顶尖的神经科学家正在联合起来研究大脑——就像物理学家在大型项目中组队寻找新粒子一样。
国际大脑实验室（IBL）于9月19日启动，它将美国和欧洲的21个顶尖神经科学实验室整合为一个大型合作项目，通过关注所有动物共有的单一行为：觅食，来发展大脑工作原理的理论。伦敦的惠康基金会和纽约市的西蒙斯基金会共同承诺在五年内投入超过1300万美元，以启动IBL*。
这项试点工作旨在改变传统的细胞神经科学，传统上，细胞神经科学是由各个实验室研究简单行为中有限数量的大脑回路的作用。而“虚拟”的IBL实验室将要研究的是，小鼠的大脑如何在其整体中，在不断变化的、反映自然条件的环境中产生复杂的行为。
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该项目将使用能够同时记录数千个神经元电信号的芯片。它还将使用其他新兴技术，如使用光控制神经元的光遗传学工具包。“这是一种新的方法，很可能会对大脑和行为产生重要的新见解，”德国马丁斯里德马克斯·普朗克神经生物学研究所主任、惠康信托理事会成员托比亚斯·博恩霍费尔说。
大规模神经科学项目并不少见。2013年，欧盟委员会宣布了为期10年的人类大脑项目，耗资超过10亿欧元（11亿美元）；2014年，美国总统巴拉克·奥巴马启动了美国大脑倡议，以开发神经技术，当年拨款1.1亿美元。位于华盛顿州西雅图的艾伦脑科学研究所自2003年以来一直在创建大脑解剖结构和神经回路的综合地图。日本、中国、加拿大和其他国家也有或正在计划自己的大型神经科学计划。
但没有一个像IBL那样运作，它的管理方式类似于欧洲粒子物理实验室CERN的大型物理项目，如ATLAS和CMS，它们在2012年报告了希格斯玻色的证据。位于瑞士日内瓦附近CERN大型强子对撞机的这两个合作项目，汇集了来自世界各地数百个实验室的实验学家和理论学家，以检验粒子物理标准模型的预测。
与CERN庞大的团队一样，IBL也建立了扁平的等级制度和协作决策流程，几乎每天都举行网络会议。团队不会只在达成共识时才采取行动，而是通过简单同意的方式做出决定。“如果没有令人信服的理由说明为什么一项拟议的实验会是一场灾难，任何人都无法阻止该实验的进行，”IBL成员、瑞士日内瓦大学的理论学家亚历山大·普吉说。
到目前为止，德国慕尼黑路德维希·马克西米利安大学的理论神经科学家安德烈亚斯·赫兹说，“神经科学一直停留在探索阶段”。IBL的目标是生成并检验关于大脑如何编码和计算信息的统一理论，力求提出等同于物理学家标准模型的东西。
但德国于利希研究中心的神经解剖学家卡特琳·阿蒙茨指出，IBL并非在融合理论和实践方面唯一的大型神经科学项目。阿蒙茨还担任欧洲人类大脑项目的科学委员会主席，该项目在理解大脑如何运作的努力中采取了更传统的合作方式。“未来会证明哪种方式是最好的，”她说。
IBL的首席研究员，包括数据分析专家以及实验和理论神经科学家，将把他们大约20%的时间投入到这项工作中。在最初的两年里，IBL将构建用于自动数据共享的信息工具，并为小鼠的基本觅食任务建立可靠的实验协议。成员必须在实验开始前注册实验，结果将立即对整个合作项目可见。
“这是一个巨大的挑战——而且它不是该领域目前的工作方式，”纽约冷泉港实验室的IBL成员安妮·丘奇兰说。
在实验神经科学中，最细微的参数变化都可能改变实验的结果。IBL的标准协议试图解决所有可能的变异来源，从小鼠的饮食到它们每天暴露在光线下的时间和数量，以及它们睡觉的床上用品类型。每个实验都将在至少一个独立的实验室中使用相同的协议进行重复，然后才公布其结果和数据。
“这种方法将有助于解决可重复性危机，”艾伦脑科学研究所所长克里斯托夫·科赫说。
普吉承认，将IBL扩展到试点阶段之外将需要超过1300万美元的资金。在建立觅食协议后，该项目的第二阶段将测试与大脑如何整合各种信息以做出即时决策相关的具体理论。他还希望招募更多实验室，并扩大研究的行为范围。
对于理论学家赫兹来说，他是颇具影响力的计算神经科学网络的一员，神经科学早就应该采取这种严谨的方法了。“一百年后，”他说，“人们会回顾并想知道，为什么直到现在，才有可能采用一种更基于物理学的方法来设计实验，以巩固或反驳理论。”
本文经许可转载，首次发表于2017年9月19日。
*此故事的早期版本错误地将西蒙斯基金会所在地定位在华盛顿特区。