正文
2016年底召开的美国脑计划第三次年会，邀请了四位大科学家做主题演讲，让人印象最深的是美国休斯研究所的Karel Svoboda教授。他所在的Janelian Farm研究所，展示出几个鲜明的特点：
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他们比较注重神经技术的开发
（比如神经递质的荧光标记物）
；
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擅长“任务导向型”研究
（有明确而可衡量的目标，紧扣主题而可实现的计划，以及明确的进程时间表）
；
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人才结构方面引进了不少做物理和工程的专家，提倡学科交叉；经常做一些多学科协同作战的技术课题
（比如研发新一代可以大面积观察快速变化的荧光显微镜）
，等等。
Svoboda提出一个观点：
对新技术新方法的研究，不应该拿发表文章的数量和影响因子来衡量，而应该看重技术的应用和推广范围和速度。
为此，所里建立起一套新的神经科学技术的开发方式，一个研究者可以组织所内甚至所外的不同领域的科学家，形成一个临时团队，设立非常具体的目标，开发完成后，团队立刻解散。开发了新的技术都不能只给自己用，必须要立刻传播给全世界各地，让大家免费使用。开发成功后，团队成员报酬丰厚，但是评价技术的标准只有一个：技术是否被快速而广泛地应用。
Karel Svoboda。来源：janelia.org
年会分为三天，每天分四组平行邀请报告，其他的研究成果用墙报的形式展示。三年以来美国的“脑计划”已经初见成效，主要表现在四个方面：
1. 记录技术：
研究神经元的电活动，传统方法是用一根电极，记录单个神经元的放电情况。这就像大海捞针，单个神经元的活动很难准确反映众多神经元所介导的某种行为。目前的努力是用几十个至几百个电极，同时记录和解读神经元的活动。另一种是光学的方法，譬如说钙成像可以同时记录一个小范围内几千个神经元的电活动。但是往往需要将动物固定在显微镜下看，动物不能动。现在用3光子，镜头矫正等技术，可以观察到大面积脑区内的神经元放电。用微型植入式镜头，则可观察动物在行动时的电活动。功能磁共振一般只能间接而粗略地观察某个脑区的神经活动，而且机器庞大而昂贵。近年的技术将磁共振变得小型化、便携式、可移动，甚至与PET结合可同时检测神经递质释放。超声波记录是本次会议的一个亮点。电极和光纤都需要进入大脑，是侵入式的。超声波有较好的组织穿透力，是非侵入式的。现在有各种创新，将超声技术用以观察神经元活动。当然，以上这些技术还在研发初期，目前还没有一种技术可以被广泛应用。但是在年会上展示的众多新型记录技术，前景非常看好。
举两个令人鼓舞的例子。加州理工学院的汪立宏教授用声光成像
（Photoacoustic Tomography）
来观测在体神经元活动，其原理是用激光脉冲射入深层脑组织，神经细胞表面就会产生震动，在体外设置接收并分析这些震动发出的超声就可以重构出图像。这种方法可以非侵入地记录在体神经元的活动，是当下非常看好的技术。加州大学大卫斯分校的Tian Li教授，通过对细菌PBP蛋白的改造，让它变得能和五羟色胺
（5HT）
结合，再接上绿色荧光蛋白，就可以实时观测脑内5HT的释放。这种方法推广后还可能检查其他神经递质。
汪立宏。来源：caltech.edu
2. 刺激技术
刺激神经细胞从而改变脑活动和行为是神经科学的另一大手段。长期以来一直是将电极插入某个脑区，给电刺激使神经细胞发生反应。近10年光遗传学已经基本取代电极刺激，因为光敏蛋白可以通过遗传学手段表达到特定的神经细胞。其缺点就是光纤维也需要插入脑中。根据光刺激的这个思路，目前一些实验室利用生物体内蛋白的生物发光，对特定神经元进行刺激，以求实现非侵入式刺激。超声波可以穿透头骨和脑组织。很多实验室在努力开发超声刺激，研究工作非常活跃。与光电声技术相比，磁场技术具有的独特优点就是穿透力强、衰减慢，因此可以无损伤地影响神经元活动。一些学者用纳米磁珠来激活机械敏感性离子通道，以期实现刺激神经元的目的。另一个研究热点是寻找磁感应蛋白，这样外加磁场时就可以控制神经元的活动。这是一个非常令人关注的领域。
3. 分析技术：
这次年会上最为引人注目的课题之一是单细胞的基因表达和标注技术。目前关注的热点是：
1）开发大数据整合分析神经元记录数据的方法，包括影像学数据平台和电生理记录的数据平台，这些数据将有利于推进计算神经科学的发展，也可以作为将来机器学习诊断多种神经疾病的样本库。
2）单细胞的基因表达和标注技术，解决神经元的种类和功能之间联系这一关键问题。目前走在前沿的是Allen 脑研究所的曾红葵教授, 他们用单细胞测序技术，做整个小鼠皮层和下丘脑的神经元表达谱，并结合细胞的形态，连接和电生理特性进行一种全新的细胞分类，可能会对整个神经科学产生冲击。
曾红葵。来源：脑与认知科学国家重点实验室
4. 各种技术在脑功能和行为发面的应用：
尽管技术开发尚处在早期阶段，已经有不少神经科学家利用已经开发的新技术来重新认识脑功能和行为。举例来说，普林斯顿大学的青年科学家Ilana Witten教授，用VR可以模仿环境代替工作记忆的行为学范式，并用大面积高精度成像技术实时观察整个大脑皮层在工作记忆时的神经细胞，甚至尝试改变部分脑区神经细胞电活动的方法，观察工作记忆是否受影响。这是我见到的极有创意的工作。
小鼠脑中的神经元。来源：
Winkle, et al. The Journal of Neuroscience
, 2016
从历史上来看，一个颠覆性新技术出现时，会推动神经科学前进一大步。例如，膜片钳技术使得离子通道和细胞电生理研究经历了十几年的繁荣；还有荧光蛋白，基因敲除，等等。但是，以前是单个技术开花结果，现在是百花齐放，很多技术加在一起有可能使脑科学研究有一个前所未有的爆发性发展，使我们更深一步认识高级脑功能，解释行为，也给脑疾病的诊断和治疗带来跨越式的进步。
注重技术开发也许是中国脑计划需要借鉴的一个重要方面。
跨界和学科交叉是美国脑计划另一个显著特点。很多之前不做脑研究的化学家、物理学家、工程师，由于该计划的支持、吸引而进入脑科学领域，与神经科学家合作，从全新的角度，用过去几十年都无法想象的方法手段，从多个层次展示了脑的奥秘。这种学科交叉和跨界合作带来的创造力的爆发令人振奋，也让我切身体会到的，
中国的脑计划，应该设计出新的鼓励机制和评价标准，促进跨学科的合作。
以目标或任务导向的课题或项目，在美国脑计划中呈现出越来越多的不凡表现。这种做法可能起源于Allen脑研究所。当年他们曾经用比NIH少一半的时间，一半的钱，将鼠脑的一万多条基因表达的定位全部做出来。这是通过一个较大的团队分工合作实现的。有人做脑切片系列，有人做基因探针，有人专做杂交，也有人管图像记录影像照相，分析，最后还有人把它组装起来。这样做的效率高，质量也好。在脑计划中他们继续发挥做“任务导向性”课题的优势，完成了鼠大脑皮层的精细连接图谱，目前正在做鼠的大脑中所有抑制性神经元的形态、电生理、单细胞基因表达谱，希望对这类重要的神经元做出全新的系统分类。这类任务导向性的工作需要较大团队的协作，要运用现代化的项目管理方式，要求有明确而可衡量的目标，紧扣主题而可实现的计划，以及明确的方法和进程时间表。
在中国的脑计划中，可以考虑一部分“任务导向性”课题
，譬如中国人老年痴呆症大脑中单个神经元基因表达谱，灵长类皮层连接图，等等。
