关于脑科学研究进展的研究报告

关于脑科学研究进展的研究报告

渑池二高卢杰段秀秀王安宁贾永磊董孟龙贾斌王伟洲指导教师：华干辉（指导教师按：目前关于脑科学的研究已经成为世界各国研究的热点问题之一。为了帮助大家增加对这问题的认识，我们开展了关于脑科学进展的研究，我觉得开展这样的研究不但有利于学生了解生物科学发展的趋势，而且有利于树立对生物科学习的兴趣及从事生命科学事业的理想，有利于培养学生收集信息、处理信息的能力及终身学习的能力，也有利于学生的思维能力和创新能力的提高。）

关键词：脑科学进展认知信息处理脑功能创造性思维人工智能

众所周知，人之所以成为万物之灵，有别于其他物种是因为人类有极其复杂的大脑，它是千百年进化的结晶。在过去的六亿年中，生物体通过进化产生出由大量神经元相互联结而成的神经网络，解决了在不断变化的复杂环境中人脑如何处理各种复杂信息的问题，尤其是人的高级认知功能的高度发展，使得人类成为万物之首，具备了主宰世界的能力。而且随着社会的发展，人们越来越认识到大脑的作用，关于大脑的研究，已经成为现代科学中最深奥的课题，也是最难攻克的科学堡垒。我们作为这个时代的一分子也就有必要对这一问题有一个清醒的认识。为此我们研究小组对这个问题开展了调查。下面我们将从六个方面来汇兑一下我们所收集到的资料以供大家参考。

一、关于脑科学研究的历史。

人类对大脑的探索经历了漫长的岁月，早在公元前600年古希腊哲学家和生理学家阿尔克迈翁就得出了脑是智力的器官的结论，并指出人脑具有理解能力。公元前3世纪，希腊解剖学家、生理学家与医师希罗菲卢斯认为脑是神经系统的中心并具有思维的功能。1863年俄生理学家谢切诺夫提出了大脑反射理论。1873年意大利人高尔基发明了神经组织的硝酸银染色法，能清晰辨认神经细胞及其突起。20世纪20年代苏联生理学家巴甫洛夫关于条件反射的研究进一步揭示了大脑活动的机理，并对大脑两半球的活动进行了研究。瑞士生理学家赫斯于1925年开始进行了脑各部位功能的研究使人们对脑的功能有了更深入的了解，1928年中国的朱鹤年首次提出了神经分泌的概念。1937年中国生理学家张锡钧发表中枢突触神经冲动的体液传递的论文，加深了人们对神经活动的了解。1966年美国神经生理学家斯佩里证实了大脑两半球的功能高度分化且不能互换信息。70年代末发展起来的模片钳位技术最终改变了人们对神经活动基本过程的认识。而近年建立起的无创伤成像技术为人们认识活体脑的活动及分析其机制提供了前所未有的有效工具。人类对大脑的研究才取得了较大的进展。由此可见虽然人类早已对大脑进行了探索但人类真正用科学的方法对脑进行研究大约只有200年的历史，人类对大脑的探索还仅仅是个开头。

二、比较成熟的理论。

通过多年的探索，人们现在已经认识到，在大脑的活动中存在着一些基本的过程，如：信号的发生、传导、突触传递等，对于递质的存贮、保持、释放、调节过程目前已经有了一副概图，对于大脑的划分已有了初步的认识，对于大脑的高级功能诸如感知、运动、控制、学习与记忆、情绪、语言、意识等也有了初步的了解，对于大脑两半球及其他结构的功能划分也有了初步的认识。人们认识到大脑是生物体内结构和功能的最复杂的组织，是接受外界信号产生感觉，形成意识进行逻辑思维发出指令产生行为的指挥部，它掌管着人类每天的语言、思维、感觉、情绪运动等高级活动，人脑也是极为精巧和完善的信息处理系统，是人体内外环境信息获得、存储、处理、加工和整合的中枢。左半球在言语、逻辑思维和分析能力等方面起决定作用，右半球是音乐、美术、几何等的辨认系统。也就是说，右半球主管直观的、综合性的创造性的活动。但是两半球的功能的专门化并不是绝对的，人的动作需要左右两半球协同工作才能完成。创造性思维就是在大脑两半球协同工作的最佳状态时产生的。

三、现在各国主要开展的脑科学方面的研究。

由于脑科学对人类的重要意义，现在世界各国都纷纷开展了这方面的研究，由日本政府资助开展的“国际人类前沿科学计划”其中重点之一便是认知科学研究。知觉和认知、运动和行为、记忆和学习及语言和思考是其中重要的4个问题。

美国、欧共体也都制订了大脑研究的十年计划，其中主要研究的问题有：1、感觉系统的研究：对人类视觉、听觉和前庭系统的动态输入的理解。2、知觉和认知计划：诸如人类的学习、在动态环境中识别、评价事件和决策的研究，它包括了多重感觉的整合，在复杂技能获得中的认知和知觉因素，及注意与记忆等。3、认知科学基础研究：确定人类的认知构造，提供知识和技能的准确认知结构和复杂认知处理的过程，提供教导性理论，以刻画如何帮助和优化学习过程，利用人类行为的计算模型提供建立有效的人－系统交互作用的认知工程的科学基础。4、关于心智和大脑的关系问题的研究，主要研究经验对智力活动的影响，建立认知心理实验和神经科学相一致的不变性直接知觉的计算理论，为人工智能打下基础。本方向拟充分考虑大脑本身的约束，从信息处理的观点出发运用计算理论，通过机器智能功能仿真，研究大脑的高级功能和心智问题，探索心智和大脑的关系。

四、脑科学即将在哪些方面有所突破。

对于脑的高级功能诸如感知、运动控制、学习记忆、情绪、语言、意识等的认识，可能会取得突破性的进展，但是由于大脑是生物体内结构和功能最复杂的组织，需要从分子、细胞系统、全脑、和行为等不同层次进行研究和整合，才有可能提示其奥秘，其复杂性远远超出了我们目前的认识能力，传统的实验研究对于解决人脑对复杂信息的获取处理与加工及高级认识功能机制方面显得苍白无力，因此在短时间内还难以有较大的突破。

五、脑科学未来的发展方向。

在未来的研究中脑科学将和信息学结合起来，新兴的边缘学科－神经信息学将利用现代化信息工具使神经科学家和信息学家能够将脑的结构和功能研究结果联系起来，建立神经信息学数据库和有关神经系统所有数据的全球知识管理系统，将不同层次有关脑的研究数据进行检索比较分析、整合、建模和仿真，绘制出脑功能、结构和神经网络图谱。从而解决目前神经科学所面临的海量数据问题，从基因到行为各个水平加深人类对大脑的理解，达到认识脑、保护脑和创造脑的目标。

六、脑科学研究的新进展。

1、近年建立起的无创伤成像技术使人们对大脑的分区有了更深的认识。

2、我国科学家发现人脑记忆“新大陆”。是近年来脑科学的重大进展之一。

3、大脑胶质细胞能耐新发现，它可以抑制过度兴奋，帮助学习记忆。据中科院最新研究发现，大脑中的星状胶质细胞对神经元活动具有两个新的重要作用，可以抑制神经元过度兴奋，免受疾病袭击（如癲痫、中风等都与神经过度兴奋有关），这一发现对神经网络的认识有重要意义，它能释放D－丝氨酸，使神经元产生长时间增强反应，帮助学习记忆，这一发现提示了星形胶状细胞对脑的高级功能活动具有重要作用。

4、大脑可能有电磁场，这可能与意识的形成有关。

5、左右大脑半球分工不同，而整体感觉的产生则可能与两半球都有关系。

6、大脑对色彩的感知与血液有关，大脑对血液供应不足非常敏感，常影响到意识的产生障碍及错误判断的产生。

7、某些化学物质对大脑细胞的正常工作有重要作用如组胺，有助于睡眠，含量减少有利于觉醒。

8、有的研究还表明加强大脑认知功能锻炼有利于恢复脑细胞的活力。

9、人脑内乙酰胆碱含量升高能改变学习与记忆。

10、海马LCP和小脑LTP是突触可塑性和突触传递的一种表现形式，是学习和记忆的细胞学基础。