腦科學(xué)探索：在宏觀與微觀間“架橋”
腦科學(xué)探索：在宏觀與微觀間“架橋”
日期：2013-08-21 作者：郭愛克 來源：文匯報
腦科學(xué)探索：在宏觀與微觀間“架橋” 不只關(guān)心神經(jīng)元層面，更注重其聯(lián)結(jié)與功能的關(guān)系
中科院院士中科院上海生科院神經(jīng)所研究員 郭愛克
中科院有一個腦科學(xué)先導(dǎo)項目，叫做腦功能聯(lián)結(jié)圖譜計劃。
我們知道，腦是非常復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，1千克質(zhì)量的腦中，有1千億個神經(jīng)元；如果用神經(jīng)纖維衡量，其總長度將達(dá)到18萬公里，可以繞地球好幾圈；它有1千萬億的聯(lián)結(jié)數(shù)，有1百億億個突觸蛋白。所以，腦是當(dāng)前在地球范圍內(nèi)我們所能遇到的最復(fù)雜的信息處理系統(tǒng)。
弗朗西斯？克里克（與詹姆斯？沃森共同發(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)并獲諾貝爾獎――編注）1993年說過一句話，非常經(jīng)典。他說，我們至今沒有繪制出人類大腦的聯(lián)結(jié)圖譜，這是一件無法忍受的事情，沒有它就別指望了解大腦是如何工作的。
我們知道，生命科學(xué)發(fā)展的軌跡是從基因組、蛋白質(zhì)組到神經(jīng)聯(lián)結(jié)組這樣一個遞進(jìn)的過程。未來的腦科學(xué)必將是將基因組、蛋白質(zhì)組、神經(jīng)聯(lián)結(jié)組、腦網(wǎng)絡(luò)組等有效集成和匯聚的大科學(xué)前沿。剛才，蒲先生強調(diào)了腦科學(xué)很重要的是在介觀（介觀，介于微觀與宏觀之間――編注）層面上去了解腦的機(jī)制，要在微觀和宏觀層次之間架起橋梁。
從理解腦功能入手
中科院的腦研究項目聚焦在腦功能聯(lián)結(jié)圖譜，就是我們要對特定腦功能的神經(jīng)聯(lián)結(jié)通路和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行解析和模擬，包括突觸層面、神經(jīng)元環(huán)路層面，結(jié)構(gòu)和功能網(wǎng)絡(luò)層面。腦功能聯(lián)結(jié)圖譜研究是腦科學(xué)的戰(zhàn)略制高點，是探索腦工作原理、揭示腦疾病發(fā)生機(jī)制，發(fā)展腦式計算的必由之路，腦科學(xué)極有可能在這個方向上取得重大突破。
為什么要這樣做？迄今的神經(jīng)科學(xué)，很大的成就和貢獻(xiàn)都在腦的基本單元上，從基本單元去研究感知、學(xué)習(xí)、抉擇、情感等功能。但是隨著腦科學(xué)的發(fā)展，現(xiàn)在人們已經(jīng)不再只關(guān)心具體神經(jīng)元層面上的活動，而是更注重它們的聯(lián)結(jié)與功能的關(guān)系，注重每個功能網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)結(jié)。腦科學(xué)當(dāng)今發(fā)展的趨勢，就是從強調(diào)個體細(xì)胞結(jié)構(gòu)、功能到強調(diào)功能環(huán)路的聯(lián)結(jié)圖譜。我們要適應(yīng)這一主流趨勢，這也是在諸多的腦功能中，中科院先導(dǎo)項目選擇感知、學(xué)習(xí)、抉擇、情感這四個方面的原因。
我們都知道，腦功能非常復(fù)雜，包括各種語言、邏輯、價值、注意、意識等等，而學(xué)習(xí)、感知、抉擇和情感都是基本功能。我們希望通過對學(xué)習(xí)機(jī)制的探究，研究神經(jīng)退行性疾患，如老年癡呆；抉擇問題則和成癮機(jī)制的研究有關(guān)，成癮也是一種抉擇誤區(qū)；情感出問題，就涉及抑郁癥等；感知則涉及到慢性痛、視聽障礙等。這四個功能方面都掛著一個相應(yīng)的腦疾病――老年癡呆、成癮、抑郁和慢性痛。
從蒲先生剛才的介紹看，美國現(xiàn)在計劃著重研發(fā)腦的顯微納米探針技術(shù)。我們這個項目也很關(guān)注新技術(shù)的開發(fā)和研究，如特異性腦功能的光控技術(shù)、腦彩虹和纖維示蹤技術(shù)、超高分辨率的成像技術(shù)等。還有一些涉及信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、神經(jīng)突觸的轉(zhuǎn)遞、同步活動、思維和功能破譯等方面的技術(shù)，研究這些技術(shù)，就是希望能回答感知覺聯(lián)結(jié)的圖譜、情緒功能聯(lián)結(jié)圖譜、學(xué)習(xí)記憶功能聯(lián)結(jié)圖譜和抉擇等問題。
瞄準(zhǔn)多種重要疾患
具體來講，感知覺聯(lián)結(jié)圖譜研究，首先會關(guān)注我們的感知覺系統(tǒng)，探究包括視、聽、味、嗅、體等各種感覺器官的神經(jīng)聯(lián)結(jié)基礎(chǔ)和機(jī)制。
第二個方面，研究學(xué)習(xí)記憶和神經(jīng)退行性疾患，如老年癡呆癥。人類記憶分很多類型，某些類型的記憶障礙會導(dǎo)致記憶衰退、老年癡呆。我們將探索學(xué)習(xí)記憶和老年癡呆癥的多層次規(guī)律的情況。
第三個問題是研究情緒和抑郁的腦功能聯(lián)結(jié)圖譜。情緒問題會導(dǎo)致很多復(fù)雜的社會問題，這里的核心是研究情緒編碼的環(huán)路、功能表現(xiàn)、結(jié)構(gòu)功能聯(lián)結(jié)、異常網(wǎng)絡(luò)和干預(yù)。
第四個問題研究抉擇和成癮。抉擇是腦認(rèn)知功能的非常重要的核心問題之一。我們每天都在做抉擇，成癮本身也是一種抉擇，只不過是病態(tài)抉擇。抉擇研究中，我們會選擇各種動物，包括果蠅、斑馬魚、小鼠、猴子乃至人的抉擇。
第五個方面我們叫腦功能聯(lián)結(jié)圖譜研究關(guān)鍵技術(shù)。這方面包括多尺度的示蹤和成像技術(shù)、神經(jīng)系統(tǒng)的功能調(diào)控等，這些技術(shù)都非常關(guān)鍵?？偟膩碇v，我們要圍繞腦功能的研究，做一系列技術(shù)開發(fā)、集成、應(yīng)用和支撐。目前，國內(nèi)在腦功能研究及相關(guān)技術(shù)方面是相對弱的。
突破壁壘聚全國資源
這個計劃跨了中科院9個研究單位，包括中科院上海生命科學(xué)研究院神經(jīng)所、中科院生物物理所、心理所、遺傳發(fā)育所、自動化所、中國科技大學(xué)、中科院昆明動物所、武漢物理與數(shù)學(xué)研究所、中科院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院。目前，總共有23個研究團(tuán)隊參加。
現(xiàn)在，國際上圍繞腦科學(xué)研究的技術(shù)手段開發(fā)真是八仙過海，大家都在積極探究各種技術(shù)。我們非常期待各行各業(yè)的專家學(xué)者都來關(guān)注腦科學(xué)。腦科學(xué)沒有界限，每個人都有智慧的大腦，我們要突破學(xué)科壁壘，實現(xiàn)交叉和匯聚，從不同層面進(jìn)入腦科學(xué)。
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