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大脑是人体最复杂的器官，同时也是极为精巧和完善的信息处理系统，其功能连接和工作机制是科学家们一直尝试解决的重大科学问题和难题。以阐明脑和神经系统的工作原理和机制为目标的脑科学是生命科学乃至所有自然科学领域中发展最为迅速的分支之一，脑科学的发展对脑疾病的防治、信息和智能产业的发展具有巨大的推动作用。正因为如此，欧盟、美国、日本等国家先后发布各自的脑科学研究计划，2016年，我国也发布了"中国脑计划：脑科学与类脑研究" [1]。在以临床需求为导向的脑科学研究中，神经外科应积极主动参与中国"脑计划" ，有助于我国在脑认知神经基础原理、类脑研究和脑重大疾病诊治水平等研究领域取得突破[2,3]。 由于脑科学研究具有重大的科学意义和广阔的市场需求，相继被世界主要发达国家列为科技发展的重要战略方向，并各自启动了宏大的脑科学研究计划。1995年，国际脑研究组织(IBRO)在日本京都举办的第四届世界神经科学大会上将21世纪称为"脑的世纪"。2012年，美国6位科学家提出一项名为"人类大脑活动图谱"的计划，经修订后上升为美国国家层面的大科学计划[4]。2013年4月，奥巴马宣布启动这项旨在揭开人类大脑奥秘的研究计划—"推进创新神经技术脑研究计划"(简称"脑计划")。2014年1月，欧盟委员会宣布，人脑工程成为欧盟"未来新兴旗舰技术项目"之一，并将在未来10年内获得10亿欧元的科研经费[5]。2014年10月，日本启动了"使用整合性神经技术制作有助于脑疾病研究的大脑图谱"研究计划[6]。不同类型的大脑研究计划将促进大规模高时空分辨率的记录分析神经元活动、神经回路、大脑和机器界面等新技术的开发速度，推动了脑科学研究的快速发展。总之，目前所开展脑计划的目标主要是利用现代化信息工具，建立神经信息学数据库和有关神经系统所有数据的知识管理系统，绘制出脑功能、结构和神经网络图谱，从基因到行为加深人类对大脑的理解。但从目前的进展情况来看，对于人脑的研究仅处在发展初期，距离真正揭示大脑的奥秘还有很长的路要走。 在各国脑计划引起巨大反响的同时，质疑的声音也不断产生，核心问题是引领脑计划的方向，依然是还原论与整体论整合的问题。还原论试图通过研究单个分子、细胞或回路等神经系统基础元素的特性来理解整体神经系统；而整体论主要关注系统的活动如何调节或是反映在行为上[7,8]。虽然在整体论方向上脑科学取得了诸如大脑皮质功能分区、系统性理解感知的形成机制等成果，但脑科学研究中还原论思想仍占据主导位置，集中暴露了当前神经科学的局限性。例如复杂树突的整合功能问题，目前对中枢突触的研究还局限于中枢模式兴奋性突触，而对于树突树的研究，特别是关于树突棘如何激活、如何汇聚信号并整合成为神经元胞体的兴奋，仍需要深入研究。 我国的脑科学研究有良好的传统和坚实的基础，脑科学与认知科学被列入《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006－2020年)》八大前沿科学问题之一，强调要加强"脑发育、可塑性与人类智力的关系"研究，科技部和国家自然科学基金委员会等部委对脑科学研究一直有较大的投入，如"脑功能和脑重大疾病的基础研究" 、"神经发育的基础研究"两项研究已列入国家"973计划"和"863计划" ，"攀登计划"中也有相关脑科学研究的课题被列入。 全国各地也相继整合优势资源展开脑科学研究，2001年10月，我国科学家加入"人类脑计划" ，成为这一计划的第20个成员国。2001年10月18日，北京大学脑科学与认知科学中心成立，整合了包括北京大学心理学系、生命科学学院、信息科学中心、神经科学研究所、精神卫生研究所和北京大学附属医院的部分科学家，从分子与细胞、系统、认知、行为等方面对人脑的结构和功能展开多层次、跨学科的综合研究，探索大脑信息加工的认知和神经机制，建立可以实施的计算模型。2012年8月，首都医科大学牵头成立了北京脑重大疾病研究院，以脑重大疾病转化医学研究为重点，强化学科的协同创新，建立了以脑疾病临床问题驱动项目为基础的学科团队整合机制，推动脑科学研究的发展。2013年，清华大学医学院、生命学院联合相关的信息和材料学科组建了清华大学脑科学研究院，聚集了20多位具有国际影响力的资深科学家和青年学者，旨在致力于推动我国神经科学的发展；并在抗衰老药物的发现、脑起搏器开发等方面也取得重要进展。2014年，中国科学院深圳先进技术研究院与麻省理工学院麦戈文脑科学研究所(MIT- McGovern Brain Institute)合作共建了脑认知科学和脑疾病研究所，主要研究方向包括脑重大疾病和脑健康研究—脑疾病模型的建立和脑疾病的机制研究。2015年3月，上海成立"脑科学协同创新中心" ，从而推进脑科学研究和转化应用。2015年9月1日，北京市科委召开"脑科学研究"专项工作启动会，宣布北京市重点开展脑科学的研究工作。 2016年3月，全国人民代表大会审议通过了中国"十三五规划纲要" ，提出在未来5年重点研究包括"脑科学与类脑研究"在内的100个重大工程项目，启动了以探索大脑认知原理的基础研究为主体，以发展类脑人工智能的计算技术和器件及研发脑重大疾病的诊断干预手段为应用导向的"中国脑计划" ，该计划将作为我国6个长期科学项目工程中的一个重要项目，资助时间长达15年(2016～2030年)。中国脑计划研究主要包括三大领域[1]：(1)脑认知神经基础原理领域：包括脑认知功能的神经环路和工作原理，绘制人脑宏观神经网络图谱和模式动物介观神经网络的结构性和功能性全景式图谱；(2)脑重大疾病诊疗领域：包括阐述脑重大疾病的致病机制、确定脑重大疾病预警和早期诊断指标、早期干预、治疗和康复的新手段和器件的研发、构建非人灵长类动物的疾病模型等；(3)类脑研究领域：类脑计算理论和新一代人工神经网络计算模型、类神经形态的处理器和类脑计算机、类脑计算系统所需要的软件环境和应用平台、可自我学习和能适应环境而成长的机器人、脑机接口和脑机融合的新模型新方法、脑活动调控技术等。相对于发达国家的脑计划内容，我国脑计划的范围更加广泛，涵盖了从基础理论研究到转化为社会生产力的各个领域。 自2014年以来，在国家科技部的组织下，中国脑科学研究领域的专家经过反复讨论，以脑科学研究的社会需求和脑重大疾病诊疗的临床需求为导向，完成了长达15年的中国脑计划的顶层设计，相关研究已获得全国人民代表大会的批准。神经外科作为脑科学研究的社会需求和临床需求的提出者和直接受益者，应充分发挥自己的优势，利用神经外科脑疾病资源丰富以及市场需求广阔的优势，立足于前期的科研基础和优势研究方向，通过与认知科学、神经影像学、生物信息学、化学、药学、计算机科学等多学科合作的模式，建立与国际接轨的脑科学研究技术平台和资源库，在着力于脑科学基础研究的同时，重点研究脑重大疾病的发病机制与治疗手段，以及脑机接口和人工智能设备的研发，将脑科学研究的成果快速转化为生产力。 (一)建立脑科学研究技术平台和资源库 在国际神经信息学协调委员会(INCF)的合作框架和标准下，通过与认知科学、神经影像学、生物信息学、化学、药学、计算机科学等多学科合作的模式，建立脑科学研究技术平台和脑科学研究资源库，主要立足于国内丰富的脑疾病资源，建立不同疾病状态下对脑结构和功能影响的标准化数据库，为政府卫生决策、脑科学研究、医疗保健和生物制药产业提供科学数据共享和信息服务。 (二)重点研究脑重大疾病的发病机制与治疗手段 通过颅内肿瘤、脑血管病、颅脑损伤等疾病对大脑结构、功能的影响，利用分子生物学、神经电生理检测、多模态神经影像技术及大数据技术等多种技术手段，研究脑功能重塑的机制、脑功能区的精细定位及其相互联系、脑与脊髓损伤修复的机制等问题，确定脑重大疾病的预警和早期诊断指标，如基因组学、血液、脑脊液、神经影像学和脑功能指标等，研发脑功能区精细定位技术和术中危险因素预警系统、促进神经康复的药物、调控神经再生修复技术等，提高脑重大疾病的早期干预、临床诊疗和神经康复等的水平。 (三)发挥脑认知功能研究的临床优势 神经外科应发挥临床疾病资源充足的优势，利用分子生物学、细胞生物学、多模态神经影像学等各种技术手段，研究颅内肿瘤、脑血管病、颅脑损伤及脑功能性疾病状态下对人体大脑基本和高级认知功能的影响，结合脑认知科学基础研究领域的成果，对脑认知的神经基础原因不断进行认识与再认识，最终将脑认知科学的研究结果转化为临床患者服务的终极目标。 (四)注重人工智能技术和脑机接口设备的研发 神经系统疾病的致残率较高，诸多神经功能障碍在现有的技术条件下无法得到有效康复。因此，神经外科应紧密结合临床需要，联合类脑人工智能领域、脑认知研究领域的技术力量，研发新一代人工智能设备，将脑神经机制和认知行为机制进行类脑计算机模拟，发展新型的脑信号获取、预处理、特征提取、变换算法等相关技术，改进脑机接口设备的易用性、精准度和抗干扰能力，推动脑机接口设备的临床应用，改善患者的神经功能障碍。 总之，神经外科应当抓住中国脑科学与类脑研究的时代契机，更加积极主动地参与并引导我国脑计划的研究工作，发挥自身的学科优势，整合相关学科的技术力量，融入脑认知、脑重大疾病的诊疗水平和类脑科学研究中，促进我国早日跻身于世界脑科学研究的先进行列，为提高我国人民群众的健康水平做出贡献。 参考文献略 |
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