神经回路研究神经元是怎么相互连接起来执行特定的功能。 大脑所有神经元之间的连接图被称作脑连接图，分为静态和动态两种。静态脑连接图是由神经元之间的物理连接结构所决定的，动态脑连接图则指的是神经元之间的功能性连接。首先，两个物理上连接的神经元并不一定意味着在功能上的连接，前者是后者的必要而非充分条件。其次，只有功能性连接才真正有有生理上的意义。

脑连接图可以在不同的尺度上来绘制：宏观尺度，介观尺度，微观尺度。微观脑连接图指的是单个神经元之间的连接，是通过在纳米到微米尺度上对突触的成像来确定的。绘制方法包括具有超级精度的光学显微镜和电子显微镜。对这方面感兴趣的实验室有庄小威，发明双光子显微镜的Winfried Denk，以及在Jenalie Farm的Davi Bock。介观脑连接图侧重于不同神经元群之间的连接，比如视觉皮层不同层之间的连接，可以精确到微米和毫米之间。借助于能表达荧光蛋白的病毒，一般的共聚焦显微镜就可以胜任，比如Allen Mouse Brain Connectivity Atlas。宏观脑连接图是不同脑区之间的长距离连接，精确度在毫米以上。下面我简单介绍一下现在世界上的大型脑连接图项目。

1. The Human Connectome Project (HCP，人类脑连接图项目，2010-2015)。 HCP侧重于宏观脑图的研究，试图准确绘制大量正常人的脑连接图，并通过面向科学界的信息平台来共享这些数据。这个项目由美国国立卫生研究院神经研究蓝图资助 (National Institutes of Health Blueprint for Neurosciencet Research)，资助金额达四千万美元。这些科研究费资助两个相互合作的研究团体：由Dr. David Van Essen和Dr. Kamil Ugurbil领头的华盛顿大学和明尼苏达大学团队（http://humanconnectome.org/）；由Drs. Bruce Rosen、Van Wedeen和Arthur Toga带头的马萨诸塞州总医院/哈佛大学和加州大学洛杉矶分校团队（http://www.humanconnectomeproject.org/）。两个团队在分工上各有侧重。前者将绘制来自300个家庭的1200个健康的成人双胞胎和他们的兄弟姐们的脑连接图。 通过比较同卵和异卵双胞胎的脑连接图和基因数据，希望能发现内在基因和外部环境对大脑回路的相对贡献，并精确指出可能突变的基因。后者主要致力于优化成像大脑结构性连接的核磁共振（MRI）技术：高精度的扩散核磁共振 （diffusion MRI)。NIH 报道链接：NIH news
2. Brain Activity Map Project (BAM，脑活动图项目，2013-2023)。BAM项目旨在介观尺度上绘制动态脑连接图，即大脑的功能性连接脑连接图，由一些著名科学家领头，包括：Drs. Rafael Yuste, Paul Alivisatos, Miyoung Chun, George M. Church, Ralph J. Greenspan, Michael L. Roukes。它的口号是记录每个神经元上的每个动作电位。针对这个项目，美国国立卫生研究院正在起草一个经费为三十亿美元、分十年资助的方案。这个项目提出一个有趣的问题：“一些神经回路的功能可能是通过神经元之间复杂的相互作用而涌现出来的”，跟蜂群行为类似。这个项目涉及到三类关键性技术： 钙成像和电压成像，用纳米探针来记录大范围的电信号，无线技术和合成的生物方法。虽然该项目前景很有吸引力，但是必须得先突破技术上的瓶颈。先说成像技术。相对于电压成像，钙成像技术由于性噪比比较高得到比较广泛的应用，但紧局限于深度在1毫米之内的成像。如何获得大脑深处钙信号的高质量成像，仍需要技术上的突破。其次，钙信号比实际动作电位的变化要迟缓，这会直接影响到时间上的精度和对来自神经元群的信号的解读。再次，钙成像技术对于阈下电位的敏感度较差。另一方面，电压成像原理上可以探测到阈下电位，并且在时间上的精度比较高，但信噪比太低。好消息是最近发展起来的转基因电压成像技术可以将信噪比大幅度优化，这或许可以在技术上获得进一步突破。对于大尺度的电信号记录技术，有待解决的问题为如何无创伤得获得点信号，并且分理处单个神经元的动作电位。(发表于《神经元》上的提案：The proposal on Neuron，Dr Robert L. Blum对BAM的评论：comment from Dr. Robert L. Blum)
3. The Human Brain Project (HBP，人类大脑项目，2013-2023). 实际上，这个项目不是绘制真正的脑连接图，而是用超级电脑来模拟人类大脑的活动，旨在搞清楚大脑是如何工作的。它的前身是Blue Brain Project, 由Prof. Henry Markram带头。这个项目是由欧盟资助的两个欧洲旗舰项目之一，参与其中的86个研究机构将分十年获得十亿欧元的资助。另一个为石墨烯项目：Graphene Flagship，将探索基于石墨烯纳米技术的超级电脑。

最后，维基上提供了神经科学数据库的列表：Neuroscience database，希望对大家有所帮助。