五年来，BRAIN计划的进展如何?

《焦虑症一直好不了我来帮你找到痊愈的方向吧》 《惊恐障碍总复发看看我是如何自愈的》

                                                                       

6年前，奥巴马总统宣布了一项为期10年的科学与工程重大挑战的“大脑计划"，其愿景使命是:资助发明新技术以理解大脑.这项任务反映了人们的认识，即神经科学只能帮助深深地依赖于工具.如果没有依靠背景物理学和化学知识并制作出这些工具的工程师，我们将不会对神经元及其基本的输入输出功能一无所知.

大约有600种疾病困扰着人类的大脑.大多数都是毁灭性的，没有一个人被充分理解.苦难中的人为代价是惊人的.同样，美元成本.仅考虑阿尔茨海默氏病，每位患者每年的费用约为30万美元.仅在美国，每年的总成本约为2800亿美元.这笔钱将建造许多学校和公园.因此，预防和治疗脑部疾病是当务之急.

在创始的BRAIN文件中强调了工具和技术的发展，因为大脑网络(单个神经元和大型系统之间的组织水平)在很大程度上难以研究.电极可以访问神经元，而MRI等扫描设备可以访问大型系统.介于中间的微观，中观和宏观网络促进了它们的交易.需要新的工具来撬开它们的秘密.

此外，构成这些网络属性的单元格也不尽相同.成群的不同细胞类型遍布大脑，每种类型似乎都有自己合适的位置和连接方式，以及自己的响应组合.有几种类型?它们有哪些不同的连通性配置文件?属性的差异如何影响整个网络的工作方式?通常，答案是未知的.但这有关系吗?好吧，不知道这就像在不了解元素周期表的情况下试图了解空气或水一样.更直接地，这里是一个潜在的例子:初步数据表明，导致非典型组织性回路的神经元类型错位是诸如精神分裂症和自闭症等发育障碍的根源.知道每种类型的细胞在正常情况下会做什么，有助于我们了解在非典型情况下出了什么问题.

为促进创新，BRA​​IN指导委员会提议促进严肃的合作，涉及神经科学，工程学，物理学，遗传学，数学，医学和化学领域. ``严重''的意思是说，真正的资金(而不是微不足道的代币资金)将可用于旨在实现特定的，启发性的，有时甚至是大胆的想法的合作.也许是一个大胆的策略，但这是明智的.包括fMRI，2-光子显微镜和光遗传学在内的开门神经发明的历史使该建议书显得尤为重要.当“只要我们能测量……"并“让我们制造一种能够做到这一点的设备"擦肩而过时，这些发展都会浮出水面.

那么五年后，这种有点冒险的投资看起来如何?谨慎地说，壮观. 4月11日至12日，我参加了在哥伦比亚特区举办的BRAIN计划的年度会议，该会议汇集了受资助实验室的人员以及NIH的科学管理人员以及任何其他感兴趣的人.动力，奉献精神和兴奋是显而易见的.会议普遍弥漫着一种“登月"的精神.

两项受资助的技术-脑器官和便携式MRI机器-吸引了我的想象力.两者都涉及创新技术以及对健康有重大影响的基础研究.

类生物 [1]

神经希望:实时查看人脑中神经结构的发育情况.这样可以深入了解自闭症，精神分裂症等发展性疾病以及寨卡病毒的影响.它可以告诉我们有关神经元类型以及不同的回路如何形成的信息.

纳米技术理念:让我们扩大人类大脑组织的一个小范围，并观察其发展过程.微型脑球的见解可能可以转移到体内真实的神经发育.从诱导性多能干细胞开始，观察它们在有利环境(旋转的生物反应器)中分化为专门的神经元.使用精神分裂症患者的皮肤细胞制造多能细胞，这些细胞可以携带与疾病相关的任何基因.了解遗传变异如何改变神经元的命运.由于对人类大脑发育的研究必然非常有限，因此人类大脑类器官的前景尤其重要.

纳米技术产品:大脑类器官中的神经元自我组织成层和连接，与人们在皮层中看到的 非常相似.一旦遇到了足够的生物反应器条件，就会发现祖细胞开始分化为特定的神经元类型，始终如一地迁移到特定的邻域，并萌发出类似于胎儿大脑中所见模式的连接结构. (2-D组织培养-在培养皿上生长细胞-长期以来一直以来效果良好，但缺点是细胞的生长和连通性是随机的.)紧密的体内神经元发育.但是，已经有了新发现.例如，使用这项技术，人们发现寨卡病毒感染了非常年轻的前神经元细胞，因此它们还没有收到将其转化为神经元的信号，所以还很年轻.这种破坏会改变随后产生神经元的细胞分裂，并将其分化为特定的神经元类型. [2]

脑类器官不是大脑.一方面，他们没有感觉输入也没有运动输出，尽管实现这些交互的想法正在酝酿之中.尽管已经提出可以在生物反应器中轻松创建整个人类的大脑，但是在现阶段，幻想是牵强的.但是，确实会出现道德问题.例如，尽管迫切需要对疼痛系统的研究，但由于对理解该系统施加疼痛会给良心带来麻烦，因此具有挑战性.类器官动物可以成为人们研究疼痛的理想平台吗，甚至类器官也可以感到疼痛?我们该如何测试呢?

便携式MRI

神经希望:拥有更便宜，更小巧的脑部扫描仪，对患者更友好.

纳米技术开发:便携式MRI扫描仪，仅重约一千磅，可以装载到皮卡车的后部.新的配置使对象可以直立，并且业务端从头到肩膀降低.因此，它不会将整个身体限制在俯卧位置.在眼睛水平处插入了一个小窗口，以减少幽闭恐惧症反应并允许视觉刺激.原型已启动并正在运行，并且正在进行改进. [3]

价值:便携式扫描仪使使用MRI进行脑成像的价格便宜得多，这意味着该扫描仪在农村地区的小型医院中可能可以负担得起，或者可以在一组小型医院之间运输.因此，迄今为止无法负担扫描费用或旅行费用的社区可以使用扫描功能.在临床上，MRI可以检测到可能由脑膜炎引起的炎症(一种潜在的致命疾病)，也可以检测到可能引起头痛的囊肿和肿瘤.对于研究神经科学而言，收益将是可以被扫描的更多个人，从而扩展和完善数据库.

脑类器官和便携式MRI是开创性的项目，就我们现在所知，进一步修补可能会产生看起来与早期原型有很大不同的工具.然而，对于这两个项目，潜力确实是巨大的.许多其他由BRAIN支持的技术也正在开发中，所有这些技术的目的都是寻找新的更好的方法来测量健康和患病大脑中神经元网络的功能.