2021全球脑科学发展报告.docx

一、概述1（一）内涵与外延1（二）开展历程2.混沌阶段（16世纪之前）21 .萌芽阶段（16世纪初至19世纪初）2.开拓阶段（19世纪初至20世纪60年代）22 .大开展阶段（20世纪60年代至今）3（三）研究方法61 .生物解剖学6.电生理学62 .生理学及生物化学7.细胞分子学83 .脑成像9（四）主要经济体开展战略 101 .美国10.欧盟102 .日本11.中国11二、研究现状13（-）开展综述13（二）研究现状14.全球141 .中国15（三）研究机构171 .全球17.中国19三、应用现状23光学显微镜创造以后，在综合运用解剖学、生理学及生物化学研究方法的基 础上，人们第一次观察到了神经元细胞1873年，米洛•高尔基(Camillo Golgi, 1844〜1926)在光学显微镜下观察一块偶然放进硝酸银溶液中浸泡了几个星期的 脑切片时，清晰地看到网状结节中悬浮着黑色斑点，这便是脑组织最基本的构成 单元一一神经元细胞随后，西班牙神经解剖学家圣地亚哥•拉蒙•卡哈尔 (Santiago Ramony Cajal, 1852〜1934)证实了 “神经元是整个神经活动的最基本 单位”这一论断。

1897年，英国生理学家查尔斯•斯科特•谢灵顿(Charles Scott Sherrington, 1857-1952)观察到了神经元之间的接触部位，并命名为“突触”，信息传递的 关键部位被发现1914年，英国生理学家亨利•哈利特•戴尔(Henry Hallett Dale, 1875-1968), 发现了神经系统中的化学传递物质，特别是神经末端可释放乙酰胆碱，并从制备 的生物材料中别离出乙酰胆碱19世纪末，反射实验方法成为生理学最主要的研究方法之一，被大量应用 于脑科学研究中，而生物化学那么逐渐在脑科学研究的微观领域一一细胞分子学中 大放异彩4 .细胞分子学细胞分子学主要研究神经元细胞的形态和功能，以及神经细胞的生物构成及 作用在神经元细胞的形态和功能性研究方面，主要运用神经化学的研究方法， 通过观察并记录分子活动，证实了神经元是由细胞体、树突和轴突组成的其中， 细胞体是神经元的代谢活动中心，树突是神经元信号传入的主要部位，轴突是神 经元信号传出的主要部位，突触是实现神经元间或神经元与效应器间信息传递的 部位在神经细胞的生物构成及作用研究方面，1970年，美国生物化学家朱利 叶斯•阿克塞尔罗德(Julius Axelrod)在奥塞勒发现去甲肾上腺素的基础上，分 离出能灭活去甲肾上腺素的酶，为新型抗抑郁药物的研发做出了巨大贡献。

1977 年，美国医学物理学家罗歇•吉耶曼(Roger Charles Louis Guillemin)、安德鲁•沙 利(Andrew V. Schally)和罗莎琳，萨斯曼•耶洛(Rosalyn Sussman Yalow)因 发现了大脑分泌的肽类激素，并开发出肽类激素的放射免疫分析法，而获得诺贝 尔生理学或医学奖但脑科学在细胞分子学领域的突飞猛进是在20世纪末期，这得益于激光显 微镜、现代神经化学、药理学等研究方法的进步1991年，德国科学家内尔(Erwin Neher)创造了膜片钳技术该技术主要用于记录单个或多个离子通道的电流， 以此来研究神经元细胞的功能这也是当今在神经元细胞研究领域最常用的一种 方法，尤其是在突触的信号传递研究方面，可以通过突触前剌激，记录引起突触 后神经元的反响，结合药理学方法，调控所记录细胞的内外液成分，准确而有效 地进行突触传递功能的分析:2000年，科学家发现了人类脑神经细胞间信号传递的介质“多巴胺”及神经 系统中的信号传导原理，使人们认识到帕金森症和精神分裂症的起因是由于病人 脑部缺乏多巴胺，并据此可以为研制新型靶向治疗药物提供新的途径2014年，三位欧洲科学家因发现了构成大脑定位系统的细胞而获得诺贝尔 生理学或医学奖。

由此可见，近代以来细胞分子学的突飞猛进，不但翻开了脑科学研究进程中 最光辉灿烂的一页，也为攻克困扰人类已久的脑疾病和精神疾病提供了可能5 .脑成像早期的脑成像研究方法主要是通过光学显微技术结合化学染色来检测和观 察脑的形态与功能尤其是荧光染料、荧光蛋白和荧光显微成像技术的出现，使 脑科学研究在细胞和分子水平上迈上了一个新台阶20世纪80年代，在荧光显微成像技术的基础上，激光共聚焦及双光子激光 扫描显微镜成像技术开始应用到脑科学研究中来，实现了对活体大脑深层组织的 高分辨率动态观察20世纪90年代初，功能性磁共振成像技术诞生并被广泛应用于神经科学领 域该技术可以帮助科学家们在不用外加造影剂的情况下，依据大脑工作时的血 氧依赖性，无损伤地对活体大脑的神经元活动区域进行成像，从而成为活体无创 性脑成像研究的重要手段功能性磁共振成像技术加深了人们对脑感知等初级脑 功能的认识，并为运动、学习、记忆等高级脑功能的深入研究提供了强有力的工 具同期诞生的脑磁图技术是一种无创伤探测大脑电磁生理信号的检测方法，集8韩济生.神经科学(第三版)[M].北京大学医学出版社,2009.1:48-62 低温超导、生物工程、电子工程、医学工程等技术于一体，使人们研究大脑功能、 治疗脑部疾病的能力到达了前所未有的高度。

因神经元的活动是以电活动的形式 表达的，同时也伴随着局部电场和磁场的改变，这就为在头皮检测和记录脑电与 脑磁信号提供了条件，也为脑机接口技术的研发和应用提供了可能随后，在脑磁图技术的基础上，穿颅磁刺激技术在脑科学研究的实验模拟中 应用开来该技术通过多个电容同时放电，电流流过被试者头皮上的线圈使感应 磁场进入头皮和颅内，干扰特定的皮质功能脑磁图技术虽然不会给被试者带来 伤害，但社会上依然对此心存疑虑总体而言，光学显微成像、功能性磁共振成像和脑磁图技术仍具有一定的局 限性它们对脑结构的功能定位是很有效的，但对更为复杂的交互功能却作用有 限要想探究复杂脑功能的奥秘，就需要相关技术手段的开展和创新了四）主要经济体开展战略目前，全球各主要经济体均高度重视脑科学的开展，推出了各自的脑计划 总体来看，在脑科学研究领域，美国独领风骚，欧洲、加拿大、澳大利亚、俄罗 斯、日韩等为第二梯队，以色列、中国等新兴力量已崭露头角全球主要经济体 的脑科学相关政策及推进历程如图1-2所示1,美国2014年，美国国立卫生研究院（NIH）启动了 “通过推动创新型神经技术开 展大脑研究（BRAIN）计划”，开启了 “BRAIN 1.0时代“。

2018年4月，NIH 成立脑科学技术2.0工作组，并于2019年6月将《美国脑科学计划2.0》报告提 交给美国国立卫生院咨询委员会这标志着美国正式进入“BRAIN 2.0时代”BRAIN 2.0”的规划期限为2020年至2026年，其主要内容参见附表32,欧盟2013年，欧盟启动了为期10年的人脑计划（Human Brain Project, HBP）, 旨在通过计算机技术模拟大脑，建立一套全新的、革命性的生成、分析、整合、 模拟数据的信息通信技术平台，并促进相应研究成果的应用性转化但在2015 年，欧盟人脑计划放弃了在十年内实现人脑计算机仿真的研究目标，转而主攻认 知神经科学和仿脑计算该计划也进而转变成一个拥有6大信息及技术平台、12 个子工程的国际组织这6大信息及技术平台包括：神经信息平台，用于登记、 搜索、分析神经科学数据；大脑模拟平台，用于重建并模拟大脑；高性能计算平 台，用计算和储存设备去运行复杂的仿真计算并分析大量数据集；医学信息平台， 用于搜索真实的病人数据，从而理解不同大脑疾病的异同；神经形态计算平台， 借助计算机系统，模仿大脑微回路并应用类似于大脑学习方式的原那么；神经机器 人平台，通过将大脑模型与仿真机器人体和周围环境连接起来，并对其进行测试。

在此基础上，该计划成功举办了第10〜12届欧洲神经科学学会联盟（FENS）的 神经科学大会（FENS论坛2016、2018、2020）3 .日本2014年，日本科学家发起神经科学研究计划，即日本脑计划（Brain/MINDS）, 旨在通过研究灵长类动物（我猴）建立脑发育及疾病发生的动物模型该计划受 到日本文部科学省、日本医学研究与开展委员会为期10年共400亿日元（约合亿美元）的资助2018年，日本成功绘制出了破猴大脑的3D图谱同年9月，日本正式启动人脑计划（Brain/MINDS Beyond）,研究对象从被 猴大脑拓展到人类大脑，主攻以下5个方向：发现和干预初期的神经疾病，分析 从健康状态到患病状态的大脑图像，开发基于人工智能的脑科学技术，比拟研究 人类和灵长类动物的神经环路，划分脑结构功能区域并开展同源性研究2019年，日本通过对2973个个体进行分析发现，精神分裂症、躁郁症、自 闭症谱系障碍、重度抑郁症患者的肺胭体白质结构存在相似变异，并且与正常个 体差异显著这为疾病分类提供了新的理论支持，在脑科学研究进程中具有重大 意义4 .中国2016年，旨在探索大脑秘密、攻克大脑疾病、开展类脑研究的中国脑计划 正式启动。

该计划以阐释人类认知的神经基础（认识脑）为“主体”，以研发重 大脑疾病诊治新手段和脑机智能新技术为“两翼”，主要解决大脑三个层面的认 知问题：一是大脑对外界环境的感官认知，如注意力、学习、记忆以及决策制定 等；二是对人类及灵长类动物自我意识的认知，即通过动物模型研究人类及灵长 类动物的自我意识、同情心及意识的形成；三是对语言的认知，探究语法及广泛 的句式结构，用以研究人工智能技术图2.2全球各国脑科学相关政策与布局开展历程2021 年中国发布《中华人民共和国EB民经济加社 会开展第十四个五年就划和2035年近景 目标纲要》,明编提出在事关国家平安和 开展全局的基曲核心^域，制定实施战略 性科学计划和科学工程，瞄准生命健康、 脑科学等领域实施一批具有1g性、战略 慢的国家重大科技不I目.2014 年美国对外发布了濡断直观的“脑计划”路线 图，初步确定了包括皙・大脑纸的类型' 创 建神经模型等在内的9项重要大脑研究课题.2014 年2020年美国启动踣计划2.0 ( "BRAIN 2.0"), 致力于发现多样性、多尺度成像, 活的大 脑, 证明因果关系、静定甚本原那么五大恐 域的研究.中国发布《中共中央关于制定国民经济和 社会开展第十四个五年规划和二。

三五年 远景目标的建议》提出遢化国家战略科技 力量.■准Ml科学等前沿领域，实施一批 具有耐壮性、或略性的国家重大科技工程.2019 年帏国发布《数据与人工智能经济激活计划 (2019-2023年＞) .计划提出制定包含 新一代人工智能开发为主的《第3次JB研 究(8进基本计划(2018-2027年)》，推 进通过踣科学研究播示人工智健的“大脑” 原理,将其应用于新一代的算法开发.2018 年中国北京和上海相缰成立脑科学中心，标 志着我国脑计划正式进入实施阶段.日本出台为期10年的“Brain/MINDS计划"， 共涉及65个实验亶，开展以较猴大膻为模型 的脑功能与IB疾病机理研究，并代随美国制 定开启神经科学斫究计划，估计在10年内能 得到高达3.65亿美元的支持.2016 年中国发布《国家创新驱动开展战略纲要》， 班为在脑科学强域部署表达国家战咯意图的 重大科技目.好国制定《脑科学开展战略》，确保在大脑 害相关产业领域联将成长的新动力，澳大利亚脑联盟创立成功，主要负贵为近30 个教育' 僧康和新工业的Ml研究工程的提供 技术' SHR荐方面的专业支持.主要集中在 健康、粒肓和新工诩合开展三大领域.美国国防部高级研究计划局(DARPA)表示 将正式开启“神蛭工程系统设计”工程，其 主要目的在于研发能够植入人体大脑且不会 给。