腦科學(xué)（研究腦的結(jié)構(gòu)和功能的科學(xué)）

腦科學(xué)（研究腦的結(jié)構(gòu)和功能的科學(xué)）研究腦的結(jié)構(gòu)和功能的科學(xué)01腦科學(xué)概要研究概況研究方向主要研究進(jìn)展目錄03020405主要研究方法研究機(jī)構(gòu)獎(jiǎng)項(xiàng)設(shè)立學(xué)科評(píng)價(jià)目錄070608基本信息腦科學(xué)，狹義地講就是神經(jīng)科學(xué)，是為了了解神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)分子水平、細(xì)胞水平、細(xì)胞間的變化過程，以及這些過程在中樞功能控制系統(tǒng)內(nèi)的整合作用而進(jìn)行的研究。（美國神經(jīng)科學(xué)學(xué)會(huì)）廣義的定義是研究腦的結(jié)構(gòu)和功能的科學(xué)，還包括認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)等。2022年4月6日，《自然》雜志報(bào)告了一個(gè)國際研究團(tuán)隊(duì)繪制的覆蓋人類整個(gè)生命周期的大腦發(fā)育標(biāo)準(zhǔn)參考圖。腦科學(xué)概要臨床神經(jīng)科學(xué)基礎(chǔ)神經(jīng)科學(xué)腦科學(xué)概要基礎(chǔ)神經(jīng)科學(xué)側(cè)重基礎(chǔ)理論。神經(jīng)生物學(xué)：研究人和動(dòng)物的神經(jīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能、及其相互關(guān)系的科學(xué)，是在分子水平上、細(xì)胞水平上、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或回路水平上乃至系統(tǒng)和整體水平上闡明神經(jīng)系統(tǒng)特別是腦的物質(zhì)的、能量的、信息的基本活動(dòng)規(guī)律的科學(xué)。(認(rèn)識(shí)腦)有六個(gè)研究分支：分子神經(jīng)生物學(xué)（化學(xué)物質(zhì)）、細(xì)胞神經(jīng)生物學(xué)（細(xì)胞、亞細(xì)胞）、系統(tǒng)神經(jīng)生物學(xué)、行為神經(jīng)生物學(xué)（學(xué)習(xí)記憶、情感、睡眠、覺醒等）、發(fā)育神經(jīng)生物學(xué)、比較神經(jīng)生物學(xué)計(jì)算神經(jīng)科學(xué)：應(yīng)用數(shù)學(xué)理論和計(jì)算機(jī)模擬方法來研究腦功能的學(xué)科。(創(chuàng)造腦)臨床神經(jīng)科學(xué)側(cè)重醫(yī)學(xué)臨床應(yīng)用，研究與神經(jīng)系統(tǒng)有關(guān)的疾病，及其診斷、治療方法、技術(shù)等(保護(hù)腦)研究方向研究方向認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)的最終目的是在于闡明人類大腦的結(jié)構(gòu)與功能，以及人類行為與心理活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，在各個(gè)水平（層次）上闡明其機(jī)制，增進(jìn)人類神經(jīng)活動(dòng)的效率，提高對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)疾患的預(yù)防、診斷、治療服務(wù)水平。基本目標(biāo)：1、揭示神經(jīng)元間各種不同的連接形式，為闡明行為的腦的機(jī)制奠定基礎(chǔ)。2、在形態(tài)學(xué)和化學(xué)上鑒別神經(jīng)元間的差異，了解神經(jīng)元如何產(chǎn)生、傳導(dǎo)信號(hào)，以及這些信號(hào)如何改變靶細(xì)胞的活動(dòng)。3、闡明神經(jīng)元特殊的細(xì)胞和分子生物學(xué)特性。4、認(rèn)識(shí)實(shí)現(xiàn)腦的各種功能（包括高級(jí)功能）的神經(jīng)回路基礎(chǔ)。5、闡明神經(jīng)系統(tǒng)疾患的病因、機(jī)制，探索治療的新手段。研究概況日本美國歐盟中國研究概況日本1996年制定為期二十年的“腦科學(xué)時(shí)代——腦科學(xué)研究推進(jìn)計(jì)劃”了解腦——闡明腦功能–闡明產(chǎn)生感知、情感和意識(shí)的腦區(qū)結(jié)構(gòu)和功能（功能定位、認(rèn)知、運(yùn)動(dòng)、情感、學(xué)習(xí)，思維、直覺、自我意識(shí)）–闡明腦通訊功能（語言信息在腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中表達(dá)的機(jī)制，人類獲得語言能力的過程、語言、思想和智力之間的關(guān)系）保護(hù)腦——征服腦疾患–控制腦發(fā)育和衰老過程（識(shí)別與發(fā)育及腦分化相關(guān)的基因家族、發(fā)展調(diào)節(jié)腦發(fā)育和分化的技術(shù)手段，促進(jìn)人類大腦健康發(fā)育和防止發(fā)育異常，控制人腦衰老）–神經(jīng)性精神性疾病的康復(fù)和預(yù)防（藥物成癮、修復(fù)受損腦組織、單內(nèi)因性疾病的發(fā)病機(jī)制、神經(jīng)組織移植和基因療法，老年性癡呆、帕金森氏病、精神分裂癥的治療和預(yù)防的方法）創(chuàng)造腦——開發(fā)腦型計(jì)算機(jī)美國美國腦計(jì)劃“BRAINInitiative”：美國“腦計(jì)劃”于2013年公布——推進(jìn)創(chuàng)新神經(jīng)技術(shù)腦研究計(jì)劃，擬在10年時(shí)間內(nèi)用30億美元資助美國腦研究，通過繪制大腦工作狀態(tài)下的神經(jīng)細(xì)胞及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的活動(dòng)圖譜，揭示腦的工作原理和腦疾病發(fā)生機(jī)制，發(fā)展人工智能，推動(dòng)相關(guān)領(lǐng)域和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

歐盟歐盟腦計(jì)劃“HBP”：2013年，歐盟委員會(huì)宣布將“人腦工程”列入“未來新興技術(shù)旗艦計(jì)劃”，力圖集合多方力量，為基于信息通信技術(shù)的新型腦研究模式奠定基礎(chǔ)，加速腦科學(xué)研究成果轉(zhuǎn)化。該計(jì)劃被認(rèn)為是目前世界最先進(jìn)的腦科學(xué)大型研究計(jì)劃，由瑞士洛桑理工學(xué)院統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，歐盟130家有關(guān)科研機(jī)構(gòu)組成，預(yù)算12億歐元，預(yù)期研究期限10年，旨在深入研究和理解人類大腦的運(yùn)作機(jī)理，在大量科研數(shù)據(jù)和知識(shí)積累的基礎(chǔ)上，開發(fā)出新的前沿醫(yī)學(xué)和信息技術(shù)。

中國中國“腦計(jì)劃”領(lǐng)軍人物、中科院院士蒲慕明介紹，籌備中的中國“腦計(jì)劃”是一個(gè)“一體兩翼”結(jié)構(gòu)?！耙惑w”是基礎(chǔ)研究，理解人類大腦的認(rèn)知功能是怎么來的?！皟梢怼?，一是指如何診斷和治療重要的腦疾病，二是指發(fā)展人工智能與腦科學(xué)結(jié)合的腦機(jī)智能技術(shù)。隨著北京、上海兩個(gè)腦科學(xué)中心相繼成立，中國“腦計(jì)劃”即將破土而出。

中國的腦機(jī)接口研發(fā)，面臨幾大挑戰(zhàn)。一是安全性和有效性難以兼得，這一問題的待解限制了腦機(jī)接口技術(shù)的大范圍運(yùn)用。二是腦機(jī)接口的有效帶寬，即到底植入多少個(gè)電極足以基本涵蓋大腦重要活動(dòng)或滿足特定功能需求，仍是一個(gè)未知數(shù)。三是海量神經(jīng)信號(hào)的處理仍是難題。四是社會(huì)普遍**的腦機(jī)安全與倫理風(fēng)險(xiǎn)。

主要研究進(jìn)展主要研究進(jìn)展人類全生命周期大腦發(fā)育圖繪就人類全生命周期大腦發(fā)育圖2022年4月6日，《自然》雜志報(bào)告了一個(gè)國際研究團(tuán)隊(duì)繪制的覆蓋人類整個(gè)生命周期的大腦發(fā)育標(biāo)準(zhǔn)參考圖。“這是科學(xué)家第一次把從出生前到老年的不同腦部發(fā)育模式‘編織’在一起?！惫餐ㄓ嵶髡?、英國劍橋大學(xué)的RichardBethlehem說。Bethlehem和美國賓夕法尼亞大學(xué)的JakobSeidlitz等研究人員分析了100多項(xiàng)研究中的123984次核磁共振掃描結(jié)果。這些掃描來自101457人，涉及16.5周的胎兒到100歲的老人。研究人員使用統(tǒng)計(jì)模型從圖像中提取信息，并確保無論使用哪種類型的機(jī)器，掃描結(jié)果都具有直接可比性。該研究匯集了有史以來最大的核磁共振掃描數(shù)據(jù)集，其規(guī)模之大令神經(jīng)科學(xué)家震驚。佛羅里達(dá)國際大學(xué)認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)家AngelaLaird說：“他們收集的海量數(shù)據(jù)集令人印象深刻，為這一領(lǐng)域樹立了新的標(biāo)準(zhǔn)?！边@些圖譜直觀展示了人類大腦在生命早期是如何快速擴(kuò)張，然后隨著年齡的增長(zhǎng)而緩慢收縮的。

分子和細(xì)胞水平神經(jīng)科學(xué)·每一神經(jīng)元所進(jìn)行的信息處理都是經(jīng)過突觸實(shí)行細(xì)胞間的通訊而完成的。具體說，突觸前細(xì)胞產(chǎn)生的沖動(dòng)，通過釋放神經(jīng)遞質(zhì)作用于突觸后細(xì)胞膜位點(diǎn)上的特異性受體，從而引起后一細(xì)胞興奮性的改變。主要研究方法主要研究方法解剖學(xué)方法采用通常的組織染色方法可以在光學(xué)顯微鏡下觀察神經(jīng)系統(tǒng)各種組織的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，即神經(jīng)元的不同形態(tài)，以及它們間連接的一般情況。運(yùn)用電子顯微鏡可以進(jìn)一步了解神經(jīng)元和突觸的精細(xì)結(jié)構(gòu)。問題：神經(jīng)系統(tǒng)是怎樣布線的，即個(gè)別的神經(jīng)細(xì)胞的突起如何排列？伸展得多遠(yuǎn)？那些突起和那些突起相連結(jié)，高爾基銀染法對(duì)神經(jīng)機(jī)制的認(rèn)識(shí)奠定了基礎(chǔ)，在廣泛使用。神經(jīng)活性物質(zhì)進(jìn)行染色：熒光、放射性標(biāo)記。生理學(xué)方法①運(yùn)用微電極細(xì)胞外記錄、細(xì)胞內(nèi)記錄技術(shù)對(duì)單個(gè)神經(jīng)元活動(dòng)分析。片膜鉗技術(shù)對(duì)離子通道進(jìn)行深入的研究。②細(xì)胞外記錄：30年代后期發(fā)展起來的。用金屬絲電極1-5微米記錄幅度較大的瞬間性動(dòng)作電位，對(duì)神經(jīng)元的功能起了重要作用。③細(xì)胞內(nèi)記錄：0.1～0.5微米的玻璃電極，內(nèi)充高濃度氯化鉀或醋酸鉀以導(dǎo)電。能記錄動(dòng)作電位，小的分級(jí)電位，同時(shí)能監(jiān)視膜電位的變化。此外，能注入物質(zhì)，進(jìn)行形態(tài)學(xué)分析。缺點(diǎn)是造成細(xì)胞損傷，記錄時(shí)間、小細(xì)胞受限。④膜片鉗技術(shù)：70年代后期，Neher和Sakmann發(fā)展了一種新的紀(jì)錄方法，可以用來記錄單個(gè)離子通道的活動(dòng)。獎(jiǎng)項(xiàng)設(shè)立獎(jiǎng)項(xiàng)設(shè)立大腦獎(jiǎng)“格雷特·倫德貝克歐洲大腦研究獎(jiǎng)”（簡(jiǎn)稱大腦獎(jiǎng)

），被譽(yù)為“神經(jīng)科學(xué)界諾貝爾獎(jiǎng)”，2011年設(shè)立，每年頒發(fā)一次，

獎(jiǎng)金100萬歐元。

IBRO-Kemali國際獎(jiǎng)IBRO-Kemali國際獎(jiǎng)，1998年國際腦研究組織-凱默理（IBRO-Kemali）基金會(huì)設(shè)立。

研究機(jī)構(gòu)研究機(jī)構(gòu)北京師范大學(xué)認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)與學(xué)習(xí)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，2005年3月創(chuàng)建；

復(fù)旦大學(xué)腦科學(xué)研究院，2006年4月成立。

目前麥戈文腦科學(xué)研究院全球共4所，分別位于美國麻省理工大學(xué)（MIT），清華大學(xué)，北京大學(xué)以及北京師范大學(xué)。

MIT麥戈文腦科學(xué)研究所（麻省理工學(xué)院麥戈文腦科學(xué)研究所）

，2000年成立，它得到了MIT校史上最大數(shù)額的一筆捐贈(zèng)，高達(dá)3.5億美元。

北京師范大學(xué)-IDG/麥戈文腦科學(xué)研究院，2011年在京成立。

清華大學(xué)-IDG/麥戈文腦科學(xué)研究院，2013年11月25日成立。

北京大學(xué)-IDG/麥戈文腦科學(xué)研究院；

遼寧師范大學(xué)腦與認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)研究中心，成立于2014年4月；

中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心，2015年6月5日成立；

北京腦科學(xué)與類腦研究中心，成立于2018年3月22日；

學(xué)科評(píng)價(jià)學(xué)科評(píng)價(jià)腦機(jī)接口相比地球上其他生物，人最強(qiáng)的是大腦，肌體反而較弱。腦機(jī)接口，是大腦和外部設(shè)備之間創(chuàng)建的直接連接通路，它既是神經(jīng)修復(fù)最有效的工具，是目前能完全解決癱瘓、中風(fēng)