腦科學探索：在宏觀與微觀間“架橋”
腦科學探索：在宏觀與微觀間“架橋”
日期：2013-08-21 作者：郭愛克 來源：文匯報
腦科學探索：在宏觀與微觀間“架橋” 不只關心神經元層面，更注重其聯結與功能的關系
中科院院士中科院上海生科院神經所研究員 郭愛克
中科院有一個腦科學先導項目，叫做腦功能聯結圖譜計劃。
我們知道，腦是非常復雜的結構，1千克質量的腦中，有1千億個神經元；如果用神經纖維衡量，其總長度將達到18萬公里，可以繞地球好幾圈；它有1千萬億的聯結數，有1百億億個突觸蛋白。所以，腦是當前在地球范圍內我們所能遇到的最復雜的信息處理系統。
弗朗西斯？克里克（與詹姆斯？沃森共同發現DNA雙螺旋結構并獲諾貝爾獎――編注）1993年說過一句話，非常經典。他說，我們至今沒有繪制出人類大腦的聯結圖譜，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，生命科學發展的軌跡是從基因組、蛋白質組到神經聯結組這樣一個遞進的過程。未來的腦科學必將是將基因組、蛋白質組、神經聯結組、腦網絡組等有效集成和匯聚的大科學前沿。剛才，蒲先生強調了腦科學很重要的是在介觀（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結圖譜，就是我們要對特定腦功能的神經聯結通路和網絡結構進行解析和模擬，包括突觸層面、神經元環路層面，結構和功能網絡層面。腦功能聯結圖譜研究是腦科學的戰略制高點，是探索腦工作原理、揭示腦疾病發生機制，發展腦式計算的必由之路，腦科學極有可能在這個方向上取得重大突破。
為什么要這樣做？迄今的神經科學，很大的成就和貢獻都在腦的基本單元上，從基本單元去研究感知、學習、抉擇、情感等功能。但是隨著腦科學的發展，現在人們已經不再只關心具體神經元層面上的活動，而是更注重它們的聯結與功能的關系，注重每個功能網絡的聯結。腦科學當今發展的趨勢，就是從強調個體細胞結構、功能到強調功能環路的聯結圖譜。我們要適應這一主流趨勢，這也是在諸多的腦功能中，中科院先導項目選擇感知、學習、抉擇、情感這四個方面的原因。
我們都知道，腦功能非常復雜，包括各種語言、邏輯、價值、注意、意識等等，而學習、感知、抉擇和情感都是基本功能。我們希望通過對學習機制的探究，研究神經退行性疾患，如老年癡呆；抉擇問題則和成癮機制的研究有關，成癮也是一種抉擇誤區；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，美國現在計劃著重研發腦的顯微納米探針技術。我們這個項目也很關注新技術的開發和研究，如特異性腦功能的光控技術、腦彩虹和纖維示蹤技術、超高分辨率的成像技術等。還有一些涉及信號轉導、神經突觸的轉遞、同步活動、思維和功能破譯等方面的技術，研究這些技術，就是希望能回答感知覺聯結的圖譜、情緒功能聯結圖譜、學習記憶功能聯結圖譜和抉擇等問題。
瞄準多種重要疾患
具體來講，感知覺聯結圖譜研究，首先會關注我們的感知覺系統，探究包括視、聽、味、嗅、體等各種感覺器官的神經聯結基礎和機制。
第二個方面，研究學習記憶和神經退行性疾患，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致記憶衰退、老年癡呆。我們將探索學習記憶和老年癡呆癥的多層次規律的情況。
第三個問題是研究情緒和抑郁的腦功能聯結圖譜。情緒問題會導致很多復雜的社會問題，這里的核心是研究情緒編碼的環路、功能表現、結構功能聯結、異常網絡和干預。
第四個問題研究抉擇和成癮。抉擇是腦認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結圖譜研究關鍵技術。這方面包括多尺度的示蹤和成像技術、神經系統的功能調控等，這些技術都非常關鍵。總的來講，我們要圍繞腦功能的研究，做一系列技術開發、集成、應用和支撐。目前，國內在腦功能研究及相關技術方面是相對弱的。
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研究院神經所、中科院生物物理所、心理所、遺傳發育所、自動化所、中國科技大學、中科院昆明動物所、武漢物理與數學研究所、中科院深圳先進技術研究院。目前，總共有23個研究團隊參加。
現在，國際上圍繞腦科學研究的技術手段開發真是八仙過海，大家都在積極探究各種技術。我們非常期待各行各業的專家學者都來關注腦科學。腦科學沒有界限，每個人都有智慧的大腦，我們要突破學科壁壘，實現交叉和匯聚，從不同層面進入腦科學。
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