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脑科学，是人类未来一百年最重要的两大前沿之一 4月20日以“脑科学与类脑技术”为主题的“2023松山湖科学会议”在东莞松山湖科学城召开，院士专家齐聚东莞。 大脑是人类智慧的集结，是已知宇宙当中最复杂的产物，脑科学研究被喻为科研领域“皇冠上的明珠”。迄今为止，在人类生命体的研究中获诺贝尔奖最多的就是脑科学，但对大脑这个由上千亿神经细胞组成的3磅重的器官，仍知之甚少，也严重阻碍了人类对脑疾病机制的理解。 中国科学院院士、南方科技大学生命科学院院长张明杰在本次松山湖大会上作了题为《相变与神经突触的可塑性》的报告，“我从事了将近30年的科研工作，就想了解大脑里面最基本的单元到底是怎么运作的。” 我国“十四五”规划明确提出重点布局脑科学与类脑研究等重大研究领域，科技部于2021年正式启动了“科技创新2030-脑科学与类脑研究”重大科技项目。而更早的在我们之前，2013年美国新增45亿美元正式启动“推进创新神经技术脑研究计划”（BRAIN）；同年，欧盟启动10亿欧元的“人脑工程”计划（HBP）；2014年日本也启动神经科学研究计划。 脑疾病，成为人类健康的第一大威胁 脑科学的研究面向的是治疗脑疾病的迫切重大需求。现阶段，包括老年痴呆症、精神分裂症、抑郁症、癫痫病、脑卒中、药物成瘾和滥用，以及儿童阶段常见的自闭症、多动症等在内的脑疾病的发病率逐年增高。脑疾病不仅严重影响家庭，也给社会带来沉重的负担。 当前，全球有超过5000万阿尔茨海默病患者、3.5亿抑郁症患者，近10%的儿童患有多动症。据世界卫生组织的统计，包括各种神经类和精神类疾病在内的脑相关疾病，已经超过心血管病、癌症成为人类健康最大的威胁。 大多数重大脑疾病都源于脑功能网络的病变，但目前对人类脑功能网络和疾病相关神经环路的检测非常困难，严重阻碍了对脑疾病机制的理解，导致普遍缺乏有效治疗手段。 以阿尔茨海默症为例，从1998年开始，全世界先后有100种药物投入测试，但只有屈指可数几种药物获批使用，且适应人群和症状高度受限，实际效果很不理想。
脑科学的研究范围不仅仅局限于认识脑，如绘制人脑发育图谱、探究嗅觉工作机理等，还包括如何更好地保护脑、开发脑、创造脑。
目前，以新一代脑科学研究为核心，以类脑智能研究、神经性疾病与治疗、脑科学技术与方法、脑科学信息与服务为中间层，以大脑控制、脑机接口、大脑模拟、人工智能、新药研发、脑控仿生科技、新型教育教学等为应用层的脑科学发展图谱业已形成。 如今，随着基因技术、遗传学技术、光学技术、电信号检测技术、超高分辨显微成像技术、工程学技术、纳米技术等新兴技术逐渐应用于脑科学领域，极大拓展了脑科学研究的疆界，也将脑科学研究热潮推向了前所未有的高度。 当前，在基础研究方面，全球每年发表约10万篇脑科学相关科研论文，研究阵营也逐渐由美欧两极向美欧亚三极转变，其中中日韩已成为亚洲地区最具实力的脑科学高地；在应用研究方面，全球相关专利年申请量不足5000份，还没有进入广泛应用阶段；在研究技术开发方面，主要以神经医学和脑图谱、脑成像等为主。  2016~2020 年中美两国在脑科学领域发表论文数量的对比  2016~2020 年中美两国在脑科学领域申请专利数量的对比 我国主要研究机构 目前，我国在脑科学领域已经形成了三大类研究主体： 一是以上海脑科学与类脑研究中心、北京脑科学与类脑研究中心为代表的中国脑计划南北两个中心； 二是以复旦大学脑科学前沿科学中心、浙江大学脑与脑机融合前沿科学中心为代表的教育部前沿科学中心； 三是国内高校和科研院所成立的各类研究机构，如清华大学、北京大学、北京师范大学、中科院深圳先进技术研究院与IDG共建的麦戈文脑科学研究院。  脑科学主要应用领域 目前脑科学应用领域可以分为两大方面：一是脑科学与其他学科之间不断交叉拓展、向纵深融合，催生了新兴学科、新兴科技的诞生和繁荣，如神经教育学、脑机接口的兴起；二是研究成果直接应用于其他领域，如仿生科技、人工智能、医疗、军事等。 1.脑机接口 脑机接口是指在人或动物大脑与外部设备之间创建的直接连接，从而实现脑与设备的信息交换。脑机接口技术主要应用于人机交互、革命性假肢（神经控制假肢）、神经预测与新兴疗法、恢复主动记忆和 RAM 重播、神经工程系统设计、下一代非侵入性神经技术等领域。 2.人工智能 目前，全球人工智能研究正向机器智能进化，但仍有很多技术难题需要克服，如机器人还不够灵活，仿真模拟仍没有达到人类那样的协调性和灵活性。现有算法与期望结果之间的差距，迫切需要对脑科学进行更加深入和精准的研究。 3.医疗领域 脑科学的发展对于人类了解自身神经精神领域有着重要的价值与意义，为科学家研制新的治疗药物和治疗策略提供了可能。例如，依据抑郁症病理机制，研发出抗抑郁有效药物——谷氨酸受体（NMDAR）抑制剂氯胺酮。 2022年5月，被誉为马斯克在脑机接口领域最大竞争者的Synchron宣布，在纽约西奈山医院招募到了美国临床试验的第一位患者，这也是FDA批准的首个脑机接口临床试验，用于渐冻症患者、瘫痪病人等的神经恢复学应用，帮助重新获得行动能力，意味着首个实现商业应用的脑机接口产品可能即将诞生了！ Synchron产品最大的特点就是无需进行开颅手术，它的外观像一个血管支架，能够通过微创手术放置在大脑血管中，经过几天的细胞生长期，与大脑建立链接。  患者通过意念实现了发短信、发送电子邮件、购物和操作网上银行业务等日常活动 4.军事领域 脑科学的发展同时也具有强大的军事应用前景，将推动军事领域的重大变革，可直接应用于现代战场的多个领域，包括催生新型脑控武器和智能化装备，提高作战人员知识与作业能力，优化军事训练与决策，改善军人神经与精神损伤的救治，推动心理战的升级等。脑科学的军事应用主要体现在“仿脑”“脑控”和“控脑”三个方面。 “仿脑”，即借鉴人脑构造方式和运行机理，开发出全新的信息处理系统和更加复杂、智能化的武器装备，甚至研发出与人类非常接近的智能机器人。 “脑控”，即通过大脑实现对外界物体或设备的直接控制，减少或替代人类肢体操作，从而提高作战人员操控武器装备的灵活性和敏捷性。 “控脑”，即利用外界干预技术手段，实现对人的神经活动、思维能力等进行干扰甚至控制，导致出现幻觉、精神混乱甚至做出违背己方利益的行动，其关键是开发能够监测和干预大脑思维活动的信息系统。 近5年来，全球脑科学行业快速发展，2022年的上半年脑科学市场规模达到41亿美元，预计将在2024年突破100亿美元，脑科学有可能成为下一个为人类社会带来颠覆性影响的产业。 深圳去年发布了《深圳市培育发展未来产业行动计划（2022-2025年）》，规划了八大未来产业，其中脑科学与类脑智能等四个未来产业目前处于孕育期，规模较小，可以预测10-15年内脑科学与类脑智能产业有望成为战略性新兴产业中坚力量，潜在市场巨大。 同时，脑科学的发展仍然面临巨大的挑战，除了技术上，因为大脑的复杂性问题现有技术还无法精准解析大脑，同时还面临伦理道德的障碍，在医疗卫生、军事、教育等方面的应用可能会引起一系列安全、伦理和法律问题。但无论阻碍有多大，脑科学研发已经成为时代潮流不可阻挡，其大规模进步必将为人类带来一个日新月异的新世界。 |
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