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神經科學

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1 拼音

shén jīng kē xué

美國國立健康研究院 魯白

弗吉尼亞大學 梅林

華盛頓大學 饒毅

人各有所好, 很難有眾所認同的世界上“最重要”的事物; 但是, 從人類社會的角度看, 很少人會認為人腦沒有關鍵作用,有少數人“持”此觀點也實質上反證了正常腦的重要性。對腦的科學研究近年有顯著的進展, 一門新的交叉學科-神經科學是過去二十多年中發展最為迅速的學科之一。它應用生命科學和物理科學信息科學的綜合途徑,從分子細胞到計算網絡、心理多個水平,對神經系統的形成, 正常功能和異常病變進行研究。繼承和擴展中國的神經科學研究, 對改善 現代中國社會的健康、推進中國傳統藥物工業和新型生物工程企業、和發展中國科學都是必需的。

2 神經科學對社會健康的意義

對于社會的發展和人類的健康, 人腦所起的作用是世間任何事物不可替代的。神經科學研究對每個年齡層次的人都有意義。出生前的胎兒神經系統的形成和發育是正常腦功能的決定性基礎;兒童腦的可塑性發育是人才智力和健康心理形成的關鍵;成年人腦的有效工作取決于神經網絡中信息的高效傳遞和加工;老年人健康生活依賴于有無病理性衰變和神經損傷

從發達國家的經歷來看,隨著以前常見病的減少和消失,影響人的高級功能的病如各種腦疾患占的比例會越來越高。這些疾病極大地影響人的健康,而且造成巨大家庭和社會負擔,轉用了本來可以用于社會發展的精力和經費。美國九十年代初的統計結果,65歲以上的人患老年癡呆占百分之11,每年消耗1131億美元,精神疾病每年消耗351億,脊柱損傷消耗226億,中風消耗179億,癲癇和多發性側束硬化消耗55億。中國這方面統計尚不全,在北京、上海的初步統計顯示65歲以上的人患老年癡呆占百分之4.9,從健康史上看,中國人群腦疾患的整個趨勢是會不斷接近發達國家的。

人口素質的核心是智力。提高人口素質和控制腦疾患是世界性問題。而在中國,因為特殊的人口結構,又是更突出的課題。每對夫妻只生一個孩子的政策使全社會普遍關注每一個兒童的健康成長,其中很重要的就是腦功能的發育和成長。“一胎”政策和醫療的改善造成老年人口比重增加,而且老年人的腦疾患也明顯增加,這就要求對老年人常見的腦疾患要有有效的預防和控制。這些都是神經科學研究的課題。

所以,神經科學不僅是世界的前沿科學,而且更是中國國情所迫切需要發展的學科。

3 神經科學對社會發展的意義

神經科學既是傳統藥物工業的主要基礎,也是現代高技術產業-生物工程的重要支柱之一。傳統藥物工業的成功很大一部分歸功于神經藥理的研究。神經藥理不僅僅是推出了大家可以想象的神經系統或神經疾患的藥物,如各種麻醉藥物、控制巴金森氏綜合癥的藥物、控制精神病的藥物、影響睡眠的藥物等;神經藥理也推出了大部分心血管藥物,如很多控制血壓心律微循環的藥物都是靠影響神經對心血管的調節,從而達到控制心血管的目的。治療呼吸系統消化系統的藥物,也依賴和借鑒神經藥理的研究結果,比如一些控制鼻塞哮喘的藥和控制胃酸的藥是調節神經信號而產生作用。因為神經藥理對大量藥物發展非常重要,所以世界上傳統藥物工業起家的大藥廠,靠神經藥理為基礎的占了很大比重,迄今仍是藥物工業主力。

現代生物工程產業,是以分子生物學為基礎。這一新型高技術產業還在快速發展,有大量企業興起,已經有成功利潤的企業屈指可數。就在這些成功的企業中,神經科學相關的藥物也很受重視。比如,包括老年癡呆在內的神經退行性變的危害之廣,使大家有共識其藥物市場是很大的。因此,美國幾家專攻神經退行性變的生物技術公司,股票上市時曾創記錄。而且,靠傳統藥物工業起家的大藥廠在吸收和推進生物技術產業的過程中,也注重神經科學有關的生物工程藥物

4 神經科學發展的科學意義

神經科學是綜合性很強的交叉學科。它綜合了多門學科,對神經系統進行全面的研究。它得益于這些學科,又推動這些學科;加速神經科學的發展可以帶動一批相關學科的發展。

傳統上,神經科學來源于生理學生物化學生物物理學藥理學解剖學胚胎學、神經病學和精神病學。在七十年代初神經科學形成單獨的學科,到八十年代定型。分子生物學、遺傳學、影象學、計算網絡(神經網絡)和認知科學等對神經科學的促進在近十到二十年很為明顯。

以前,神經科學的各亞學科側重單一的研究策略。神經解剖學發現神經系統的基本結構;神經生理學分析神經系統內信息傳遞的基本規律;生物物理學研究神經細胞的物理特性;神經生物化學找到神經系統的主要化學成份;神經遺傳學了解影響神經系統結構和功能的遺傳因素,這些基礎科學部分成神經科學中的神經生物學部分。神經藥理學一方面尋找治療疾病的藥物,另一方面用分子作為工具來探索神經系統的功能;神經病理學著重神經、精神疾病的解剖結構變化;神經病學和精神病學主要是疾病的臨床分析和治療;放射學僅起輔助臨床診斷的作用;而心理學更是與自然科學缺乏聯系。

現代神經科學的發展使其各亞學科有活躍的相互作用。這即表現在多學科的技術交叉上,也體現于學術思想和概念的交融上。現在,當神經生物學家用分子生物學發現一個基因及其產物分子后,要用多個途徑研究它在神經系統形成和功能中的作用:可用免疫學技術輔助,靠解剖學觀察來定位基因產物在神經系統什么部位存在,以生物物理學手段分析基因產物對神經細胞電活動的影響,用生理學方法研究它在信息傳遞中的作用。這些基本特征了解后,也可進一步用轉基因技術基因剔除技術來增加或減少基因產物的存在量,然后研究腦的高級功能的變化,如通過行為的分析看學習記憶是否受影響,或通過行為、病理等分析看是否導致了疾病的發生。這些綜合研究可以揭示特定的基因是否參與腦的高級功能、或影響神經系統的疾病發生。現代影象學在神經科學中的應用是物理科學與生命科學相互作用的一個范例。正電子掃描和功能性核磁共振等無創性成象技術使人們觀察活體腦的美夢成為可能;而神經系統的精細和復雜也要求和驅使這些技術不斷改進和提高。神經系統內信息傳遞是控制論早期就感興趣的問題。人腦具有所有人造機器所不及之處,信息科學一方面可以它為研究目的,一方面可以借鑒其優點,以改善人造機器。

因為神經科學高度綜合性的特點,神經科學的發展能夠有助于驅動一系列相關學科,這也是國際上對神經科學高度重視的從學術發展角度來考慮的原因。現代神經科學綜合了分子生物學、細胞生物學、解剖學、組織學發育生物學、生理學、生物化學、生物物理學、遺傳學、藥理學、免疫學、病理學、神經病學、精神病學、影象學、計算網絡、控制論、心理學、認知科學等多門學科。推動神經科學發展可以帶動多門相關學科的發展。

5 國際社會和國際科技界對神經科學的重視

國際社會對神經科學很重視。美國總統和國會定九十年代為“腦的十年”,歐洲推出“歐洲腦十年”,日本有二十年“腦科學時代”等計劃,都是為了推動神經科學。美國國立健康研究院1997年度投入直接與神經科學有關的經費為18億美元,是其人類基因計劃的10倍多。美國國家科學基金會總共22億年經費中,用于神經科學的經費與其對數學、物理和化學這種大學科的研究經費在相近數量范圍。日本“腦科學時代”計劃年投入1000億日元(約8億美元),總投入2萬億日元,為其“超級鋼材計劃”的10倍。這些投入一方面是為人的健康,一方面也期望對腦的研究揭示新的奧秘能推動藥物工業和生物技術產業,并有助于將來改進人造機器如計算機。

從國際科技界看,早在50年代,一批控制論的先驅就注重神經系統。從60年代起,一批分子生物學的開創者,包括DNA結構發現者、英國科學家克里克,紛紛轉向神經科學的研究領域,使神經科學的發展有更多高質量的人員加入研究行列。神經科學的發展速度也表現在其從業人員的增長速度上。美國神經科學會于1970年成立時僅500多會員,到1998年已有2萬9千以上了,這個上升趨勢還未進入平臺期。每年學會年會都有2萬多人參加。作為參考的數字:美國數學會成立于1888年,現有會員3萬; 美國物理學會成立于1899年,現有會員4萬。這樣看,神經科學的規模已經不在數理科學的亞學科的規模,而是與大學科的規模在一個數量級了。這個比較結果,并不意味著神經科學與數學科學或物理科學在科學領域的比較,但是卻反映了神經科學研究人員和梯隊的發展規模和趨勢。

中國的神經科學規模較小,但是有很長歷史,有一些優秀工作。如果能在已有基礎上加強和擴展中國的神經科學,順應世界科學發展大勢,可以對中國人口的健康和社會發展作出貢獻,并促進一批相關的生命科學、物理科學、信息科學或心理科學中的學科發展。

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  • 評論總管
    2018/7/17 15:57:33 | #0
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