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涨姿势 |《Neuron》上的中国脑计划,引入中医特色

 解螺旋 2020-08-27

作者:解螺旋.叶子

如需转载请注明来源:解螺旋·医生科研助手

导语

时至今日,大脑依旧是人类认知的黑洞,大脑之谜是和宇宙之谜等量齐观的科学难题。中国科学院神经科学研究所等研究机构在《Neuron》上发表了“中国脑计划”的相关论文。


玩过红警2的人都知道,这家伙叫尤里。作为苏联方的特殊人员,他对于人脑的研究无人可及,结合与生俱来的天赋,使他拥有了心灵控制这样的BT能力,让苏联在前期取得的巨大的战略优势。

在科学领域,大脑与宇宙一样,充满着谜团。研究大脑的神经学科包括了神经生理、神经解剖以及心理学等众多分支。神经科学已成为当代科学发展的最前沿,新技术,新发现层出不穷,日新月异。随着20世纪新技术的出现,特别是计算机,信息学,人工智能的出现,脑科学研究也正在出现新的研究浪潮。2013年开始,欧美就相继开始的自己的“脑计划”。

前不久,中国科学院神经科学研究所、中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心、香港科技大学生命科学部和分子神经科学国家重点实验室、中国科学院自动化研究所在《Neuron》(IF:13.974)上联合发表了一篇概述论文“China Brain Project: Basic Neuroscience, Brain Diseases, andBrain-Inspired Computing”,介绍了“中国脑计划”在基础神经科学、脑疾病和脑启发计算上的研究进展。

 

当然,现在的脑科技还造不出尤里这种“科幻产物”。但其已经对大脑不同区域的功能结构,大脑细胞之间的联结也有一个全方位的认识。对很多脑疾病的研究也有促进作用。“中国脑计划”主要有以下内容:

一、基础神经科学

这不封主要研究大脑对外界环境的感官认知,即探究人类对外界环境的感知,如人的注意力、学习、记忆以及决策制定等。不仅要描述不同层面的认知相关的现象,包括神经回路、细胞、分子;还要对在不同层面观察到的现象之间的因果联系的机制理解。


得益于脑成像技术和分子与细胞生物学的快速发展,在宏观和微观层面上对脑的理解已经取得了很大的进展。我们不仅能区分大脑不同区域的细胞类型,同时对大脑不同区域的功能结构,大脑细胞之间的联结也有一个全方位的认识。大脑认知则体现在,有关大脑细胞形成节点的分子以及遗传因素,脑活动的形成以及行为产生的机理等方面。

二、脑部疾病的早期诊断和干预

据估计,目前全国 13 亿人口之中,约五分之一患有慢性精神疾病或者神经衰退性疾病。中国脑计划旨在研究致病机制并为发展性(例如自闭症和智力迟钝)、神经精神性(例如抑郁症和成瘾症)和神经衰退性(例如阿尔兹海默病和帕金森病)的脑科疾病开发出有效的诊断和治疗方法。

诊断:早期的诊断从分子、细胞和神经回路层面上开展病理生理学的研究;运用组学的方法有助于识别遗传因素、细胞类型特异性表观遗传因子、蛋白质的表达和修饰、脂质的组成和代谢。高通量分析将有助于鉴定疾病特异性预后标志物,阐明遗传和环境之间的相互作用。


疾病模型:基于所识别的分子靶标的基因编辑的脑疾病 NHP 模型将提供用于理解发病机制和用于开发药理学和生理干预方法。对于神经衰退性疾病,早期使用药物来干预疾病进展是未来药物开发的希望的方向。

早期治疗:特定的脑功能定量测试将提供有价值的信息,用于识别高风险人群的特定大脑功能的早期干预。物理刺激的使用(涉及到诸如经颅刺激和经颅直流电刺激的工具)已经引起了对脑疾病的治疗处理的广泛关注,但是这些工具的使用却缺乏特异性和生理健康的基本条件。识别基于各种功能障碍的特定神经回路以及空间和时间上更精确的刺激方法将促进防止特定回路功能恶化的神经调节作用。

大数据分析:中国拥有世界上最大的几乎所有种类的主要脑部疾病的患者群体,所以迫切地需要早期诊断和干预。中国脑计划为大量人群建立长期脑部健康记录,将定量脑功能测试作为定期健康检查的一部分,以及脑成像数据库、基于血液的生物库和健康以及患病的脑部的国家存储库。

中医的引入:现代医学实践当中,中医的使用受到其对经验积累的依赖性而非基于证据的研究的阻碍,在许多基于中医的药物中难以复制草药提取物的标准化混合物的剂量和组成,导致了缺乏治疗效果的精确信息。许多研究人员现在正在从药用草药中分离活性成分,这些分离的化合物的天然产物库也已经被开发来容易地筛选具有特定生物活性的分子,包括在神经系统的分子,其中鉴定的化合物面临着严格的临床前开发,类似于药物的最佳选择。


基因转录分析可用于提取表征草本提取物、化合物或制剂的作用机制,以便测量它们在分子、细胞和身体层面上的作用。利用数学模型和算法,来设计多种中医成分的最佳混合物。通过智能方式利用中医大量的数据,这大大降低了费用和劳动密集型分析,同时提高鉴定有效协同药物组合的可能性。

三、类脑科学与人工智能

最后,类脑科学研究,则主要应用于人工智能技术的研发上。通过类人脑神经网络模型和计算方法的建立以及通过类脑计算、处理以及存储设备技术的研究,有助于我们对新一代人工智能机器以及类脑机器人等项目的开发。

当然,完全理解人类大脑的结构和功能是神经科学的一个有吸引力但遥远的目标。但我们可以先定下一个小目标,比如鉴定阿尔兹海默症的早期分子或功能性标志。


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