[论文解读] Grand Challenges for Global Brain Sciences

Joshua T Vogelstein, Katrin Amunts+60 more|Cold Spring Harbor Laboratory Institutional Repository (Cold Spring Harbor Laboratory)|Aug 23, 2016

Genetics, Bioinformatics, and Biomedical Research被引用 4

一句话总结

本文提出了全球脑科学的三大宏伟挑战——绘制脑部解剖图谱、破译神经生理机制以及推进脑部医学发展——并依托一项名为国际脑站（The International Brain Station, TIBS）的新型计算基础设施予以支持。该倡议旨在通过大规模数据整合与协作工具，统一全球神经科学研究，加速对大脑的理解突破。

ABSTRACT

The next grand challenges for society and science are in the brain sciences. A collection of 60+ scientists from around the world, together with 10+ observers from national, private, and foundations, spent two days together discussing the top challenges that we could solve as a global community in the next decade. We eventually settled on three challenges, spanning anatomy, physiology, and medicine. Addressing all three challenges requires novel computational infrastructure. The group proposed the advent of The International Brain Station (TIBS), to address these challenges, and launch brain sciences to the next level of understanding.

研究动机与目标

• 识别并优先排序可在十年内解决的最关键脑科学挑战。
• 通过提出统一的、大规模的计算基础设施，解决神经科学研究的碎片化现状。
• 通过协调的全球科学合作，弥合脑部解剖、生理与医学之间的差距。
• 建立可持续的、开放获取的数据共享与分析平台，以加速神经科学发现。
• 通过团结科学家、研究机构与资助机构，围绕共同科学目标，推动国际合作。

提出的方法

• 组织为期两天的全球峰会，邀请60多位顶尖神经科学家及来自国家和私营基金会的10多位观察员参与。
• 通过共识性讨论，识别并优先排序脑科学中的三大核心挑战。
• 设计国际脑站（TIBS）作为集中化、可扩展的计算平台，用于数据整合与分析。
• 利用现有及新兴的神经技术，实现在脑结构与功能层面的高分辨率、大规模数据采集。
• 开发标准化的数据格式、本体论与API，确保不同神经科学数据集之间的互操作性。
• 建立治理与资金模式，以保障TIBS长期运行及全球参与。

实验结果

研究问题

• RQ1 在接下来的十年内，哪些最具变革性且可解决的脑科学挑战最为关键？
• RQ2 统一的计算基础设施如何推动对脑部解剖、生理与疾病机制的突破性理解？
• RQ3 支持大规模国际神经科学研究协作所需的技术与组织框架是什么？
• RQ4 如何整合来自多种模态（如成像、电生理、基因组学）的数据以推进脑科学研究？
• RQ5 何种机构与资金模式能够长期维持类似TIBS的全球神经科学平台？

主要发现

• 识别出三大核心挑战：全面脑部图谱绘制、神经回路动力学破译，以及通过转化研究推进脑部医学。
• 所提出的TIBS平台旨在整合跨物种与不同实验条件的多尺度、多模态脑数据。
• 该倡议强调了标准化数据格式与开放获取基础设施的必要性，以克服当前神经科学领域的碎片化问题。
• 峰会表明，顶尖科学家普遍认同全球脑科学基础设施的可行性与紧迫性。
• 该合作涵盖来自不同机构与资助机构的62名科学家及10名观察员，体现了广泛的国际支持。
• 本文为未来十年脑科学奠定了基础路线图，确立TIBS作为推动变革性发现的关键催化剂。