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脑科学与类脑研究重大项目指南

一、研究背景与目标

脑科学作为当代科学研究的前沿领域，旨在揭示人类大脑的奥秘，理解脑的结构、功能及其在各种生理和病理状态下的变化机制。类脑研究则是借鉴脑的结构和信息处理机制，开发具有类脑智能的计算模型和器件，以实现高效的信息处理和智能应用。开展脑科学与类脑研究对于推动神经科学、计算机科学、人工智能等多学科交叉融合，解决人类面临的重大健康问题和推动信息技术革命具有重要意义。

本重大项目的总体目标是聚焦脑科学与类脑研究的关键科学问题和核心技术难题，通过多学科团队的协同创新，取得一批具有国际影响力的原创性成果，建立完善的脑科学与类脑研究体系，为我国在该领域占据国际领先地位奠定坚实基础。具体目标包括深入解析脑的工作原理、开发高性能类脑计算模型和器件、推动脑科学研究成果在医疗健康和智能技术领域的转化应用。

二、研究方向与内容

（一）脑认知与神经环路机制

1.感觉与知觉神经机制

研究视觉、听觉、触觉等感觉系统的神经编码和信息处理机制，解析感觉信息在大脑中的传递、整合和表征过程。探索不同感觉模态之间的交互作用及其神经基础，揭示人类感知世界的神经机制。通过多电极记录、光遗传学、钙成像等技术手段，绘制感觉皮层和相关脑区的神经环路图谱，明确神经元之间的连接方式和功能特性。

2.学习与记忆神经环路

研究学习和记忆过程中神经突触的可塑性变化，以及海马、前额叶等脑区在记忆形成、巩固和提取中的作用机制。解析不同类型记忆（如情景记忆、语义记忆、程序性记忆）的神经编码和存储方式，探索记忆障碍的神经病理机制。构建学习与记忆的神经计算模型，模拟神经环路的动态变化，为开发治疗记忆相关疾病的新方法提供理论基础。

3.决策与行为控制神经机制

研究大脑在面临决策任务时的神经活动模式和信息处理过程，解析前额叶、基底神经节等脑区在决策制定、价值评估和行为选择中的作用机制。探索情绪、动机等因素对决策和行为控制的影响，以及这些因素在神经环路层面的相互作用。通过动物实验和人类脑成像研究，揭示决策与行为控制的神经基础，为理解人类复杂行为和开发相关干预策略提供依据。

（二）脑疾病的神经机制与干预策略

1.神经退行性疾病的发病机制

研究阿尔茨海默病、帕金森病等神经退行性疾病的病因和发病机制，解析神经细胞死亡、蛋白质异常聚集、神经炎症等病理过程的分子和细胞机制。通过多组学技术（如基因组学、转录组学、蛋白质组学）和神经影像学方法，寻找疾病早期诊断的生物标志物和潜在治疗靶点。建立神经退行性疾病的动物模型和细胞模型，深入研究疾病的发生发展过程，为开发有效的治疗方法提供理论支持。

2.精神疾病的神经环路异常

研究抑郁症、精神分裂症等精神疾病的神经病理机制，解析大脑神经环路的结构和功能异常。通过脑成像技术（如功能磁共振成像、弥散张量成像）和神经电生理方法，揭示精神疾病患者大脑不同脑区之间的连接异常和神经活动模式改变。探索精神疾病的遗传和环境因素相互作用机制，开发基于神经环路的诊断和治疗方法，如神经调控技术、心理干预等。

3.脑损伤的修复与再生机制

研究脑损伤（如脑卒中等）后的神经再生和修复机制，解析神经干细胞的增殖、分化和迁移过程，以及神经可塑性在脑损伤修复中的作用。探索促进神经再生和功能恢复的干预策略，如药物治疗、细胞移植、康复训练等。通过组织工程和生物材料技术，构建有利于神经再生的微环境，提高脑损伤修复的效果。

（三）类脑计算与智能技术

1.类脑计算模型与算法

借鉴大脑的神经信息处理机制，开发新型类脑计算模型和算法，如脉冲神经网络、深度强化学习等。研究类脑计算模型的学习规则和优化方法，提高模型的计算效率和智能水平。探索类脑计算在图像识别、自然语言处理、机器人控制等领域的应用，推动人工智能技术的发展。

2.类脑芯片与器件

研究基于新型半导体材料和器件结构的类脑芯片设计和制造技术，实现类脑计算的硬件加速。开发具有神经形态功能的器件，如忆阻器、自旋电子器件等，模拟神经元和突触的功能特性。构建类脑芯片的测试平台和验证环境，评估芯片的性能和可靠性，为类脑计算的大规模应用提供硬件支持。

3.类脑智能系统与应用

集成类脑计算模型和类脑芯片，构建类脑智能系统，实现高效的信息处理和智能决策。研究类脑智能系统在智能医疗、智能交通、智能家居等领域的应用，开发具有实际应用价值的产品和解决方案。探索类脑智能系统与人类大脑的交互方式，实现人机协同智能，提高人类的生活质量和工作效率。

三、研究方法与技术

1.多模态神经成像技术

综合运用功能磁共振成像（fMRI）、正电子发射断层扫描（PET）、脑电图（EEG）、脑磁图（MEG）等多模态神经成像技术，从不同时空尺度上观测大脑的结构和功能活动。通过融合多模态成像数据，构建大脑的三维结构和功能图谱，揭示大脑神经环路的复