院士沙龙·聚焦全球大脑研究新思维//脑科学探索：在宏观与微观间“架桥”

院士沙龙·聚焦全球大脑研究新思维 //脑科学探索：在宏观与微观间“架桥”  日期：2013-08-21 作者：林其谁;傅国庆 来源：文汇报

院士沙龙·聚焦全球大脑研究新思维 　　围绕人脑的科学研究近来已成为国际前沿科研的一大热门领域，越来越多的人在谈论并准备参与其间。而在过去几个月中，本报也多次刊登报道，介绍了美国脑研究计划的来龙去脉。 　　在上海市科委支持下，上海市中国工程院院士咨询与学术活动中心不久前召开“院士沙龙”，就“未来脑科学与中国脑疾病研究”的话题举行学术研讨。在中国工程院院士、上海“院士中心”主任杨胜利的主持下，此次沙龙不仅对迄今国际脑研究的最新动向进行深入剖解，更提出“应把针对脑疾病的治疗作为中国脑研究方向”的观点。为使读者了解这方面的情况，本刊特选登本次沙龙的精彩发言。 ——编者 　　 科技部：望推动学科交叉 　　□林其谁（中科院院士中科院上海生科院生化细胞所研究员) 　　脑科学在我国一直受到重视。科技部迄今一共设立了20多项与神经科学有关的“973”项目。从几年前开始，科技部就希望能围绕脑科学，整合国内力量，做强做大。 　　今年，欧盟和美国相继提出脑研究计划，分别准备投资10亿欧元和30亿美元。现在看来，无论欧盟还是美国的计划，都似乎有点大，但一旦开始实施后，进展可能会比较快。这就像当年的人类基因组计划，一开始感觉很困难、很难完成，但通过调动各方面科学家和有关国家机构的支持，新想法、新技术不断出现，最终，人类基因组计划不但如期完成，而且达到了先期设定的目标。 　　在这个形势下，科技部希望能加快我国在这方面的研究，希望科学家们多提建议。今年4月，科技部在北京召开了脑科学战略研讨会；一个月后，又在杭州召开脑科学战略研讨会和三个主题项目的网络会议。科技部希望通过深入的战略研讨，提出我国脑计划的思路，形成具有中国特色的脑科学发展路线图，更好地进行前瞻性布局。 　　上海是我国脑科学研究的重要基地之一。对上海而言，一方面要考虑如何围绕脑疾病，从神经生物学各方面来开展研究；另外很重要的一点，是和其他学科交叉，这种学科交叉可能孕育很多新技术、新方法，从而促进脑研究。 　　近年来，物理信息技术的发展使得脑研究的手段有很多突破，如单细胞分辨的脑功能成像技术，以后将发展到可以记录活动的神经元，进而同时记录上万神经元，分辨率达到单细胞水平的活动。这些都有赖于神经科学家、物理学家和化学家等的合作交叉。国内在交叉方面做得还不够，今后希望在交叉研究方面有好的促进机制，产生重要的创新。 　　 上海市：积极布局寻突破 　　□傅国庆(上海市科委基础研究处处长) 　　今年年初，在考虑基础研究领域、特别是脑科学神经系统方面的项目指南时，市科委多次组织专家研究讨论，征求各方意见，觉得非常有必要在这个领域继续跟踪支持。 　　无独有偶，今年上半年，美国和欧盟也相继推出了各自的脑科学研究计划，投入力度相当大。除了政府支持，各类基金会、机构甚至商业公司也参与到项目的资金投入，大力支持脑的认知以及脑疾病的研究。而今年4月和5月，国家科技部基础研究司分别在北京和杭州组织召开了脑科学和脑疾病的战略研讨会，为推出中国的脑研究计划做准备。所以，这次“院士沙龙”围绕“未来脑科学与中国脑疾病研究”这一主题，从大脑的运行机制、脑疾病治疗等方面进行交流讨论，提出切实可行的意见和建议，这将为下一步组建研究团队，围绕国家需求开展深入研究打下基础。 　　上海在基础研究领域一直走在全国前列。这几年，市科委对脑科学一直持续关注，在脑科学和神经生物系统疾病方面已经提前进行了布局，比如自闭症、脑部肿瘤、阿尔茨海默症等。几年的连续支持已经形成了一批科研成果，也培养了一批专业人才，带动了学科建设和发展。但是，对于这样一个充满挑战的学科领域，现有的认知和研究是远远不够的。上海该如何进一步完善研究布局，寻找挑战未知学科领域的突破口，如何配合国家有关部门，整合上海的研究力量，做好该领域的研究工作，这是我们需要认真考虑和谋划的。 　　所以，这次市科委基础研究处联合上海“院士中心”，充分发挥“院士沙龙”这个高层次学术交流平台的作用，邀请了本市从事神经生物学研究、神经系统疾病诊治的知名学者和专家，围绕“我国未来脑科学与脑疾病研究”这一主题进行交流和研讨，对于凝聚共识，明确方向和目标显得尤为必要。 　　脑是当前我们所能遇到的最复杂的信息处理系统。1千克质量的脑中，有1千亿个神经元，有1千万亿的联结数，有1百亿亿个突触蛋白。 　　——郭爱克 　　我们至今没有绘制出人类大脑的联结图谱，这是一件无法忍受的事情，没有它就别指望了解大脑是如何工作的。 　　——弗朗西斯·克里克 　　科学家将把大脑里所有的神经细胞的活动记录下来。有了这种资料，就能进一步理解大脑的功能，也能帮助治疗脑疾病。 　　——贝拉克·奥巴马

脑科学探索：在宏观与微观间“架桥”  日期：2013-08-21 作者：郭爱克 来源：文汇报

脑科学探索：在宏观与微观间“架桥” 不只关心神经元层面，更注重其联结与功能的关系 　　□中科院院士中科院上海生科院神经所研究员 郭爱克 　　中科院有一个脑科学先导项目，叫做脑功能联结图谱计划。 　　我们知道，脑是非常复杂的结构，1千克质量的脑中，有1千亿个神经元；如果用神经纤维衡量，其总长度将达到18万公里，可以绕地球好几圈；它有1千万亿的联结数，有1百亿亿个突触蛋白。所以，脑是当前在地球范围内我们所能遇到的最复杂的信息处理系统。 　　弗朗西斯·克里克（与詹姆斯·沃森共同发现DNA双螺旋结构并获诺贝尔奖——编注）1993年说过一句话，非常经典。他说，我们至今没有绘制出人类大脑的联结图谱，这是一件无法忍受的事情，没有它就别指望了解大脑是如何工作的。 　　我们知道，生命科学发展的轨迹是从基因组、蛋白质组到神经联结组这样一个递进的过程。未来的脑科学必将是将基因组、蛋白质组、神经联结组、脑网络组等有效集成和汇聚的大科学前沿。刚才，蒲先生强调了脑科学很重要的是在介观（介观，介于微观与宏观之间——编注）层面上去了解脑的机制，要在微观和宏观层次之间架起桥梁。 　　 从理解脑功能入手 　　中科院的脑研究项目聚焦在脑功能联结图谱，就是我们要对特定脑功能的神经联结通路和网络结构进行解析和模拟，包括突触层面、神经元环路层面，结构和功能网络层面。脑功能联结图谱研究是脑科学的战略制高点，是探索脑工作原理、揭示脑疾病发生机制，发展脑式计算的必由之路，脑科学极有可能在这个方向上取得重大突破。 　　为什么要这样做？迄今的神经科学，很大的成就和贡献都在脑的基本单元上，从基本单元去研究感知、学习、抉择、情感等功能。但是随着脑科学的发展，现在人们已经不再只关心具体神经元层面上的活动，而是更注重它们的联结与功能的关系，注重每个功能网络的联结。脑科学当今发展的趋势，就是从强调个体细胞结构、功能到强调功能环路的联结图谱。我们要适应这一主流趋势，这也是在诸多的脑功能中，中科院先导项目选择感知、学习、抉择、情感这四个方面的原因。 　　我们都知道，脑功能非常复杂，包括各种语言、逻辑、价值、注意、意识等等，而学习、感知、抉择和情感都是基本功能。我们希望通过对学习机制的探究，研究神经退行性疾患，如老年痴呆；抉择问题则和成瘾机制的研究有关，成瘾也是一种抉择误区；情感出问题，就涉及抑郁症等；感知则涉及到慢性痛、视听障碍等。这四个功能方面都挂着一个相应的脑疾病——老年痴呆、成瘾、抑郁和慢性痛。 　　从蒲先生刚才的介绍看，美国现在计划着重研发脑的显微纳米探针技术。我们这个项目也很关注新技术的开发和研究，如特异性脑功能的光控技术、脑彩虹和纤维示踪技术、超高分辨率的成像技术等。还有一些涉及信号转导、神经突触的转递、同步活动、思维和功能破译等方面的技术，研究这些技术，就是希望能回答感知觉联结的图谱、情绪功能联结图谱、学习记忆功能联结图谱和抉择等问题。 　　 瞄准多种重要疾患 　　具体来讲，感知觉联结图谱研究，首先会关注我们的感知觉系统，探究包括视、听、味、嗅、体等各种感觉器官的神经联结基础和机制。 　　第二个方面，研究学习记忆和神经退行性疾患，如老年痴呆症。人类记忆分很多类型，某些类型的记忆障碍会导致记忆衰退、老年痴呆。我们将探索学习记忆和老年痴呆症的多层次规律的情况。 　　第三个问题是研究情绪和抑郁的脑功能联结图谱。情绪问题会导致很多复杂的社会问题，这里的核心是研究情绪编码的环路、功能表现、结构功能联结、异常网络和干预。 　　第四个问题研究抉择和成瘾。抉择是脑认知功能的非常重要的核心问题之一。我们每天都在做抉择，成瘾本身也是一种抉择，只不过是病态抉择。抉择研究中，我们会选择各种动物，包括果蝇、斑马鱼、小鼠、猴子乃至人的抉择。 　　第五个方面我们叫脑功能联结图谱研究关键技术。这方面包括多尺度的示踪和成像技术、神经系统的功能调控等，这些技术都非常关键。总的来讲，我们要围绕脑功能的研究，做一系列技术开发、集成、应用和支撑。目前，国内在脑功能研究及相关技术方面是相对弱的。 　　 突破壁垒聚全国资源 　　这个计划跨了中科院9个研究单位，包括中科院上海生命科学研究院神经所、中科院生物物理所、心理所、遗传发育所、自动化所、中国科技大学、中科院昆明动物所、武汉物理与数学研究所、中科院深圳先进技术研究院。目前，总共有23个研究团队参加。 　　现在，国际上围绕脑科学研究的技术手段开发真是八仙过海，大家都在积极探究各种技术。我们非常期待各行各业的专家学者都来关注脑科学。脑科学没有界限，每个人都有智慧的大脑，我们要突破学科壁垒，实现交叉和汇聚，从不同层面进入脑科学。