脑科学进入关键时期 [复制链接]

第3版(国际)
专栏：院士园地

脑科学进入关键时期
中科院院士陈宜张
作者简介神经生理学家。1927年生，1952年毕业于浙江大学医学院，1995年当选为中国科学院院士。现任第二军医大学教授。80年代提出了下丘脑及边缘系统参与针刺镇痛的设想及提供有关实验资料；1987年以来，他首先在国际上提出了糖皮质激素作用于神经元的非基因组机制或膜受体假说；近年来，又进一步发现甾体激素对神经细胞的分泌也有快速的非基因组机制作用。发表的论文已被国际文献广泛引用。主编了6本专著。获军队科技进步奖六项，国家自然科学奖一项。
世纪之交，人类对脑的探索进入了关键时期，脑科学有可能出现重大突破。人类借助高科技正走向揭开人脑功能的伟大目标。
自然界最高最完美的创造
美国于1989年由总统签署命令，率先推出了全国性的“脑的十年”计划，这一举动立即得到国际脑研究组织（IBRO）和许多国家科学家的响应，使“脑的十年”成为世界性的行动。两年后，欧洲出台了“欧洲脑十年”计划；1996年，日本也制定了为期20年的“脑科学时代”计划，预计总投资将达到2万亿日元，是该国“超级钢材料开发计划”的10倍。上述计划都得到各国政府的高度重视。在北美，神经科学学会已成为最大的生物科学学会，到会人数2万—3万人，讨论范围十分广泛。
种类不同的1011个神经元和数量更多的胶质细胞以及1015个突触联结，它们被组构成一个脑区各异、内部联接准确的脑，包括人脑，这是自然界的一项最高最完美的创造。脑是一个异常复杂的、多自由度的信息处理和决策系统。生命科学在20世纪末的强劲发展，使得脑自然而然地成为科学家钟情的对象。了解人脑的高级功能对人类社会的发展，弄清精神与物质的关系，有十分重要的意义。由于人口老龄化的加速，神经、精神疾病发病率的升高及应激、吸毒等社会问题的加剧，如何有效地预防、治疗脑的各种疾病成了社会迫切需要解决的问题。脑研究的成果可能成为下一轮新技术革命的源泉和动力，对新一代的计算技术带来革命性影响。
脑研究的发展趋势
应先说明，在本文，神经科学与脑科学为同义词。近十年来国际脑科学研究有非常迅猛的发展。
●在细胞和分子水平上认识基本神经活动过程，即兴奋的传导与传递。神经冲动的传导是由细胞膜上的离子通道蛋白完成的，很多离子通道蛋白基因已被克隆。神经递质、调质通过它们的受体完成神经传递，递质和调质的失活由酶和转运子蛋白来完成的。许多受体及转运子蛋白的分子结构也已经被阐明。作为学习、记忆基础的长时程增强（LTP）等神经活动可塑性的分子机制已开始被阐明。
●脑研究的基本问题是：脑如何感知？如何学习与记忆？如何思维？如何理解语言？如何产生情感？这些问题从根本上来说，是脑的整合性功能的体现。应用正电子发射断层扫描（PET），功能磁共振成像（FMRI）等技术已有可能直接观察到：当人在读、听、看时大脑的那部分在突出地活动等等。
●发育神经生物学要回答的问题是：从一个受精卵中怎样发展出一个神经系统？不同脑区是如何形成的？发育中的突起到达靶位置的分子机制是什么？神经联接的精确拓扑图形是如何建立的？最近10—20年内，发育神经生物学有了十分引人注目的发展，一系列发育分子得到鉴定，细胞外基质的重要性得到认识；等位盒（homeo－box）基因的作用得到阐明；等等。1995年的诺贝尔医学、生理学奖授予Lewis、Nusslein－Volhard、Wieschaus等，最好地说明了这一点。
●70—80年代神经营养因子的发现是脑科学的一件大事，它为治疗中枢神经及再生带来了新的曙光。科学家们现在已摒弃中枢神经损伤不能再生的观点，问题是要找出适宜于中枢损伤后修复的种种条件。神经系统、内分泌系统和免疫系统是密切不可分的，神经内分泌免疫学这一新的分支正在迅速崛起，有十分广阔的前景。
●基于脑功能的机器设计，是从仿生走向更高级的设计发展。前些时，IBM公司的“深蓝”计算机把象棋大师战败，这是一个惊人的消息。
脑研究的显著特点是，基础研究卓有成效地推动与指导着脑疾病及脑损伤等问题的解决。如弄清了一种肌肉营养不良症是蛋白合成的缺陷，帕金森氏病的病因是多巴胺减少及多巴胺转运蛋白的缺陷；杭廷顿舞蹈症的基因缺陷在人染色体4P16．3段的IT15，等等。
加强我国脑科学研究
我国开展与加强脑科学研究，既有迫切需要，也有可能。说迫切需要是因为：开发智力是强国之本；人口老龄化与老年痴呆，独生子女的脑发育，药物成瘾以及大量精神神经疾病的防治需要脑科学来作出回答与预见；脑研究有可能为新一代计算机及其它智能机器的设计提供宝贵机遇。说可能是因为：我国的神经科学研究既有传统与基础，也有一定的国际地位；经过努力，在不少脑科学领域有可能提出独创见解。我们应当不失时机地抓住这一机遇，结合我国的特点与实际需要，组织一支神经科学、医学、心理学、物理学、计算机科学和其它相关领域的专家队伍，利用各种最先进的技术手段（如脑功能成像技术），集中力量，从分子、细胞、神经回路到整体脑功能等一系列水平上重点展开开创性研究。我们的战略应当是：有限目标，重点迎头赶上，努力锲而不舍，补上重要缺门，发挥中国特点。
我国对于脑科学的贡献应当来自两个方面：一是对一些共同的科学问题作出解释，二是具有中国特色的脑科学研究，即结合我国的地域、语言特点以及医药学经验（特别是中药疗效经验）的研究。例如：汉语的脑机制；我国动、植物或矿物资源如中国蛇毒、蝎毒等神经毒及中药有效成分的研究；针刺镇痛及治疗的研究；中国各族人民脑功能障碍的家族人群中的基因突变及其机制的研究，等等。这第二方面的研究，责无旁贷地应由中国科学家来完成。（附图片）