腦科學（研究腦的結構和功能的科學）

腦科學（研究腦的結構和功能的科學）研究腦的結構和功能的科學01腦科學概要研究概況研究方向主要研究進展目錄03020405主要研究方法研究機構獎項設立學科評價目錄070608基本信息腦科學，狹義地講就是神經科學，是為了了解神經系統(tǒng)內分子水平、細胞水平、細胞間的變化過程，以及這些過程在中樞功能控制系統(tǒng)內的整合作用而進行的研究。（美國神經科學學會）廣義的定義是研究腦的結構和功能的科學，還包括認知神經科學等。2022年4月6日，《自然》雜志報告了一個國際研究團隊繪制的覆蓋人類整個生命周期的大腦發(fā)育標準參考圖。腦科學概要臨床神經科學基礎神經科學腦科學概要基礎神經科學側重基礎理論。神經生物學：研究人和動物的神經系統(tǒng)的結構與功能、及其相互關系的科學，是在分子水平上、細胞水平上、神經網絡或回路水平上乃至系統(tǒng)和整體水平上闡明神經系統(tǒng)特別是腦的物質的、能量的、信息的基本活動規(guī)律的科學。(認識腦)有六個研究分支：分子神經生物學（化學物質）、細胞神經生物學（細胞、亞細胞）、系統(tǒng)神經生物學、行為神經生物學（學習記憶、情感、睡眠、覺醒等）、發(fā)育神經生物學、比較神經生物學計算神經科學：應用數學理論和計算機模擬方法來研究腦功能的學科。(創(chuàng)造腦)臨床神經科學側重醫(yī)學臨床應用，研究與神經系統(tǒng)有關的疾病，及其診斷、治療方法、技術等(保護腦)研究方向研究方向認知神經科學的最終目的是在于闡明人類大腦的結構與功能，以及人類行為與心理活動的物質基礎，在各個水平（層次）上闡明其機制，增進人類神經活動的效率，提高對神經系統(tǒng)疾患的預防、診斷、治療服務水平?；灸繕耍?、揭示神經元間各種不同的連接形式，為闡明行為的腦的機制奠定基礎。2、在形態(tài)學和化學上鑒別神經元間的差異，了解神經元如何產生、傳導信號，以及這些信號如何改變靶細胞的活動。3、闡明神經元特殊的細胞和分子生物學特性。4、認識實現(xiàn)腦的各種功能（包括高級功能）的神經回路基礎。5、闡明神經系統(tǒng)疾患的病因、機制，探索治療的新手段。研究概況日本美國歐盟中國研究概況日本1996年制定為期二十年的“腦科學時代——腦科學研究推進計劃”了解腦——闡明腦功能–闡明產生感知、情感和意識的腦區(qū)結構和功能（功能定位、認知、運動、情感、學習，思維、直覺、自我意識）–闡明腦通訊功能（語言信息在腦神經網絡中表達的機制，人類獲得語言能力的過程、語言、思想和智力之間的關系）保護腦——征服腦疾患–控制腦發(fā)育和衰老過程（識別與發(fā)育及腦分化相關的基因家族、發(fā)展調節(jié)腦發(fā)育和分化的技術手段，促進人類大腦健康發(fā)育和防止發(fā)育異常，控制人腦衰老）–神經性精神性疾病的康復和預防（藥物成癮、修復受損腦組織、單內因性疾病的發(fā)病機制、神經組織移植和基因療法，老年性癡呆、帕金森氏病、精神分裂癥的治療和預防的方法）創(chuàng)造腦——開發(fā)腦型計算機美國美國腦計劃“BRAINInitiative”：美國“腦計劃”于2013年公布——推進創(chuàng)新神經技術腦研究計劃，擬在10年時間內用30億美元資助美國腦研究，通過繪制大腦工作狀態(tài)下的神經細胞及神經網絡的活動圖譜，揭示腦的工作原理和腦疾病發(fā)生機制，發(fā)展人工智能，推動相關領域和產業(yè)的發(fā)展。

歐盟歐盟腦計劃“HBP”：2013年，歐盟委員會宣布將“人腦工程”列入“未來新興技術旗艦計劃”，力圖集合多方力量，為基于信息通信技術的新型腦研究模式奠定基礎，加速腦科學研究成果轉化。該計劃被認為是目前世界最先進的腦科學大型研究計劃，由瑞士洛桑理工學院統(tǒng)籌協(xié)調，歐盟130家有關科研機構組成，預算12億歐元，預期研究期限10年，旨在深入研究和理解人類大腦的運作機理，在大量科研數據和知識積累的基礎上，開發(fā)出新的前沿醫(yī)學和信息技術。

中國中國“腦計劃”領軍人物、中科院院士蒲慕明介紹，籌備中的中國“腦計劃”是一個“一體兩翼”結構?！耙惑w”是基礎研究，理解人類大腦的認知功能是怎么來的?！皟梢怼?，一是指如何診斷和治療重要的腦疾病，二是指發(fā)展人工智能與腦科學結合的腦機智能技術。隨著北京、上海兩個腦科學中心相繼成立，中國“腦計劃”即將破土而出。

中國的腦機接口研發(fā)，面臨幾大挑戰(zhàn)。一是安全性和有效性難以兼得，這一問題的待解限制了腦機接口技術的大范圍運用。二是腦機接口的有效帶寬，即到底植入多少個電極足以基本涵蓋大腦重要活動或滿足特定功能需求，仍是一個未知數。三是海量神經信號的處理仍是難題。四是社會普遍**的腦機安全與倫理風險。

主要研究進展主要研究進展人類全生命周期大腦發(fā)育圖繪就人類全生命周期大腦發(fā)育圖2022年4月6日，《自然》雜志報告了一個國際研究團隊繪制的覆蓋人類整個生命周期的大腦發(fā)育標準參考圖。“這是科學家第一次把從出生前到老年的不同腦部發(fā)育模式‘編織’在一起?！惫餐ㄓ嵶髡?、英國劍橋大學的RichardBethlehem說。Bethlehem和美國賓夕法尼亞大學的JakobSeidlitz等研究人員分析了100多項研究中的123984次核磁共振掃描結果。這些掃描來自101457人，涉及16.5周的胎兒到100歲的老人。研究人員使用統(tǒng)計模型從圖像中提取信息，并確保無論使用哪種類型的機器，掃描結果都具有直接可比性。該研究匯集了有史以來最大的核磁共振掃描數據集，其規(guī)模之大令神經科學家震驚。佛羅里達國際大學認知神經科學家AngelaLaird說：“他們收集的海量數據集令人印象深刻，為這一領域樹立了新的標準?！边@些圖譜直觀展示了人類大腦在生命早期是如何快速擴張，然后隨著年齡的增長而緩慢收縮的。

分子和細胞水平神經科學·每一神經元所進行的信息處理都是經過突觸實行細胞間的通訊而完成的。具體說，突觸前細胞產生的沖動，通過釋放神經遞質作用于突觸后細胞膜位點上的特異性受體，從而引起后一細胞興奮性的改變。主要研究方法主要研究方法解剖學方法采用通常的組織染色方法可以在光學顯微鏡下觀察神經系統(tǒng)各種組織的細胞結構，即神經元的不同形態(tài)，以及它們間連接的一般情況。運用電子顯微鏡可以進一步了解神經元和突觸的精細結構。問題：神經系統(tǒng)是怎樣布線的，即個別的神經細胞的突起如何排列？伸展得多遠？那些突起和那些突起相連結，高爾基銀染法對神經機制的認識奠定了基礎，在廣泛使用。神經活性物質進行染色：熒光、放射性標記。生理學方法①運用微電極細胞外記錄、細胞內記錄技術對單個神經元活動分析。片膜鉗技術對離子通道進行深入的研究。②細胞外記錄：30年代后期發(fā)展起來的。用金屬絲電極1-5微米記錄幅度較大的瞬間性動作電位，對神經元的功能起了重要作用。③細胞內記錄：0.1～0.5微米的玻璃電極，內充高濃度氯化鉀或醋酸鉀以導電。能記錄動作電位，小的分級電位，同時能監(jiān)視膜電位的變化。此外，能注入物質，進行形態(tài)學分析。缺點是造成細胞損傷，記錄時間、小細胞受限。④膜片鉗技術：70年代后期，Neher和Sakmann發(fā)展了一種新的紀錄方法，可以用來記錄單個離子通道的活動。獎項設立獎項設立大腦獎“格雷特·倫德貝克歐洲大腦研究獎”（簡稱大腦獎

），被譽為“神經科學界諾貝爾獎”，2011年設立，每年頒發(fā)一次，

獎金100萬歐元。

IBRO-Kemali國際獎IBRO-Kemali國際獎，1998年國際腦研究組織-凱默理（IBRO-Kemali）基金會設立。

研究機構研究機構北京師范大學認知神經科學與學習國家重點實驗室，2005年3月創(chuàng)建；

復旦大學腦科學研究院，2006年4月成立。

目前麥戈文腦科學研究院全球共4所，分別位于美國麻省理工大學（MIT），清華大學，北京大學以及北京師范大學。

MIT麥戈文腦科學研究所（麻省理工學院麥戈文腦科學研究所）

，2000年成立，它得到了MIT校史上最大數額的一筆捐贈，高達3.5億美元。

北京師范大學-IDG/麥戈文腦科學研究院，2011年在京成立。

清華大學-IDG/麥戈文腦科學研究院，2013年11月25日成立。

北京大學-IDG/麥戈文腦科學研究院；

遼寧師范大學腦與認知神經科學研究中心，成立于2014年4月；

中國科學院腦科學與智能技術卓越創(chuàng)新中心，2015年6月5日成立；

北京腦科學與類腦研究中心，成立于2018年3月22日；

學科評價學科評價腦機接口相比地球上其他生物，人最強的是大腦，肌體反而較弱。腦機接口，是大腦和外部設備之間創(chuàng)建的直接連接通路，它既是神經修復最有效的工具，是目前能完全解決癱瘓、中風