饶毅-神经科学：脑研究的综合科学

神经科学：脑研究的综合学科

饶毅，1999年发表于《二十一世纪》4月号，101－108页

人各有所好, 很难有众所认同的世界上“最重要”的事物; 但是, 从人类社会的角度看,很少人会认为人脑没有关键作用,有少数人“持”此观点也实质上反证了正常脑的重要性。对脑和神经系统的科学研究近年有显著的进展,一门新的交叉学科-神经科学是过去二十多年中发展最为迅速的学科之一。它应用生命科学和物理科学，信息科学的综合途径，从分子、细胞到计算网络、心理多个水平，对神经系统的形成，正常功能和异常病变进行研究。神经科学研究,对改善现代社会的健康、推进传统药物工业和新型生物工程企业、和发展科学都是有意义的。

一. 神经科学对社会和科学发展的意义

1.1 神经科学对社会健康的意义

对于社会的发展和人类的健康,人脑所起的作用是世间任何事物不可替代的。神经科学研究对每个年龄层次的人都有意义。出生前的胎儿神经系统的形成和发育是正常脑功能的决定性基础；儿童脑的可塑性发育是人才智力和健康心理形成的关键；成年人脑的有效工作取决于神经网络中信息的高效传递和加工；老年人健康生活依赖于有无病理性衰变和神经损伤。

从发达国家的经历来看，随着以前常见病的减少和消失，影响人的高级功能的病如各种脑疾患占的比例会越来越高。这些疾病极大地影响人的健康，而且造成巨大家庭和社会负担，转用了本来可以用于社会发展的精力和经费。美国九十年代初的统计结果，65岁以上的人患老年痴呆占百分之11，每年消耗1131亿美元，精神疾病每年消耗351亿，脊柱损伤消耗226亿，中风消耗179亿，癫痫和多发性侧束硬化消耗55亿。中国这方面统计尚不全，在北京、上海的初步统计显示65岁以上的人患老年痴呆占百分之4.9，从健康史上看，中国人群脑疾患的整个趋势是会不断接近发达国家的。

人口素质的核心是智力。提高人口素质和控制脑疾患是世界性问题。而在中国，因为特殊的人口结构，又是更突出的课题。每对夫妻只生一个孩子的政策使全社会普遍关注每一个儿童的健康成长，其中很重要的就是脑功能的发育和成长。“一胎”政策和医疗的改善造成老年人口比重增加，而且老年人的脑疾患也明显增加，这就要求对老年人常见的脑疾患要有有效的预防和控制。这些都是神经科学研究的课题。

1.2 神经科学对社会发展的意义

神经科学既是传统药物工业的主要基础，也是现代高技术产业－生物工程的重要支柱之一。传统药物工业的成功很大一部分归功于神经药理的研究。神经药理不仅仅是推出了大家可以想象的神经系统或神经疾患的药物，如各种麻醉药物、控制巴金森氏综合症的药物、控制精神病的药物、影响睡眠的药物等；神经药理也推出了大部分心血管药物，如很多控制血压、心律、微循环的药物都是靠影响神经对心血管的调节，从而达到控制心血管的目的。治疗呼吸系统和消化系统的药物，也依赖和借鉴神经药理的研究结果，比如一些控制鼻塞、哮

喘的药和控制胃酸的药是调节神经信号而产生作用。因为神经药理对大量药物发展非常重要，所以世界上传统药物工业起家的大药厂，靠神经药理为基础的占了很大比重，迄今仍是药物工业主力。

现代生物工程产业，是以分子生物学为基础。这一新型高技术产业还在快速发展，有大量企业兴起，已经有成功利润的企业屈指可数。就在这些成功的企业中，神经科学相关的药物也很受重视。比如，包括老年痴呆在内的神经退行性变的危害之广，使大家有共识其药物市场是很大的。因此，美国几家专攻神经退行性变的生物技术公司，股票上市时曾创记录。而且，靠传统药物工业起家的大药厂在吸收和推进生物技术产业的过程中，也注重神经科学有关的生物工程药物。

1.3 神经科学发展的科学意义

神经科学是综合性很强的交叉学科。它综合了多门学科，对神经系统进行全面的研究。它得益于这些学科，又推动这些学科；加速神经科学的发展可以带动一批相关学科的发展。

传统上，神经科学来源于生理学、生物化学、生物物理学、药理学、解剖学、胚胎学、神经病学和精神病学。在七十年代初神经科学形成单独的学科，到八十年代定型。分子生物学、遗传学、影象学、计算网络(神经网络)和认知科学等对神经科学的促进在近十到二十年很为明显。

以前，神经科学的各亚学科侧重单一的研究策略。神经解剖学发现神经系统的基本结构；神经生理学分析神经系统内信息传递的基本规律；生物物理学研究神经细胞的物理特性；神经生物化学找到神经系统的主要化学成份；神经遗传学了解影响神经系统结构和功能的遗传因素，这些基础科学部分成神经科学中的神经生物学部分。神经药理学一方面寻找治疗疾病的药物，另一方面用分子作为工具来探索神经系统的功能；神经病理学着重神经、精神疾病的解剖结构变化；神经病学和精神病学主要是疾病的临床分析和治疗；放射学仅起辅助临床诊断的作用；而心理学更是与自然科学缺乏联系。

现代神经科学的发展使其各亚学科有活跃的相互作用。这即表现在多学科的技术交叉上，也体现于学术思想和概念的交融上。现在，当神经生物学家用分子生物学发现一个基因及其产物分子后，要用多个途径研究它在神经系统形成和功能中的作用：可用免疫学技术辅助，靠解剖学观察来定位基因产物在神经系统什么部位存在，以生物物理学手段分析基因产物对神经细胞电活动的影响，用生理学方法研究它在信息传递中的作用。这些基本特征了解后，也可进一步用转基因技术或基因剔除技术来增加或减少基因产物的存在量，然后研究脑的高级功能的变化，如通过行为的分析看学习记忆是否受影响，或通过行为、病理等分析看是否导致了疾病的发生。这些综合研究可以揭示特定的基因是否参与脑的高级功能、或影响神经系统的疾病发生。现代影像学在神经科学中的应用是物理科学与生命科学相互作用的一个范例。正电子扫描和功能性核磁共振等无创性成像技术使人们观察活体脑的美梦成为可能；而神经系统的精细和复杂也要求和驱使这些技术不断改进和提高。神经系统内信息传递是控制论早期就感兴趣的问题。人脑具有所有人造机器所不及之处，信息科学一方面可以它为研究目的，一方面可以借鉴其优点，以改善人造机器。

因为神经科学高度综合性的特点，神经科学的发展能够有助于驱动一系列相关学科，这也是国际上对神经科学高度重视的从学术发展角度来考虑的原因。现代神经科学综合了分子生物学、细胞生物学、解剖学、组织学、发育生物学、生理学、生物化学、生物物理学、遗传学、药理学、免疫学、病理学、神经病学、精神病学、影象学、计算网络、控制论、心理学、认知科学等多门学科。推动神经科学发展可以带动多门相关学科的发展。