学研究方向的准确掌控。脑功能图谱先导专项的研究内容是中科院和项目整体组专家在充分发挥顶层设计作用的基础上设定的，其科学内涵是针对特定脑功能神经联结通路及其络结构的解析及摹拟，不是全脑神经连接组学，而是限定在对特定脑功能的神经联结络作图。
2脑功能联结图谱先导专项基本情况
“脑功能联结图谱”先导专项以中科院上海生命科学院神经科学所为依托单位，郭爱克院士为首席科学家，张旭院士为首席科学家助理，美国科学院院士、中科院外籍院士蒲慕明为首席科学家顾问；有中科院生物物理所、中国科技大学、心理所、遗传与发育生物学所、昆明动物所、自动化所、武汉物理与数学所、深圳先进工业技术院、计算技术所和国家纳米科学中心等10家单位，共36个课题组参加。年，在中科院的兼顾部署下，该专项进行了扩充，加入类脑智能研究领域，专项更名为“脑功能联结图谱与类脑智能研究”，在国际上首次实现了脑科学与智能技术领域的实质性融会，为脑智科学的发展和中国脑计划的启动打下了坚实基础。
专项设立感知觉联结图谱、学习记忆和老年痴呆的脑功能联结图谱、情绪和抑郁症联结图谱、决定与成瘾的联结图谱、脑功能联结图谱关键先导技术5个项目，研究内容包括：在纳米尺度主要聚焦神经元间突触连接的信息传递及其份子调控、在微米尺度主要聚焦相互联结且数量庞大的神经环路及其络、介观层次对数百微米分辨率考察类似皮质功能柱的基本单元之间的联结规律、宏观层次毫米级空间分辨率研究不同功能脑区的联结结构4个层次。专项从强调个体细胞的结构与功能到强调功能环路联结图谱，从众多大脑功能模块中选择感知、学习、情感和决定4个基本模块，每基本模块中再选一两个子模块作为重点研究对象，针对这些功能子模块及相干疾病，深度解析感知觉、学习记忆、情绪、决定等脑功能联结的组织构架规律，力图揭露脑功能联结异常与感知觉疾病、脑发育及退行性病变、抑郁等疾病的关系，研发基于脑功能联结图谱的相干疾病诊断与医治新策略，建立互联、互通、合作、集聚的络型研究体系。
该专项力求完全地描写大脑的4类重要功能（感觉、情绪、记忆、决策）在正常态和病态期的神经络联结的构造、运作方式和机制。目标其实不在于描写全部神经细胞的全部联接和电活动，而在于描写各个脑区特殊种类神经细胞群之间有功能的联结和运作。总体目标主要包括：在脑功能联结图谱研究中获得原创性理论突破，阐明感知觉、学习记忆、情绪、决定等脑功能联结的组织构架规律；揭露脑功能联结图谱异常与感知觉疾病、脑发育及退行性病变、抑郁、成瘾等脑疾病的关系，研发相干认知疾病诊断与医治新策略；研发一批先进的高时空分辨率的显微技术和装备，和神经示踪等技术；建立脑功能联结数字文库、脑功能联结图谱和公共信息中心。
3脑先导专项主要研究进展
通过近4年的研究，在感觉信息加工的神经环路及皮层下通路、情绪及抑郁症的神经环路及脑区、脑结构和智力发育、神经疾病非人灵长类动物模型、脑功能图谱研究技术等研究方向上取得了重要进展，在Nature、Science、Cell等国际学术期刊上发表论文余篇，并在深度神经络芯片等人工智能技术研发上取得了显著进展，产生了较高的国内外影响力。
3.1感知觉神经环路发育、功能和疾病
（1）揭露了成纤维细胞生长因子（FGF13）对感知觉等起调节作用的机制。
发现FGF13是调控脑发育和智力的重要基因；观察到FGF13基因敲除小鼠出现出大脑皮层和海马的组织结构发育异常，学习记忆能力遭到明显伤害。相干论文发表在Cell[1]，并被Neuron杂志列为年以来大脑皮层发育与疾病份子机制的主要进展之一。
（2）研究表明，雄甾二烯酮和雌甾四烯可在个体间有效传递性别信息，从而为人类性信息素的存在提供了有力证据。
论文发表在CurrentBiology[2]，并引发媒体广泛
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