本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
大型神经科学时代已经到来。
1月下旬，“人脑工程”——一项试图创建从纳米级到宏观生物级的全尺度大脑计算机模拟的项目——宣布，它已成功安排了10亿欧元的资金方案，为期10年。
然后在2月18日，《纽约时报》上的一篇文章揭示了一项计划，该计划可能会花费数十亿美元，用于记录大量脑细胞并弄清楚它们究竟在做什么。
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这会是大型强子对撞机与超导超级对撞机的重演吗？
目前还不是。 美国项目“大脑活动图谱”的数十亿美元仍然是一个尚未实现的愿望。
但是，尽管政府财政状况一如既往地不明朗，但大脑研究人员正在以前所未有的规模进行思考，并援引随之而来的修辞，如登月计划、下一代人类基因组计划，以及人类需要鼓起必要的前瞻性热情来解决科学“最后前沿”之一的问题。 哎，饶了我最后一部分吧。
这些项目为自己设定的挑战，说明了从今天对这种复杂得令人费解的生物机器的粗略轮廓，到准确呈现约1000亿个神经元交织在一起，并由100万亿个电连接组成的脉动挂毯的运作过程，所面临的挑战。
洛桑联邦理工学院的亨利·马克拉姆在《大众科学》上描述了人脑工程的目标，他在6月份表示，该项目将成为“有史以来最强大的飞行模拟器”。它旨在模拟波音787中的“热失控”，而不是提供人类头骨内每个细胞和连接的大屏幕放大图。
人脑工程继续受到来自多个方面的批评。研究人员计划利用当前关于大脑解剖结构和功能的最新知识来创建精密的计算机模拟。 陷阱在于一个简单的事实，即我们在分子、细胞、回路层面及以上层面所知的通常是不充分的，甚至完全是错误的。 在错误的假设之上叠加错误的假设可能会产生一个精巧的软件幻想世界。 但是，正如马克拉姆急忙强调的那样，软件总是可以为下一个版本进行修订，以纳入来自细胞、果蝇、线虫、小鼠、猴子和人类实验的最新信息。 障碍仍然巨大。 当我们去年发表这篇文章时，它附带了来自神经科学家塞巴斯蒂安·承的著作《连接组》一章节选的Web版，该节选描述了将大脑简化为软件所涉及的困难。 例如，如果多巴胺等神经递质从直接连接点（突触）逸出，并与远处突触相互作用，会发生什么？ 这个宏伟的大脑模型如何考虑这种可能性？
大脑活动图谱在其尚处于萌芽阶段的概念中，其计划不如“盒子中的大脑”那样雄心勃勃。 从可以收集到的信息来看，它旨在提供特定神经回路中发生的一切的记录。 它的功能不仅仅是额叶大脑到情绪处理杏仁核等之间连接的静态模型。 相反，它将动态地呈现该通路中发生的事情，甚至记录该回路复杂连接中最细微的电压波动。
“人们在谈论大脑布线的粗略特征以及大脑大约100万亿个突触连接时，都提到了连接组学。 这两者本质上都是形态学的，”加州理工学院的实验物理学家、该项目的组织者之一迈克尔·鲁克斯说。 “相比之下，我们在这个大脑活动图谱项目中谈论的是功能性连接组学……大脑的“比特”信息是如何编码的，在其硬件（我应该说“软件”还是“湿件”？）中路由的，以及最终电路是如何构建的以及大脑实际上是如何计算的。 功能性连接组学是关于大脑电路的动态组织。”
布朗大学的约翰·多诺霍是一位脑机接口研究员，也是参与规划大脑活动图谱的科学家之一，他指出，如今存在可以捕获细胞和分子水平发生情况的探针，而脑成像机器可以捕捉神经解剖学大面积区域发生的情况。 然而，缺失的是实时监测数百万神经元协调其放电模式时发生的情况的技术，即大脑活动的回路层面视图，从中涌现出意识功能的各个方面——看到狗、听到歌曲、感到快乐或悲伤。 “我们没有工具来研究大脑大面积区域内大量神经元的高时间分辨率活动，”多诺霍说。 “我们需要工具来做到这一点。 一旦我们有了工具，我们就可以进行实验，这可以推动关于精神分裂症或抑郁症中出错的理论。”
即使大脑活动图谱未能实现其最雄心勃勃的目标，它也可能仍然被认为是成功的，因为它可能会产生可以在纳米尺度上感知和刺激单个神经元的工具——一项推测性的提议甚至会使用人工DNA传感器来检测大脑回路中的电活动——类似于DNA股票行情自动收录器
大脑布线的错综复杂可能使任何大型神经科学努力都比解码构成人类基因组的核苷酸序列A、C、G、T更难克服。 最近发布的一部纪录片——《奇点》——探讨了计算和其他技术正在如此迅速地发展——机器将很快比人类更聪明，人类将通过复制他们的神经回路并将其转移到机器人或计算机上来实现永生的想法。 该纪录片采访了许多著名的神经科学家，了解“奇点”成为现实的前景。 在片中，神经科学家克里斯托夫·科赫提到，线虫秀丽隐杆线虫的神经系统布线图谱已经为人所知数十年，但神经科学家仍在试图解开其基本功能。
另一位著名的脑研究人员迈克尔·加扎尼加赞同继续进行大脑活动图谱的想法，只要其他关键的大脑研究不受影响。 但他补充说，对于在近期大众媒体广泛讨论的雄心勃勃的目标需要多长时间才能实现，需要采取现实的视角。 “我说在保持旧方法精华的同时，采用新方法，”他说。 “弄清楚这一切将需要数十年时间。”
插图：艾米丽·库珀。
注意：本文已更新，增加了更多报道。