|
大脑是个很奇妙的东西。人与所有动物的一举一动几乎都跟大脑和神经系统脱不了关系，无论是任一种感官（视觉、听觉、触觉、嗅觉）、动作、思绪（注意力、学习、记忆、判断）、情绪，乃至于每一个判断与决定，都和大脑息息相关。就算试着休息放空脑袋，大脑还是控制了呼吸、心跳、睡眠，乃至于所有基本的生理需求（饿、渴、性）。
一旦大脑的运作偏离了常轨，各式各样的问题随之而生：像是思觉失调、忧郁、焦虑、注意力失调与过动、失智、帕金森氏症、癫痫、药物成瘾等。大脑里面到底装了些什么东西，让它可以负责这么多的行为与认知功能？这是系统神经科学（systems neuroscience）所要回答的根本问题。 近几年来，世界各国都投入大量的资源以进行系统神经科学研究，美国的脑启动计画（Brain Initiative）是其中最大规模的计画。由于大脑是由一个个神经元（神经细胞）所组成，而神经元透过电讯号彼此传递讯息，脑启动计画背后根本的想法便是将大脑当成一部电脑来理解，把大脑看成是一个处理讯息的复杂电路：当外界的资讯接触到我们的身体，感官系统开始处理这些讯息，各种认知功能加入运作，依照身体内在的状态与需求，做出适切的反应与决定。在这复杂的大脑电路里，每一种行为与认知功能，都有其相对应的特殊神经回路。 在这个脉络下，研究大脑的首要工作是得了解电路基本元件的特性跟电路设计图。脑启动计画即是由此展开，确立几个重要的研究目标： 辨识不同种类的神经元，这好比厘清电路里各种基本元件 建立脑中神经网路的连结图谱，像是建构大脑里面复杂的电路图 记录大批神经元在各种行为及认知功能下的活性，等同于透过观察的方式来理解大脑电路的运作方式 透过直接改变神经元活性的技术，探讨神经元活性与各种行为及认知功能间的因果关系 建立统合性的脑功能理论以及分析大量资料的工具 将基础研究的成果推展至人脑方面的疾病治疗与预防 脑启动计划所需要的各项技术，尤其是标定各种神经元、记录以及改变其活性的方法，在过去十年来都有革命性的发展。举例来说，透过分子遗传学的技术，现在已经可以在小鼠模型中精准标定各个种类的神经元，并在其中表达量身订做的新式分子工具，包括光遗传学（optogenetics）中的各种光控离子通道，或是超敏感萤光探针。 光遗传学这个新技术让研究者可以透过光照来活化不同的离子通道以控制（增强或是抑制）神经元的活性，是测试神经元活性与各种行为及认知功能因果关系的重要工具。新式萤光探针，譬如新近研发的GCamp6，则提供了一个用光学显微镜大规模记录神经元活性的途径。 另外，利用微电极直接记录神经元活性的电生理技术也有长足的进步，同时记录上百个神经元的技术已经普及，记录上千个甚至上万个神经元的技术也已问世。这些新技术让系统神经科学进到前所未有的境地。 |
|
|
