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2013年，人脑连接组计划（Human Connectome Project）所有实验项目有望取得重要进展。“一旦采集到的所有数据被公开，我们可以更全面地了解整个人脑的结构和功能，进一步推动脑、行为认知等方面的深入研究。”北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室研究员贺永在接受《中国科学报》记者采访时表示。
探秘大脑
人脑是自然界中最复杂的系统之一。据估计，一个成年人的大脑中约有1011个神经元细胞，这些数量巨大的神经元细胞通过大约1015个突触互相连接，形成了一个高度复杂的大脑结构网络。越来越多的证据表明，这个复杂而庞大的网络是大脑进行信息处理和认知表达的生理基础。
并且，人们越来越相信许多脑疾病，从精神分裂症到抑郁症，到创伤后应激障碍等，都与大脑连接性的失调有关。因此，科学家一直在努力探索大脑的奥秘。
1986年，一个生物学研究小组首次构建了低等动物线虫的连接组，使人们第一次在神经元水平上看到了脑连接的全貌。
1991年，美国科学家Felleman和Van Essen通过总结以往基于神经示踪法获得的解剖连接矩阵，得到了猴子视觉皮层32个区域和305条轴突连接的有向结构连接网络。
但是，获取动物大脑结构连接的侵入式方法无法用于研究活体人脑，使得人脑结构连接网络的研究进展极其缓慢。直到上世纪90年代，随着磁共振成像（MRI）技术的飞速发展，使得研究人员能够在不损伤大脑的情况下研究人脑的神经网络，各国纷纷开始新一轮大脑科学研究。
美国启动“脑十年”计划（1990~1999），其中包括一项里程碑式的儿童及青少年脑结构发展研究，并取得系列成果。但是当时的样本只采集了少量的表型数据，且影像学数据也受限于当时成像技术。
不久，神经科学家开始充分认识到构建人脑网络的重要性。2005年，美国科学家Sporns正式提出人脑连接组（human connectome）的概念，希望能够唤起不同领域的科研工作者对该问题的重视。
对于人脑连接组的构想，美国国立精神卫生研究所Thomas Insel评价道：“就像现代基因学需要基因组一样，大脑的研究也需要大脑连接组，这是我们理解大脑如何工作以及洞悉当出现某些问题时大脑内部究竟发生了什么的唯一方法。”
迈出第一步
2010年，人脑连接组计划正式启动，美国国立卫生研究院出资3850万美元，华盛顿大学等4所大学接下了这个艰巨任务。
人脑连接组计划旨在通过扫描1200名健康成年人其中包括300对双胞胎的大脑，比较他们大脑各区域神经连接的不同，以及如何由此导致认知和行为方面的个体差异，最终描绘出人类大脑的所有神经连接情况。“人脑连接组计划的完成将会对整个脑科学的发展起到深远的影响。”贺永说。
人脑连接组计划将绘制出不同大脑区域之间的主线路图，然后揭示这些连接在个体间的差异。于是现代脑成像技术和统计物理学，尤其是复杂网络理论的发展为人脑连接组的研究提供了必要的工具和分析方法。
例如，研究人员能结合几种成像技术包括扩散磁共振成像技术，绘出神经传导的“绝缘体”白质的结构，以及利用功能磁共振成像技术，测量作为功能连接结果的大脑区域间如何同步活动。
该计划可以帮助人们全面细致地刻画大脑内部的组织模式，改变长久以来大脑的研究方式，即不再将大脑视为数量巨大的离散的解剖单元或者化学物质的集合体，而是由彼此纵横交叉相互连接的神经元细胞构成的复杂统一体。
贺永提到，科学家非常希望了解大脑的各个部分是如何连接起来的，而这些连接又是如何影响行为表现的，现在的大脑研究可以通过影像学扫描，让我们直接观察到活体大脑的结构和各部分的活性。
人脑连接组计划将能够解释一些个体差异问题。整个大脑连接图就像地图一样，也包括交通枢纽、交通要道等，这些区域的不同可能会带来明显的个体差异，比如智力的差异、对道路的辨识能力、记忆力好坏等，贺永提到。
科学家借助人脑连接图还有可能绘制出不同类型脑疾病（如阿尔茨海默病）的神经网络地图。如果能了解正常的人脑结构和功能连接模式，就有可能检测到大脑出现的变化，一旦成功与引起的症状联系起来，就有望绘制出疾病状态下大脑的异常连接地图，这有助于进行早期辅助诊断和临床评估的标记物研究。
最近5年，贺永主要从事计算神经影像和人脑连接组学的研究，凭借其在该领域出色的研究工作，他于2012年获得国家杰出青年基金资助。他的主要研究工作之一就是采用结构、功能和扩散等多模态磁共振图像获得的海量数据构建人脑结构和功能网络模型的计算方法，建立阿尔茨海默病等的脑网络失连接模型。
“通过这些脑网络计算模型能够部分解释阿尔茨海默病的症状，如我们最近的研究已经发现患者记忆力衰退与额叶连接通路异常有关，因此通过观察脑连接的变化，可能有助于诊断疾病。”他说。
另外，人的大脑的整个发育和老化过程，就像一棵大树，在不断发生变化，同样，大脑连接地图也在不断变化。贺永提到，假如全面掌握了这些变化，人们就能够在“大树”发育时，修剪枝叶，帮助它更好地生长。
期待未来
而目前，支持者和反对者正在辩论人脑神经连接图谱可以在何种程度上促进对大脑功能的理解。
“当然，人脑连接组计划也存在一定局限性。”贺永指出。
受到当前影像技术的局限，得到的图谱精度上还有所欠缺，分辨率比较低。“现在神经影像的数据精度大约是1~3立方毫米，距离制作出神经元地图还十分遥远。”脑连接的生理基础目前也不清晰，许多基础性问题有待进一步研究。
无论如何，人脑连接组计划将于今年全面展开。到2013年年底，该计划将为科学界提供更多丰富的数据。“这是绘制大脑连接地图迈出的第一步。”贺永说。