什么是腦科學？發展歷程及發展趨勢介紹

1、什么是腦科學

狹義的腦科學一般指神經科學，是為了了解神經系統內分子水平、細胞水平、細胞間的變化過程，以及這些過程在中樞功能控制系統內的綜合作用而進行的研究。

腦科學過去一般被認為就是神經科學。但隨著腦科學外延的不斷拓展，神經科學已不能囊括腦科學的全部要義，而僅僅被認為是狹義的腦科學。廣義的腦科學主要研究人和動物大腦的結構和功能，防治神經和精神疾患，發展模擬人腦部分功能的神經計算機。

2、腦科學發展歷程

(1)混沌階段(16世紀之前)

早在古希臘時期，著名醫生阿爾克邁翁(Alcmaeon)發現眼睛后部與大腦相連，從而發現了視神經，但其對腦的認識仍以主觀想象為主。另一位醫生希波克拉底認為，人的情緒和感覺均源自于腦，大腦是人類神智的載體。與希波克拉底相反，亞里士多德則認為神智在心而不在腦。此后，關于神智、靈魂、精神及元氣的爭論長達數世紀之久，人們對腦的認知一直停留在感性層面。

(2)萌芽階段(16世紀初至19世紀初)

文藝復興時期，達·芬奇(L.da Vinci，1452~1519)通過人體解剖繪制出了大腦的4個腦室。1543年，維薩留斯(A.Vesalius，1514~1564)編著出版的《人體構造》對腦室進行了完整的描述。1664 年，英國醫師托馬斯·威利斯(Thomas Willis，1621~1675)出版《腦的解剖學，兼述神經及其功能》，其中插圖與現在神經解剖學教科書上的解剖結構圖基本相同。進入18世紀，生理學研究方法被應用到腦科學研究中。腦的興奮性與肌肉反應之間的關系、信息傳遞工作原理成為研究熱點。但在蒙昧、迷信的時代環境下，人們對腦的研究主要還是以零散的、偶然的發現為主，主動的、有意識的腦科學研究異常艱難，科學成果自然也寥若晨星。

(3)開拓階段(19世紀初至20世紀60年代)

19世紀，腦科學進入快速發展階段，取得了一系列開拓性成就，如生物電的發現、神經元學說的創立、腦功能的定位、神經網絡學說的創立等。20世紀前后，人們對腦功能的研究取得突破性進展，尤其是乙酰膽堿的發現，加快了腦信息傳遞機理研究的進程。英國分子生物學家查爾斯·斯科特·謝靈頓(Charles Scott Sherrington)將神經元之間的結構命名為“突觸”，認為突觸是神經元之間信息溝通的“橋梁”。隨后，約翰·艾克爾斯(John Eccle)與理查德·克里德(Richard Stephen Creed)證實了抑制性突觸的存在。

20世紀50年代至60年代，科學家發現大腦皮層內和皮層下的邊緣系統，組成了一個復雜的神經網絡，來控制情緒的生成和表達，以及情緒記憶的形成、存貯和提取，從而建立起了相對完整的腦功能圖譜。

(4)大發展階段(20世紀60年代至今)

20世紀60年代，腦科學正式成為一門獨立學科，其研究范圍幾乎涉及到生命科學的所有領域。例如，1961年，貝克西(Bekesy, Georg von)因發現耳蝸內部刺激的物理機制而獲得諾貝爾生理學或醫學獎;1970年和1977年的諾貝爾生理學或醫學獎分別頒給了腦信息傳遞功能與情緒產生機理的發現者和研究者，他們發現神經元之間并不直接接觸，而是以電脈沖的方式進行信恩傳遞。

20世紀80 年代至90年代，腦科學在微觀領域的細胞分子學研究、宏觀領域的大腦皮層功能研究成就卓然。1981年，美國科學家斯佩里(Roger W.Sperry)因證明大腦左右兩半球的功能存在顯著差異而獲得諾貝爾生理學或醫學獎;1986年，意大利科學家利瓦伊·蒙塔爾奇尼(Rita Levi Montalcini)因發現神經生長因子而獲得諾貝爾生理學或醫學獎;1991年，德國科學家內爾(ErwinNeher)因發現細胞內離子通道、發明膜片鉗技術而獲得諾貝爾生理學或醫學獎，其在神經突觸傳遞和可塑性領域也非常權威。

除此之外，腦科學在視覺、聽覺、嗅覺、腦損傷等方面的研究，以及在學習、記憶、語言、睡眠、覺醒等高級功能方面的研究，也取得較大進展。其中，瑞典科學家維瑟爾( Torsten N.Wiese)與美國科學家休伯爾(David H.Hubel)因闡明視覺系統形成的機理而共同獲得1981年的諾貝爾生理學或醫學獎。

3、腦科學發展趨勢

隨著腦科學的快速發展，全球需在信息共享、風險防范和道德倫理等方面加強合作，為腦科學創造更加健康有序、和諧穩定的發展環境。

(一)繪制高分辨率腦圖譜將是腦科學研究的重要方向

腦圖譜繪制將向微觀和宏觀兩個方向延伸。在微觀層面，通過繪制人腦細胞結構圖譜，已從人類大腦皮層“顳中回”鑒定出75種興奮性和抑制性神經元;通過重建1000多個神經元并追蹤其在大腦中的分支路徑，構建了最大的神經元數字集合。在宏觀層面，模擬出完整的小鼠腦圖譜，建立了腦細胞分子、解剖和生理注釋的3D通用腦細胞圖集，構建了小鼠大腦綜合神經環路圖;已繪制出人類小腦的高分辨率圖譜。除此之外，腦科學與人工智能技術融合，為建立從機器感知、機器學習到機器思維、機器決策的顛覆性模型和工作方式提供了可能。

(二)類腦芯片將成為信息技術的重要發展方向

信息技術的快速發展為腦科學研究提供了強大的支撐工具，腦科學的進步反過來又會推動相關信息技術的發展。例如，近年來類腦計算成為信息技術的重要發展方向，以人腦為原型的類腦芯片逐漸成為研究熱點。這就需要研發基于非常規計算的芯片架構，使芯片具備類腦功能，以滿足新型智能體的腦機融合需求。構建類腦計算機不僅有助于更加高效地處理、利用海量腦數據，從而更好地實現腦機融合，進一步完善類腦芯片的設計與實現，研發基于非常規計算架構、具備類腦功能的、新型的智能體與機器人。

(三)治療腦疾病的新方法將受到資本市場的青睞

目前，腦科學的產業化應用主要有三個方向，一是神經監測與成像檢測，二是神經疾病治療與調節，三是腦控制與模擬。其中，治療腦疾病的新型藥物無疑將極大造福人類，因而受到資本市場的青睞。近十年來，腦科學領域的融資活動主要集中在腦疾病治療與藥物研發、腦信息監測與檢查兩大方向。如美國蒙特利醫療公司(Monteris Medical)開發了可幫助外科醫生消融腦腫瘤或腦部病變組織的NeuroBlate?系統，因而受到資本市場的追捧，融資金額已超過1.2億美元。

(四)加強國際合作是推動腦科學健康發展的重要途徑

為推動各國腦計劃協同合作，美國、歐盟、日本、中國、加拿大、澳大利亞、韓國于2017年組建了國際腦科學計劃(International Brain Initiative，IBI)組織2019年3月，中國科技部在上海主辦了IBI的國際腦科學計劃協調會議。與會各國研討了IBI的發展方向、運行模式和實施路徑，就推動腦科學國際合作、促進腦科學新發現與技術進步、提升人類福祉等問題進行了探討。未來，IBI將建立有利于研究成果轉化應用的創新合作機制，重視人腦與認知相關的數據隱私及多方數據共享，建立符合科學倫理的監管機制，推動腦科學領域成果的教育與普及。

來源：《眾誠智庫：2021年全球腦科學發展報告(37頁).pdf》

推薦閱讀

【精選】2021年國際醫學中心醫院JCI認證與高質量發展分析報告(16頁).pdf

艾瑞咨詢：2021年中國互聯網醫學垂直內容行業洞察(31頁).pdf

北森：科技行業2021中國企業招聘科技趨勢報告：以科技引領高質量招聘(59頁).pdf