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
大型神經科學時代已經到來。
1月下旬，“人腦工程”——一項試圖建立從奈米級到宏觀生物級的全尺度大腦計算機模擬的專案——宣佈，它已成功安排了10億歐元的資金方案，為期10年。
然後在2月18日，《紐約時報》上的一篇文章揭示了一項計劃，該計劃可能會花費數十億美元，用於記錄大量腦細胞並弄清楚它們究竟在做什麼。
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這會是大型強子對撞機與超導超級對撞機的重演嗎？
目前還不是。 美國專案“大腦活動圖譜”的數十億美元仍然是一個尚未實現的願望。
但是，儘管政府財政狀況一如既往地不明朗，但大腦研究人員正在以前所未有的規模進行思考，並援引隨之而來的修辭，如登月計劃、下一代人類基因組計劃，以及人類需要鼓起必要的前瞻性熱情來解決科學“最後前沿”之一的問題。 哎，饒了我最後一部分吧。
這些專案為自己設定的挑戰，說明了從今天對這種複雜得令人費解的生物機器的粗略輪廓，到準確呈現約1000億個神經元交織在一起，並由100萬億個電連線組成的脈動掛毯的運作過程，所面臨的挑戰。
洛桑聯邦理工學院的亨利·馬克拉姆在《大眾科學》上描述了人腦工程的目標，他在6月份表示，該專案將成為“有史以來最強大的飛行模擬器”。它旨在模擬波音787中的“熱失控”，而不是提供人類頭骨內每個細胞和連線的大螢幕放大圖。
人腦工程繼續受到來自多個方面的批評。研究人員計劃利用當前關於大腦解剖結構和功能的最新知識來建立精密的計算機模擬。 陷阱在於一個簡單的事實，即我們在分子、細胞、迴路層面及以上層面所知的通常是不充分的，甚至完全是錯誤的。 在錯誤的假設之上疊加錯誤的假設可能會產生一個精巧的軟體幻想世界。 但是，正如馬克拉姆急忙強調的那樣，軟體總是可以為下一個版本進行修訂，以納入來自細胞、果蠅、線蟲、小鼠、猴子和人類實驗的最新資訊。 障礙仍然巨大。 當我們去年發表這篇文章時，它附帶了來自神經科學家塞巴斯蒂安·承的著作《連線組》一章節選的Web版，該節選描述了將大腦簡化為軟體所涉及的困難。 例如，如果多巴胺等神經遞質從直接連線點（突觸）逸出，並與遠處突觸相互作用，會發生什麼？ 這個宏偉的大腦模型如何考慮這種可能性？
大腦活動圖譜在其尚處於萌芽階段的概念中，其計劃不如“盒子中的大腦”那樣雄心勃勃。 從可以收集到的資訊來看，它旨在提供特定神經迴路中發生的一切的記錄。 它的功能不僅僅是額葉大腦到情緒處理杏仁核等之間連線的靜態模型。 相反，它將動態地呈現該通路中發生的事情，甚至記錄該回路複雜連線中最細微的電壓波動。
“人們在談論大腦佈線的粗略特徵以及大腦大約100萬億個突觸連線時，都提到了連線組學。 這兩者本質上都是形態學的，”加州理工學院的實驗物理學家、該專案的組織者之一邁克爾·魯克斯說。 “相比之下，我們在這個大腦活動圖譜專案中談論的是功能性連線組學……大腦的“位元”資訊是如何編碼的，在其硬體（我應該說“軟體”還是“溼件”？）中路由的，以及最終電路是如何構建的以及大腦實際上是如何計算的。 功能性連線組學是關於大腦電路的動態組織。”
布朗大學的約翰·多諾霍是一位腦機介面研究員，也是參與規劃大腦活動圖譜的科學家之一，他指出，如今存在可以捕獲細胞和分子水平發生情況的探針，而腦成像機器可以捕捉神經解剖學大面積區域發生的情況。 然而，缺失的是即時監測數百萬神經元協調其放電模式時發生的情況的技術，即大腦活動的迴路層面檢視，從中湧現出意識功能的各個方面——看到狗、聽到歌曲、感到快樂或悲傷。 “我們沒有工具來研究大腦大面積區域內大量神經元的高時間解析度活動，”多諾霍說。 “我們需要工具來做到這一點。 一旦我們有了工具，我們就可以進行實驗，這可以推動關於精神分裂症或抑鬱症中出錯的理論。”
即使大腦活動圖譜未能實現其最雄心勃勃的目標，它也可能仍然被認為是成功的，因為它可能會產生可以在奈米尺度上感知和刺激單個神經元的工具——一項推測性的提議甚至會使用人工DNA感測器來檢測大腦回路中的電活動——類似於DNA股票行情自動收錄器
大腦佈線的錯綜複雜可能使任何大型神經科學努力都比解碼構成人類基因組的核苷酸序列A、C、G、T更難克服。 最近釋出的一部紀錄片——《奇點》——探討了計算和其他技術正在如此迅速地發展——機器將很快比人類更聰明，人類將透過複製他們的神經迴路並將其轉移到機器人或計算機上來實現永生的想法。 該紀錄片採訪了許多著名的神經科學家，瞭解“奇點”成為現實的前景。 在片中，神經科學家克里斯托夫·科赫提到，線蟲秀麗隱杆線蟲的神經系統佈線圖譜已經為人所知數十年，但神經科學家仍在試圖解開其基本功能。
另一位著名的腦研究人員邁克爾·加扎尼加贊同繼續進行大腦活動圖譜的想法，只要其他關鍵的大腦研究不受影響。 但他補充說，對於在近期大眾媒體廣泛討論的雄心勃勃的目標需要多長時間才能實現，需要採取現實的視角。 “我說在保持舊方法精華的同時，採用新方法，”他說。 “弄清楚這一切將需要數十年時間。”
插圖：艾米麗·庫珀。
注意：本文已更新，增加了更多報道。