耗时十年，约 500 名科学家和约 6 亿欧元，欧盟资助过的最大型研究项目之一——人脑工程项目——即将结束。其大胆的目标是通过在计算机中建模来理解人脑。
在项目运行期间，人脑工程项目 (HBP) 伞下的科学家发表了数千篇论文，并在神经科学领域取得了重大进展，例如创建了至少 200 个大脑区域的详细 3D 地图，开发了用于治疗失明的脑植入物，并使用超级计算机模拟记忆和意识等功能，以及推进各种脑部疾病的治疗方法。
欧盟委员会布鲁塞尔副总干事托马斯·斯科达斯说：“当项目启动时，几乎没有人相信大数据的潜力，以及使用大数据或超级计算机来模拟大脑复杂功能的可能性。”
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然而，几乎从一开始，HBP 就受到了批评。该项目未能实现模拟整个人脑的目标——许多科学家从一开始就认为这个目标是遥不可及的。HBP 改变了几次方向，其科学成果变得“支离破碎，像马赛克一样”，HBP 成员、认知科学家、法国国家科学研究中心 CNRS 研究主任伊夫·弗雷尼亚克说。在他看来，该项目未能对大脑提供全面或原创的理解。“我没有看到大脑；我看到的是大脑的碎片，”弗雷尼亚克说。
HBP 主任希望通过一个名为 EBRAINS 的虚拟平台来更进一步地理解大脑——该平台是作为项目的一部分而创建的。EBRAINS 是一套工具和成像数据，世界各地的科学家可以使用它来运行模拟和数字实验。“今天，我们手头掌握着构建真正数字大脑双胞胎的所有工具，”法国艾克斯-马赛大学神经科学家、HBP 董事会成员维克托·吉尔萨说。
但是，这个分支机构的资金仍然不确定。在 其他地方的大型昂贵的脑项目正在高速运转 之际，欧洲的科学家们对他们的版本正在走向衰落感到沮丧。“我们可能是最早发起这股对大脑感兴趣的浪潮的人之一，”阿姆斯特丹大学的计算神经科学家豪尔赫·梅希亚斯说，他于 2019 年加入 HBP。现在，他说，“每个人都在冲刺，我们没有时间小憩一下。”
曲折的过去
HBP 从一开始就备受争议。当它在 2013 年启动时，其主要目标之一是开发 更好地理解大脑功能和组织及其疾病 所需的工具和基础设施，同时开展基础和临床神经科学方面的小型项目。它是 当年获得资助的两个长期研究计划 之一，旨在促进欧洲的产业发展；另一个是研究石墨烯潜力的项目。
HBP 曾承诺获得 10 亿欧元（11 亿美元）的资金。最终，它获得了 6.07 亿欧元，其中包括欧盟提供的 4.06 亿欧元，分四个阶段发放，并在每个阶段以竞争性拨款的形式发放给各个实验室（参见“人脑工程项目如何演变”）。
来源：《自然》
但在第一年，HBP 就遇到了麻烦。创始人兼前主任、洛桑瑞士联邦理工学院 (EPFL) 神经科学家亨利·马克拉姆表示，HBP 将能够在十年内 在细胞水平上重建和模拟人脑。马克拉姆的断言引起了神经科学家的广泛怀疑。“当科学开辟新道路时，争议自然而然地随之而来，”马克拉姆说。
英国剑桥大学的计算神经科学家蒂莫西·奥利里说，这个崇高的目标可能帮助 HBP 启动了。“如果不附加某种荒谬的雄心勃勃的目标，HBP 是否能够获得资助还不清楚，”奥利里说，他不是 HBP 的成员。
随着时间的推移，马克拉姆的领导越来越不受欢迎。2014 年，他和执行委员会的其他两名成员改变了项目的重点，削减了大量关于认知神经科学的研究，导致 18 个实验室组成的网络离开了该项目。马克拉姆说，关于各个部门的资金存在争议。作为回应，150 多名科学家签署了一封抗议信，敦促欧盟委员会在第二轮融资时重新考虑 HBP 的目的。信中说，HBP 管理不善，并且在一定程度上偏离了其科学方向。“很明显，神经科学界的一些人还没有准备好团结在一个共同的愿景下，”马克拉姆说。
欧盟成立了一个由独立专家组成的委员会，以调查项目的运行情况并修改其科学目标。委员会建议 HBP 应重新评估并更清晰地阐明其科学目标，并将认知神经科学和系统神经科学重新纳入其核心计划。2015 年 2 月，HBP 董事会 投票解散了由三人组成的执行委员会，并用一个更大的董事会取而代之。
这场动荡使一些科学家对该项目持谨慎态度。“这种怀疑态度一直在持续，”梅希亚斯说。
与此同时，其他地方的大型脑项目也启动或高速运转起来。美国和日本都在与 HBP 大致相同的时间启动了脑项目——前者将持续到 2026 年，后者希望总共运行 15 年。中国的脑项目于 2021 年启动，澳大利亚和韩国的项目也都已进入第七年。
HBP 的闹剧并没有随着执行委员会的解散而结束。在 2016 年至 2020 年期间，该项目的高层管理人员多次更迭。与此同时，科学研究开始加速。2016 年，作为项目开发阶段的成果，HBP 推出了六个专业运营平台，涵盖了大脑模拟、高性能分析和计算以及神经机器人等领域。
最初的想法是随着时间的推移整合这六个方面，但在最初，“它们相当独立”，德国于利希研究中心神经科学家、HBP 科学研究主任卡特琳·阿蒙茨说。“像 HBP 这样的大型项目意味着存在一个学习过程，并非一切都从一开始就奏效，”她说。
最伟大的成就
撇开管理不谈，HBP 积累了一些重要且有用的科学成果。通过创建和组合约 200 个大脑皮层和更深层大脑结构的 3D 地图，HBP 科学家制作了人脑图谱，可以通过 EBRAINS 访问。该图谱描绘了大脑的多层次组织，从其细胞和分子结构到其功能模块和连接性。
“人脑图谱有点像谷歌地图，但它是大脑的谷歌地图，”阿蒙茨在 3 月 HBP 峰会 2023 的新闻发布会上说。
该图谱使用验尸后的大脑数据生成标准化地图，考虑了人与人之间的自然变异性。使用该图谱，HBP 科学家在前额叶皮层中发现了六个以前未知的大脑区域，这些区域有助于记忆、语言、注意力和音乐处理。它还将地图链接到艾伦人脑图谱中的基因表达数据，艾伦人脑图谱是由华盛顿州西雅图的艾伦脑科学研究所开发的数据库，该数据库描述了整个大脑中的神经元特征。利用配对的图谱，研究人员揭示了与抑郁症相关的基因表达变化如何与额叶皮层区域的结构和功能变化相关联。
HBP 研究人员还开发了独特的算法，可以从显微镜图像构建大脑区域的完整支架模型。利用这种工具，研究人员制作了海马体 CA1 区域的详细地图，该区域对记忆至关重要。该地图包含约 500 万个神经元和 400 亿个突触。
HBP 已将一些发现转化为临床应用，使用个性化的大脑模型——或“数字双胞胎”——来改善癫痫症和帕金森病的治疗方法。吉尔萨解释说，数字双胞胎是一个人大脑的数学表示，它将来自个人的扫描与模型合并。
吉尔萨和他的同事于 2019 年 6 月启动了一项名为 EPINOV 的临床试验，以测试使用脑部扫描数据构建的数字模型是否可以帮助识别 癫痫发作的起源并提高癫痫手术的成功率。吉尔萨说：“这是我在 EBRAINS 之外无法做到的事情。”
EPINOV 试验已在 11 家法国医院招募了 356 人。吉尔萨希望通过 EBRAINS 向其他研究人员提供试验中的成像数据。
HBP 的原始项目计划包括开发以大脑为模型的计算系统。HBP 科学家为神经网络做出了贡献，这些神经网络可以模拟大型类脑系统，要么测试关于大脑如何运作的想法，要么控制其他硬件，例如机器人或智能手机。
并非全貌
该项目的组织者和批评者都提到了贯穿 HBP 的一个共同主题：碎片化。这是神经科学研究中长期存在的问题。“我看到了非常精明的应用，但你没有看到多尺度整合，也没有看到正在解决的重大问题，”弗雷尼亚克说。
在过去的三年里，HBP 试图通过将其技术整合到 EBRAINS 中来克服其跨学科子项目的碎片化。HBP 六个平台上的倡议开始开发兼容的工具和共享数据标准，一些小组被重组，以专注于特定的科学挑战，而不是学科。“但是还有很多工作要做，”吉尔萨说。“神经机器人 [仍然] 与更临床驱动的小组没有任何联系。”
HBP 详细描述了人脑解剖结构，并开发了将大脑结构和功能与基因表达联系起来的工具。来源：Mareen Fischinger
对于一些研究人员来说，HBP 零散的科学成果源于缺乏重点。“一个持续十年以上的项目，我期望它能产生概念上的突破，”德国哥廷根大学的理论神经物理学家弗雷德·沃尔夫说，他在签署公开信后离开了 HBP。但他说，HBP 的情况并非如此。
巴黎综合神经科学和认知中心的神经科学家大卫·汉塞尔说，他没有参与该项目，他说 HBP 缺乏优先次序和有限的合作意味着它未能利用其规模，也未能真正将神经科学界团结在一个共同目标之下。“它没有列出要解决的首要和合理的问题。基本上，‘目标’是理解大脑。”
美国国立卫生研究院 (NIH) 的“通过推进创新神经技术开展脑研究 (BRAIN)”计划主任约翰·恩盖认为，强调数据收集而不是假设驱动的科学是无可厚非的。BRAIN 计划位于马里兰州贝塞斯达，专注于开发工具来编目、监测和测量大脑。“大科学并不总是关于登月计划，尤其是在实现主要目标的步骤不确定的情况下。”
遗产
9 月底，HBP 将停止发放资金。尽管一些从该项目中涌现出来的努力已经获得了继续其工作的资助，但许多部分或全部与 HBP 合作的研究人员的未来仍不确定。
但阿蒙茨和其他人希望 HBP 的工作和 EBRAINS 平台将成为未来几年欧洲神经科学的基础。“对大脑的研究需要理解大脑的多层次和多尺度，”阿蒙茨说。
2018 年 1 月，HBP 获得了 5000 万欧元的资助，其中包括欧盟提供的 2500 万欧元，用于为 EBRAINS 开发交互式超级计算工具和数据存储服务。
研究人员已经在使用该平台来了解大脑可能如何响应刺激，例如，以及开发模仿大脑的机器人。恩盖说，HBP 向 EBRAINS 的转型产生了一个有价值的工具。其他地方也存在类似的平台，但它们缺乏 EBRAINS 提供的规模和服务。
今年 3 月，欧盟委员会驳回了一项为维持 EBRAINS 运行而申请 3800 万欧元的申请，但在与 HBP 协商后，于 6 月重新开放了同一项资助申请，给了该团队另一次申请机会。如果申请不成功，该平台将依靠私人资金和欧盟个别国家的财政支持相结合的方式。
与此同时，欧盟委员会正准备进行评估。该项目的最终审查将于 11 月开始，预计将于 2024 年 1 月发布。“如果我们不想在全球神经科学领域经历相当于人工智能寒冬的情况，我们就需要使其受到尊重。我们需要真正评估这种类型的旗舰计划是好是坏，”弗雷尼亚克说。
EBRAINS 首席执行官兼 HBP 总干事帕维尔·斯维博达说，HBP 的结束并不是欧洲神经科学的终结。
欧盟委员会和成员国正在规划欧洲脑健康研究的下一阶段，重点是使用个性化脑模型来推进药物发现和改善脑部疾病的治疗方法。
但研究人员表示，未来的项目需要避免困扰 HBP 的斗争。“我们不想再做像最初那样的 HBP，”奥利里说。“我们需要支持小规模、重点突出的科学研究以及雄心勃勃的综合项目。”
他说，最终，这个大型项目确实创建了专注于一些共同目标的科学家社区。“这是一个持久的遗产。”
本文经许可转载，并于 2023 年 8 月 22 日 首次发表。