本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點
本部落格是慶祝《大眾科學-心靈》雜誌創刊10週年而推出的關於技術與大腦的系列客座文章中的第二篇。該雜誌十一月/十二月特刊同樣強調了程式碼與思想之間的介面，描繪了未來更數字化的你。
我們所有的精神體驗都源於大腦中數十億神經元協調的電活動。然而，儘管經歷了數十年的進步，我們仍然對大腦中的電模式如何產生特定的想法、記憶或情感知之甚少。
實現這種理解的一個障礙實際上是人為造成的。世界各地大學和科研機構的腦研究高度分散。小型、獨立的實驗室主要獨立研究他們認為在各自神經科學領域最重要的問題。儘管這種分散式模型已被證明在逐步揭開大腦功能未解之謎方面是有效的，但我認為，最終需要一種與科學挑戰規模相稱的綜合性、集中式方法。與NASA天文臺或CERN類比，一個大規模的、公共資助的大腦天文臺可以促進跨學科合作，最終使我們獲得所需的見解。
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例如，NASA的哈勃太空望遠鏡從根本上提升了我們對宇宙膨脹速度和黑洞普遍性的理解，而CERN的超級對撞機證明了希格斯玻色子的存在。針對大腦研究的集中努力會是什麼樣的，它可能會發現什麼？
奧巴馬總統的“大腦”計劃是回答這個問題的重要一步。這項努力的重點是開發突破性技術——主要是在腦成像、電記錄和用於操縱神經活動的光學工具方面——這將是未來全面理解人腦的任何宏大方法所必需的。
該計劃的首批積極成果之一——以及來自其他機構（如光學學會）的關鍵鼓勵——是它已經促進了互補學科科學家之間的合作。不再僅僅是我們神經科學家與一些受過類似訓練的博士後研究員和博士生合作。相反，我們正在組建團隊，並與化學家、物理學家、工程師和數學家合作，以開發探測大腦基本奧秘所需的新方法。這些新技術借鑑瞭如此多樣化的背景——包括光學、電氣工程、計算機科學和基因工程——跨學科合作團隊對於我們的進步至關重要。
由於其目標是實際的，“大腦”計劃很有可能成功。關鍵問題隨之而來：下一步是什麼？我們將需要該計劃實現的新技術來開始構建一個 NASA 或 CERN 規模的專案來理解大腦。最終目標是構建一種可以同時即時測量和操縱大腦中每個神經元電活動的裝置。目前，我們可以對蠕蟲、果蠅甚至幼蟲斑馬魚的整個大腦中的神經活動進行成像，但哺乳動物的大腦要大幾個數量級，也更復雜，而且重要的是，它不是透明的。我們需要技術的巨大飛躍才能以同樣的方式觀察哺乳動物的大腦。
我推測，這項大規模計劃的最初重點將從理解實驗鼠的大腦皮層開始。大腦皮層不僅執行影響大腦所有區域的關鍵執行任務，而且在小鼠中，它還具有異常薄的優勢——最厚處不到 1.5 毫米（不到人類皮層的兩倍厚）——因此是大腦中最適合大規模成像和操作的部分。例如，使用新的天文臺，我們最終可能會破譯神經程式碼——神經語法——用於合成感覺知覺的基本邏輯。
正如建造哈勃望遠鏡或大型強子對撞機開闢了天文學和物理學的全新研究領域一樣，建立一個全腦天文臺無疑將揭示我們甚至無法預料的關於大腦功能的重大見解。
此影片剪輯以實際速度的三倍速度顯示了清醒小鼠大腦皮層中的活躍神經元。
圖片來源：David Taylor/Hillel Adesnik
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