超越小型神经模型，建立标准大脑模型

国际脑实验室汇集了一批全球最有影响力的神经生物学先驱科学家，仿照大型物理学项目探索一个单一行为。像物理学家们合作寻找新粒子一样，神经生物学科学家正在联手进行一个大规模项目。

　　

9月19日，美国和欧洲的21位领袖级神经科学家正式合作成立国际脑实验室（International Brain Lab，IBL），联手探索所有动物都具有的一种行为“觅食”的大脑工作原理。伦敦威康信托基金和华盛顿西蒙斯基金会承担IBL未来五年超过1200万美元的启动资金。

该项目试图动摇通常由个体实验室通过有限数量的大脑回路研究简单行为的细胞神经学的科研模式。作为替代，“虚拟”IBL实验室将模拟自然条件下不断变化的环境，从整体水平探索小鼠复杂行为背后的大脑工作机理。

使用有能力记录数千个神经元同时发出的电信号的芯片、光遗传学等新兴技术，生成并测试有关大脑如何编码和计算信息的统一理论，最终建立与物理学家们所寻找的标准模型等效的大脑工作模型。

创先河的工作模式

大型科研项目并不罕见。西雅图的艾伦脑科学研究所自2003年以来一直在绘制全面的脑解剖学和神经回路图谱。2013年欧盟委员会宣布了为期10年的“人类大脑计划”，耗资超过10亿欧元（11亿美元）。2014年美国总统贝拉克 奥巴马发起了“美国大脑倡议”，当年筹资1亿1千万美元开发神经技术。2017年8月中国苏州高分辨率、高速“大脑成像工厂”启动，5年预算超5亿5千万元（6700万美元）。日本、加拿大等其他国家也正在或已经规划了本国的大脑科学计划。

小鼠大脑远程神经元延伸重建图像（图片来源：Luo Q. M./Sci Sin Vitae）

与传统的研究大脑如何工作的项目相比，“IBL是将理论和实践相结合的独一无二的大型科研项目，”欧洲人类大脑计划科委会主席德国Jülich研究中心的神经解剖学家Katrin Amunts指出。

IBL的与众不同还在于它的运作模式更类似ATLAS和CMS等大型物理科学项目。像庞大的欧洲核子研究中心的科研团队一样，IBL创建了一个水平合作决策层，几乎每天都通过网络会议碰头根据进展商讨下一步计划。只有集体协商一致（简单地表示赞同或否定）后才会采取行动。“如果没有一个非常具说服力的反对意见，就没人能阻止正在进行中的实验，”IBL成员、来自日内瓦大学的理论家Alexandre Pouget说。

研究计划

在IBL的核心队伍中，有数据分析专家、实验神经科学家和神经科学理论科学家。在最初两年，他们将搭建自动数据分享信息平台，以及测试小鼠基本觅食任务的可靠实验方法。在开展实验之前，成员们必须提前注册实验，实验结果也是全合作组可见。

神经科学实验中，最微小的参数变化都可能导致实验结果改变。IBL的标准protocol试图考虑到所有可能的误差来源，包括小鼠饮食、时间、饲养光线、睡眠寝具等等。每项实验至少需能被一个独立的实验室重复，实验数据和结果将被公开。“这种方法有助于解决重复性危机，”艾伦脑科学研究所所长Christof Koch说。

建立觅食实验标准protocol后，项目第二阶段将测试大脑如何整合不同信息以做出瞬间决定的具体理论。Koch表示，希望有更多实验室的加入，拓宽研究范围。

是时候采取极端严谨手段来研究神经科学了。100年后，世人将回首反思，为什么直到今天生命科学才开展基于物理学方法的实验设计来巩固或反驳理论学说？

Nature开创性新技术：真正实现自由活体动物实验

原文检索：Nature|News“Researchers unite in quest for ‘standard model’ of the brain”549, 319–320 (21 September 2017) doi:10.1038/549319a

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