3月11日，欧盟人脑计划（HBP）科学和基础设施委员会发布《未来10年的数字大脑研究》报告^[1]，概述了未来十年神经科学与前沿技术、计算科学交叉下的发展愿景。报告提出未来十年数字大脑研究应系统整合分子、亚细胞、细胞和系统层面的多尺度研究，并强调大脑模型和数字孪生大脑是未来大脑研究的推动者，同时还呼吁建立相应的研究与创新伦理框架，以识别和解决相关研究可能引发的道德和社会问题。

报告指出，一个能承载数字孪生大脑的数字基础设施，可提供互操作性、信息安全性、多层次数据，获取高性能计算和其他相关技术等基于知识的计算资源，将可能促使对数字孪生大脑理解和完善。EBRAINS正是这样的一个基础设施。报告绘制了EBRAINS研究基础设施的未来发展路线图，提出了其短期、中期和长期科学目标，为EBRAINS的当前及未来发展提供了科学框架。

1、短期规划。通过“自下而上”和“自上而下”两种模型的组合和映射，加速解析脊椎动物大脑中进行机械性信息处理的实现方式并形成理论；建立一套复杂的高分辨率脑区模型，并将其整合到现有认知架构中；利用EBRAINS已有专业知识，为鸟类等其他动物模型绘制最先进的大脑图谱；充分发挥新一代多尺度人脑图谱的应用潜力，开展神经成像、建模和临床应用研究；利用生理和功能知识构建多尺度的人类大脑图谱；开发首个将神经数据与神经胶质细胞、分子和免疫信号通路信息整合起来的模型；基于癫痫领域和EPINOV试验（活体大脑试验）进展，利用个体大脑神经成像和生理数据，结合死亡大脑和活体大脑的图谱数据，构建脑疾病研究数字模型；构建涉及多个脑区或不同尺度的更复杂的大脑组合模型，以反映真实的生物脑回路，并将这些模型的模拟结果与经验数据进行比较；多尺度研究神经动力学，解释其与脑结构的关系；集成阿尔茨海默病关键区域——海马体的宏观、中观和微观尺度数据，建成最全面的海马体模型，获得啮齿动物海马体的数字孪生模型；首次将详细的解剖生理学模型应用于脑医学；列出当前探讨的大脑的热点理论及相应的实验策略。

2、中期规划。创建超高分辨率的大脑细胞和轴突结构的集成模型，并以此作为空间框架，进一步结合成像数据及蛋白质组学、基因组学、连接组学和分子信息，构建亚微米尺度的多水平大脑图谱；开发跨脑区或跨尺度的更复杂的大脑组合模型，并基于EBRAINS仿真平台预测大脑的结构和功能特征；采用多尺度因果（刺激和记录）推理方法，开展瞬时行为、信息和图论分析，并辅以全脑计算方法，诊断和治疗中风、意识障碍、神经退化和精神疾病；开发一套标准，以量化大规模脑模型的拟合优度和预测准确性；开发能反映睡眠-觉醒状态的全脑模型，并在诊断中使用数字孪生脑模型来监测意识；发现机器学习领域的新原理，并最大限度的提高对感知、记忆、认知、决策和运动控制的大脑机制的理解，以期对人工智能、机器人和神经形态技术产生重大影响；使用通用神经元功能模型研究物种差异。

3、长期规划。开发兼具感觉、认知、知觉和语言功能的大型脑模型；使用全脑模型，在机器人中模拟老鼠的基本行为和复杂的行为；评估生物脑的学习和适应性模型，衡量其是否可促进机器学习和人工智能新算法开发，以及是否具有新应用潜力，如新材料、人工生命、替代/增强大脑功能；在群体和个体水平上研发数据驱动的脑发育、发展和衰老模型，提高儿童和青少年的脑疾病干预水平，并推动新型信息技术开发；推动更精确的脑解剖生理学模型在医学中的应用；将脑的真实孪生数据应用到脑医学中，并可在诊断、康复或手术等紧急情况下利用真实的传感器数据对其进行实时更新；进一步研发复杂的多器官数字模型，以反映器官及身体功能的神经系统调节机制，加速“数字孪生患者”模型的研制。                                        （李伟）