我一直很好奇
這麼常一段文字在實體紙本上我看的下去
在螢幕上就不行
※ 引述《s256988452 (莉莉奈♥)》之銘言：
: 腦啟動計畫（BRAIN Initiative）是美國在2013年起開始推動的一個十二年計畫，將自
: 2014年至2025年號召政府及民間合作，發展新一代腦科學技術來探索腦的 祕密。在前一
: 篇（《科技報導》2014年7月號）〈腦啟動計畫初介〉一文中，本人已對其背景知識作了
: 一些介紹。自從今年六月美國國家衛生院（NIH）公布 了本計畫的白皮書，近幾個月來又
: 有一些新的發展，在此作進一步的介紹，並對此計畫的實質內容補充說明。
: 神經科學領域最新發展
: 有關神經科學領域最新發展中最引人注目的，當然是10月6日瑞典卡羅琳學院（
: Karolinska Institute）發布的2014年諾貝爾生理與醫學獎。本年度頒給了英國倫敦大學
: （University College London）的歐基夫（John O'keefe）以及挪威科技大學的艾德瓦
: ‧ 莫瑟（Edvard I. Moser）及梅‧莫瑟（May-Britt Moser）夫婦，來獎勵他們對腦中
: 海馬迴以及內嗅皮質（entorhinal cortex）中空間定位系統相關神經細胞操作機制的重
: 要發現。比較少為人注意的還有9月11日，日本政府繼歐盟、美國之後，也公布了國家神
: 經科學計畫。 不同於歐盟的Human Brain Project 注重計算科學，美國腦啟動計畫注重
: 技術發展，日本的神經科學旗艦計畫將焦點凝聚在絹狨（marmoset）的腦區連結及功能圖
: 譜研究。預備在十年中對靈長 類腦內構造與機制，進行大規模整體性的研究。
: 腦啟動計畫的介紹
: 再回到腦啟動計畫的介紹。白宮在9月30日進一步發布了腦啟動計畫一年多來的進展。美
: 國國家衛生院（NIH）已公布了第一期計畫通過名單。政府機構除了原 來的NIH、美國國
: 家衛生基金會（NSF）、國防高等研究計劃署（DARPA）之外，食品藥物管理局（FDA）以
: 及情報局也將加入，2015年經費加碼至 兩億美元。
: 除了政府機構的支持，美國民間企業及基金會的投入也是不容小覷。大公司如奇異（GE）
: 、谷歌（Google）、葛蘭素史克藥廠（GSK），各大光學公司 等，都提出了具體支持計畫
: 。民間組織如艾倫腦科學研究所（Allen Institute for Brain Science）、霍華德‧休
: 斯醫學研究所（Howard Hughes Medical Institute）、科維理基金會（Kavli
: Foundation），以及一些著名的大學也成立了特殊計畫來支持。
: 腦啟動計畫的七個目標
: 腦啟動計畫的實際目標是什麼呢? 在「BRAIN 2025」白皮書中提出了七個目標，分別是：
: （1）辨識不同種類腦細胞的功能；（2）從多種尺度建立腦中神經網路連結圖譜；（3）
: 同時紀錄大批神經細胞活 性，觀察在行為及認知中的腦的運作；（4）建立腦中活性與行
: 為及認知功能間的因果關係；（5）找出腦功能操作的基本原理；（6）推展人腦的神經科
: 學； （7）經由精進技術、腦科學實驗以及理論發展，了解神經活性如何轉變為認知、情
: 緒和行為。其中（6）、（7）可說是夢想的再宣示並加強與轉譯醫學的聯繫， 腦啟動計
: 畫的實質目標就是（1）~（5）五項。以下就此五項作補充說明。
: 腦組織中有神經細胞和神經膠細胞。神經細胞可以依照神經傳遞物質分為麩胺酸類（
: Glutaminergic），γ– 胺基丁酸類（GABAergic）等等，其他分類的依據如細胞形狀、
: 軸突投射、放電形式……等。神經膠細胞可以分為星狀神經細胞（Astrocyte）、 寡樹突
: 膠細胞（oligodendrocyte）、微膠細胞（microglia）等等。晚近因為發育生物學及神經
: 遺傳學的突飛猛進，了解到細胞的基因表 現形式決定了細胞的形狀、傳遞物質、放電形
: 式、甚至功能。因此在各區域腦組織中進行完整的細胞種類分類；並針對不同物種、不同
: 年齡、不同環境、各種疾病狀 態下，各區域中腦組織中不同細胞的組成變化的詳細了解
: ，實質可行，也將是在腦啟動計畫中可以先馳得點的部分。這個目標的基礎分類工作，在
: 果蠅腦中已經快要 完成，但是在其他物種中還大有可為。可以想像不久的將來，我們可
: 以操弄特定腦區中的特定神經細胞，來改善特定的的神經精神疾病。
: 連接體（connectome） 研究起源於NIH 數年前利用擴散張量磁振影像（Diffusion
: Tensor Imaging）方法進行人腦各區域間連接研究的大型計畫。分析的重點是大尺度的全
: 腦連結。中尺度的腦區與腦區之間細胞的連結，自二十世紀70年代發展出 正向及逆向追
: 蹤劑後，已累計了五十年的資料。微尺度的神經細胞與神經細胞間每一個突觸完整的連結
: ，也正在以電子顯微鏡切片觀察，一點一滴的累積中。這些既 有的方法在近年中均有重
: 要的突破。例如各種「透明腦」的方法將神經組織透明化，輔以神經遺傳法植入內生性螢
: 光，或以整塊組織染色，可以進行全腦細部連結的 觀察。電子顯微鏡的切片、成像、資
: 料攫取及分析技術也有重大進展，讓高通量3D EM不再只是夢想。可以想像在十年計劃中
: 我們不僅僅可以問神經精神疾病患者腦中大尺度連接體的變化，甚至我們可以知道哪一區
: 、哪一種神經細胞在那裏的突觸 連結產生了什麼樣特定的變化。
: 在前文中也介紹了多頻道電生理紀錄方法及多光子顯微技術。前者利用長期植入腦中的多
: 根微電極，後者將偵測鈣離子或膜電位的螢光蛋白基因轉殖進入特定腦區， 來同時記錄
: 數百個神經細胞在行為或認知功能當中的放電的情形。如何增加同時觀察記錄的神經細胞
: 數目，在神經網路操作時，在所有的關鍵腦區同時記錄更多神經 細胞的操作？這不只是
: 電極微小化、3D化的問題。我們也將要面臨資料量的劇增、分析方法的不適當的問題。本
: 目標其實是腦啟動計畫「看見腦中每一個細胞的每 一個動作電位」夢想中的核心目標，
: 但是這個目標由目前狀況看起來，並沒有辦法看到隧道盡頭的曙光。當然配合神經遺傳方
: 法及各種尺度的方法我們可以預測在十 年計畫後，我們將對在各種行為及認知功能中，
: 各種不同種類的腦神經細胞的活性變化，有更充分地了解。在神經計算科學的協助下，我
: 們可以發展出一些新的資料 擷取及計算方法，來協助腦機介面連結（Brain-Machine
: Interface），進而對神經網路的操作有更深一層的理解。
: 電刺激、化學刺激、化學藥劑的暫時抑制以及長時間抑制，是傳統上神經科學用來探討腦
: 區與行為間因果關係的方法。在前文中介紹的光遺傳學方法 （Optogenetics）則是近十
: 年來新發明的方法，可以在腦中特定區域於特定時間留下神經活化的印痕，再以適當的光
: 刺激重現或抑制，因此可以操弄特 定的神經細胞，探討特定腦區中特定種類的神經細胞
: 與行為或認知情緒功能間的因果關係。新發明的化學或藥物遺傳學方法 （
: Chemogenetics/Pharmacogenetics）則是在動物腦中的特定細胞中殖入特殊受體分子。這
: 些受體分子的配體（ligand）並 不存在生物體內。在特定時間中在腦中注入這種配體，
: 即可興奮或抑制這些被基因轉殖改變了的神經細胞。這樣的方法除了可以大範圍的影響散
: 布在不同腦區中的同 類神經細胞，也可以用來研究各種神經膠細胞的功能。
: 在物理學化學領域中，理論科學早已與實驗科學分庭抗禮、互補互成。但是生物醫學一直
: 是「Dirty Science」。理論科學如何能在充滿變數、充滿雜訊，例外就是家常便飯的生
: 物醫學領域裏發展呢？神經科學就是一塊肥沃的土壤。如前述數千、數萬個神經 細胞在
: 毫秒的時間中不斷的變化，但是行為或情緒卻持續數分鐘、數小時；又如連接體研究中恆
: 河沙數的突觸，以各式各樣的方法連接在一起，究竟如何操作？這些 大資料非常需要統
: 計學家、生物資訊學家以及計算科學學家的參與，才能找到其中基本的操作原理。如同理
: 論物理由實驗數據中找出原理原則，產生新的推論，再由 實驗物理來進一步驗證，產生
: 新的數據。週而復始、不斷推進。未來神經科學也需要進展到同樣的境界。
: 腦啟動計畫的夢想是「Map the activity of every neuron in the human brain」。實
: 際神經科學現況與這個夢想是天差地遠，但是我們也可以回頭看看人類基因體計畫當年的
: 夢想是「Complete mapping and understanding of all the genes of human beings」
: 。這個夢想到今天為止仍然是個夢想。但是這個夢想引導著後基因體時代的所有相關研究
: ，發揮著極重要的影響。同樣的，腦啟動計畫的夢想可以作 為神經科學領域的標竿，引
: 領著我們未來的研究。
: 延伸閱讀
: 1. BRAIN 2025:A Scientific Vision, National Institute of Health, USA, 2014.
: 2. Okano, H. and Mitra, P., Brain-mapping projects using the common marmoset,
: Neuroscience Research, 2014.
: 3. White House Fact Sheet, 2014.
: 4. 嚴震東，〈腦啟動計畫初介〉，《科技報導》7月號13-15頁，2014年。