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06-21
自然界中哪个系统最复杂？这是大脑和宇宙。
宇宙中有数十亿个星系，人脑也有数以万计的神经元，与分子和细胞共存。
它们相互联系、相互作用，控制人类的行为，构成人类的思想。
不幸的是，直到今天我们还没有揭开人脑连接组的结构和功能之谜。
探索未知是人类的天性。
脑科学研究仍然存在一大片未知领域，吸引着无数研究人员试图揭开它的神秘面纱。
与此同时，已有的脑科学研究成果已经出现在市场上：脑科学不仅可以为临床上的一些“疑难杂症”提供治疗方案，还可以通过模拟大脑来推动科技的迭代。
合成生物学曾被称为“未来科学”，一度占据创新前沿。
随着资本市场的整体收缩，这一“未来科学”也遭遇寒潮。
但相比之下，脑科学赛道依然炙手可热。
#01 圣贤时代燃起的“火”。
脑科学的起源其实可以追溯到亚里士多德时代。
早在古罗马时期，先贤们就提出了“精气”的概念，并解释说“精气存在于头部，控制着人的思维和运动”——这也是脑科学最早的雏形。
然而，脑科学研究离不开科技手段的进步。
“精气”提出后的数百年里，脑科学一直处于“蒙昧阶段”。
直到电的出现，脑科学才逐渐从“概念推测”转向实际研究。
近年来，是脑科学发展的高峰期。
截至2009年，脑科学领域已有24个诺贝尔奖奖杯落下。
这些奖杯还勾画出了脑科学发展的“近代史”：神经系统基本结构发现时期、细胞传递信息时期和大脑感知理解时期。
说到神经系统基本结构的发现，我们离不开脑科学“之父”卡米洛·高尔基和圣地亚哥·拉蒙·卡哈尔。
他们因单神经细胞染色技术获得2011年诺贝尔奖。
从表面上看，这项研究似乎与脑科学没有直接关系。
但事实上，如果没有这项技术，后人就无法直接观察到各种神经细胞的活动，自然也就无法进行神经元的各种研究。
因此，这项研究可以算是为脑科学奠定了基础。
搞清楚脑神经的基本结构后，神经如何传递信息就成为科研人员关注的焦点。
对于脑科学研究者来说，鱿鱼一定是“福星”。
今年，Henry Hallett Dale 和 Otto Loewi 通过观察鱿鱼的神经纤维发现了神经传递的方向和功能。
最后，他提出了神经间化学信号传递的规则，获得了诺贝尔奖。
此后，研究人员开始尝试通过脑科学治疗疾病。
2000年，沃尔特·鲁道夫·赫斯通过解剖大脑发现了大脑分区控制的秘密。
这项研究直接推动了脑科学的临床应用。
随后，人们逐渐发现了大脑与视觉、嗅觉、听觉、运动、空间导航等的关系。
这些研究无疑赢得了诺贝尔奖的青睐。
甚至去年的诺贝尔奖获得者大卫·朱利叶斯和阿德姆·帕塔普蒂安也因发现热、冷和机械力如何触发神经冲动的规则而获奖。
随着脑科学基础研究的突破，脑科学的另一个分支也在悄然萌芽。
这就是受大脑启发的研究。
类脑研究是近年来兴起的一个新兴研究领域。
顾名思义，它是通过模拟大脑而发起的一系列研究。
类脑研究不仅将引发新一轮智能技术革命，也有望彻底改变当前的计算处理系统。
同时，它也可以反馈大脑基础研究，加深我们对大脑的认识。
种种优势使其成为近年来国际学术界的重要新趋势。
它也已成为大脑研究的重要组成部分。
#02 22个省市、45家科研院所开展脑科学研究。
当人类开始了解大脑的基本结构时，将脑科学付诸实践就成为科研人员的共同目标。
近年来，脑科学相关企业如雨后春笋般涌现，如脑病诊疗解决方案、类脑计算机研发等。
CB Insights数据显示，2018年脑健康领域全球市场规模为62亿美元，2020年将突破100亿美元，成为下一个有可能对人类社会产生颠覆性影响的行业。
在全球脑科学产业中，中国脑科学企业的融资活动极为活跃，位居全球第二。
我国脑科学产业的快速发展也体现了基础科学研究的进步。
在《全球脑科学发展报告》中提到：目前我国脑科学研究发展迅速，但与发达国家相比，在论文发表、专利申请等方面还存在较大差距。
如今，这一差距已逐渐缩小。
据统计，2017年神经科学领域新发论文近0篇中，中国发文总数位居全球第二，前五名机构中有3家是中国。
此外，论文质量也取得新突破。
无论是医院还是科研机构，中国在总影响因子排名中都跻身前五。
▲脑科学领域年度刊物（数据来源：研究猫）过去的一年，我国脑科学研究快速增长，这当然离不开政策引导。
从2004年到2016年的十几年里，我国共出台了30多项支持脑科学发展的政策法规，拨款近百亿，地方政策不计其数。
“十四五”规划还明确提出“脑科学和类脑研究”。
正是因为多年的积累，我国脑科学在2019年迎来了爆发。
科研院所是创新研究的摇篮，科研成果自然离不开实验室。
截至2020年，我国共有22个省市、45个科研院所、共有58个脑科学实验室开展脑科学研究。
▲ 全国脑科学实验室情况（如有遗漏，请指正） 脑科学研究不仅在临床上大放异彩，在产业界也大放异彩。
追根溯源，这近60个脑科学实验室未来或许会出现黑马。
它会在哪里诞生？ #03 脑科学研究在哪里进行？ 建立实验室需要大量的财力、物力，因此无论是选址还是设立单位都是经过反复考虑的结果。
我们似乎可以探讨一下我国脑科学研究的现状和未来。
■ 地理位置：集中在北京、上海、江苏。
从地域上看，北京、上海、江苏是脑科学相关研究机构（实验室）聚集的重点地区。
这与我国脑科学的发展历史是一致的。
2009年，蒲慕明院士组织成立了我国第一个脑科学专业研究所——中国科学院上海生命科学研究院神经科学研究所，并担任所长。
这开启了我国脑科学系统研究的大门。
此后，中科院联合北京大学、清华大学等高校成立脑科学研究所，推动脑科学研究走进高校。
江苏作为我国大学最集中的省份，自然成为脑研究的中心。
除了历史因素外，政策导向也是选址的关键因素。
“中国大脑计划”被誉为最有力的脑科学研究支持政策之一。
“中国大脑计划”启动后最大的举措就是成立了“北脑、南脑中心”，即北京脑科学与类脑研究中心和上海脑科学与类脑研究中心。
两个研究中心自成立以来，都以成为世界一流的脑科学和类脑研究开发机构为目标，因此政府也为它们配备了优秀的人才和设备资源。
大量脑科学人才聚集在上海和北京，这也吸引了想要分一杯羹的脑科学相关企业。
在政策和市场的双重推动下，两个实验室带动了更多高校和研究所在脑科学领域“扎堆”，北京和上海自然成为脑研究的两大聚集点。
■ 主题：不限于医学院。
从学院学科的角度来看，脑科学与其他医学专业不同，并非医学院独有。
一些综合性大学甚至理工科大学也专门开设脑科学专业。
这与脑科学概念的拓展有关。
在发展初期，脑科学并不是一门独立的学科。
它更常被称为神经科学，起源于生理学、生物化学、生物物理学、药理学、解剖学、胚胎学、神经学和精神病学，主要是对中枢功能控制系统的研究。
直到20世纪80年代，脑科学才成为一门独立的学科。
分子生物学、遗传学、成像甚至计算网络都被纳入脑科学研究范围。
随着生命科学领域的发展，人们逐渐认识到医学绝不是一门能够独立发展的学科。
多领域协同发展是创新的新趋势。
脑科学也是如此。
脑科学的各个分支学科不再专注于单一的研究策略，而是相互融合。
如今，脑科学的含义已被“拓展”，几乎涵盖了所有与脑相关的研究，包括疾病的发病机制、诊断、治疗和预后等。
理工科科研院所的大数据技术、人工智能技术、云计算等技术也成为脑科学发展不可分割的重要组成部分。
得益于此，脑科学不再是传统制药行业的“专利”，而是成为生物工程的重要支柱之一。
总而言之，脑科学是一门综合性研究课题，也是一门最具潜力的学科。
除了已建立的科研中心外，我们还看到很多新兴城市和科研院所都在以自己的方式在脑研究和转化领域发力。
脑科学不仅具有临床重要意义，还可能推动新一代人工智能和新信息产业的发展。
因此，脑科学研究也需要更多具有全面知识储备的研究人员加入其中。
#04 脑科学研究高度重视应用和发展。
对于一个实验室来说，研究方向也代表了实验室的研究重点。
橙果局整理了全国58个脑科学实验室，发现其研究方向可分为脑认知、脑保护、脑发育三大模块。
▲ 三大模块统计 大脑认知 顾名思义，就是探索大脑的组成、功能和机制原理。
脑保护是对脑部重大疾病的诊断和治疗方法的研究，包括神经系统疾病、精神疾病等。
脑开发狭义上可以理解为基于脑研究的技术开发。
然而，随着脑发育研究逐渐发展起来，其子类别也呈现出“自立门户”的趋势，其中最明显的就是以脑机接口为代表的“类脑研究”。
■ 大脑认知：应用转化的基础。
从实验室的研究方向可以看出，脑保护和脑发育的项目数量远远高于脑认知的项目数量。
虽然人类对脑科学研究可以追溯到文艺复兴时期，已有多年的历史，但近年来脑科学研究确实迎来了爆发期。
一个世纪以来，人类对大脑的认识不再局限于其结构，而是对神经细胞的编码和传递、神经元相互作用、甚至反应功能有了清晰的把握。
然而，脑科学领域仍有许多“未解之谜”尚未解开。
因此，我国也在积极推进脑科学的基础研究。
以复旦大学脑科学研究所为例。
它与医学神经生物学国家重点实验室合作，重点研究神经活动的基本过程和大脑的高级功能。
重点关注神经信号转导与突触传递、感觉信息处理及其机制、神经系统功能发育、再生与可塑性等脑科学基础研究。
但基础科学研究最终还是要为应用研究服务的。
除了基础研究外，复旦大学脑科学研究所还注重脑科学的临床转化和应用。
短短一年时间，复旦大学脑科学研究所已在国际知名杂志上发表多篇帕金森治疗、青光眼治疗、抑郁症诊治等文章。
“提高脑科学研究能力，满足社会健康需求”也成为研究院的目标。
复旦大学脑科学研究所并不孤单。
大脑的基础认知研究仍在继续，但目前的认知基础足以支撑更多项目的转型和发散。
这可能是目前脑保护和脑发育研究蓬勃发展的原因之一。
脑保护和脑发育都是脑科学的广泛应用，但也存在许多差异。
从应用场景来看，脑保护更注重临床应用，而脑开发则是技术创新。
■脑部保护：神经退行性疾病和精神疾病仍需探索发病机制和诊治方案。
目前，从事脑保护研究的研究者比较关注的疾病大致可分为四类。
一是神经退行性疾病，如阿尔茨海默病、帕金森病、肌萎缩侧索硬化症等。
二是精神疾病，如抑郁、焦虑、失眠等。
三是儿童常见的神经发育障碍，如多动症、多动症等。
自闭症、智力障碍等。
四是源于大脑结构本身的脑肿瘤和脑血管疾病。
从数量上看，最多的实验室专注于神经退行性疾病。
这可能也与近十年来神经退行性疾病发病机制的突破性进展有关。
科学界现已确定了与神经退行性疾病相关的遗传因素和生化过程，但仍然没有可以完全治愈甚至逆转这种疾病的治疗方法。
因此，科研人员关注神经退行性疾病，一方面是为了更好地了解疾病的发病机制和合并症的原因，另一方面是为疾病的诊断和治疗提供有效的解决方案。
例如，香港科技大学分子神经科学国家重点实验室一直致力于神经科学的基础研究以及神经系统疾病的机制和干预措施的开发。
2017年，叶玉如教授领导的国际研究团队发现了一种血液蛋白，它在阿尔茨海默病（AD）的发病机制中发挥着关键作用。
这一发现可以为AD患者提供创新的治疗策略，有效降低AD风险，改善患者病情。
该研究发表于《Nature?Aging》，并在Alzforum等专注于AD研究的学术交流平台上引发热议。
在关注精神疾病的实验室数量中，精神疾病仅次于神经退行性疾病。
社会发展给人们生活带来便利的同时，也带来了不可忽视的社会压力。
大量的精神疾病患者已构成严重的社会问题。
此外，不少明星因精神疾病选择结束生命，“关注精神疾病”的话题一次次被推上社会讨论的风口浪尖。
许多实验室正在尝试通过光、电、磁等技术来改善精神疾病患者的状况。
天津市脑科学与类脑研究中心专门将“利用声、光、电、磁技术创新开发先进神经功能检测与调节设备”的研究列为重点方向。
然而，大多数精神疾病的发病机制仍不清楚，大多数治疗方案都是基于循证医学。
因此，了解精神疾病的发病机制，从发病机制入手寻找“对症下药”的治疗方案，是当前科研人员的研究方向。
■ 大脑开发：脑机接口研究已成大势所趋。
随着脑成像、脑机交互、生物传感、大数据处理等新技术不断涌现，脑科学与计算技术、人工智能、纳米材料等学科正在呈现交叉融合。
情况。
大脑发育不仅受益于技术创新，也反哺技术迭代。
因此，类脑研究已成为科学研究的热点，各大国在类脑研究方面的竞争也日趋激烈。
“中国大脑计划”中，类脑、脑机智能被列为核心内容。
对类脑研究的政策力度和科研重视程度均高于其他脑研究。
在类脑研究中，脑机接口研究是最受关注的方向。
在涉及大脑发育研究的25个实验室中，有18个专注于脑机接口研究。
脑机接口是一门与生命科学和信息技术高度融合的学科。
理工科大学自然成为研究的主力军。
例如，湖北科技大学也设立了专门的脑机接口和机器学习实验室。
此外，脑机接口的普及还体现在政策面。
据统计，截至今年，科技部、卫生部、国务院等已出台脑机接口支持相关政策23项。
31个地方省市共出台34项支持政策，将脑机接口在医疗康复、虚拟现实等领域的产业应用列为产业发展重点。
纵观整个脑科学研究，对脑认知的关注度还是略逊于其他两者。
然而，无论是大脑保护还是大脑发育都离不开大脑认知的研究。
大脑是人体最重要的器官，也可能是最复杂的器官。
只有弄清楚大脑的网络结构，才能真正打通大脑与其他研究的联系。
#05 结论 2018年，《Science》杂志庆祝创刊周年时，邀请了来自世界各地的数百位科学家，列出了他们认为当今世界最重要的前沿科学问题，最后总结为18. 其中脑科学18期。
当时，脑科学被寄予厚望，甚至被称为“世纪前沿科学”。
18年后的今天，脑科学的谜团正在一点一点被揭开。
我们可以一睹它的潜力和机遇，也可以感受到还有未知等待探索。
多年来，我们从了解大脑的基本结构到弄清楚神经传递的奥秘。
明年脑科学会给我们带来什么惊喜？答案就在实验室里。
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