脑科学简介

脑科学简介

1、基础神经科学：侧重基础理论

神经生物学：研究人和动物的神经系统的结构与功能、及其相互关系的科学，是在分子水平上、细胞水平上、神经网络或回路水平上乃至系统和整体水平上阐明神经系统特别是脑的物质的、能量的、信息的基本活动规律的科学。(认识脑)

由六个研究分支：分子神经生物学（化学物质）、细胞神经生物学（细胞、亚细胞）、系统神经生物学、行为神经生物学（学习记忆、情感、睡眠、觉醒等）、发育神经生物学、比较神经生物学

计算神经科学：应用数学理论和计算机模拟方法来研究脑功能的学科。(创造脑)

2、临床神经科学：侧重医学临床应用

研究与神经系统有关的疾病，及其诊断、治疗方法、技术等(保护脑)

脑科学的任务

最终目的：在于阐明人类大脑的结构与功能，以及人类行为与心理活动的物质基础，增进人类神经活动的效率，提高对神经系统疾患的预防、诊断、治疗服务水平。

基本目标：

1、揭示神经元间各种不同的连接形式，为阐明行为的脑的机制奠定基础。突触（1014）

2、在形态学和化学上鉴别神经元间的差异，了解神经元如何产生、传导信号。以及这些信号如何改变靶细胞的活动。

3、阐明神经元特殊的细胞和分子生物学特性。

4、认识实现脑的各种功能（包括高级功能）的神经回路基础。

5、阐明神经系统疾患的病因、机制，探索治疗的新手段。

神经生物学处于生命科学发展前沿

著名学者高度评价神经生物学的研究

神经生理学家，诺贝尔医学生理学奖获得者Eccles预言：“在30年内，世界上大多数最伟大的科学家将都是在研究脑”

诺贝尔医学奖获得者Crick指出：“对于人类来说，没有任何一种科学研究比研究人脑更重要。人约有十万多结构基因，包括密码结构蛋白，密码运动蛋白和密码酶，其中60%以上在神经系统内。其中目前已知的才几十种”

其他不是因研究神经系统领域而获诺贝尔奖的人，如Waston、Crick、Nirenberg等，也已经转入神经生物学研究领域。

世界各国普遍重视神经生物学研究

美国101届国会通过一个议案：“命名1990年1月1日开始的十年为脑的十年”

1995年夏，国际脑研究组织IBRO在日本京都举办的第四届世界神经科学大会上提议把下一世纪（21世纪）称为“脑的世纪”

欧共体成立了“欧洲脑的十年委员会”及脑研究联盟

日本推出了“脑科学时代”计划纲要

中国提出了“脑功能及其细胞和分子基础”的研究项目，并列入了国家的“攀登计划”1969年美国神经科学学会成，当时仅数百名会员，1989年会员已达18000多名，成为生命科学方面最大的学会，1995年增加到24000多名。

脑科学新进展

1、分子和细胞水平的神经科学发展迅猛

2、感觉信息加工的重大突破——视觉的脑机制

3、神经网络的研究进入新的高潮

4、发育神经生物学的崛起

5、神经和精神疾病的研究进展惊人

6、整体的和无创伤条件下的研究

日本脑科学研究中的一些热点

神经元功能的分子生物学研究

研究控制产生特异性功能的分子和细胞机制，以及神经回路中突触联系的可塑性变化的分子和细胞机制

分子神经病力学研究

导致某些脑功能紊乱的神经性疾病基因，Alzheimer

脑功能成象

无损伤的脑功能成象技术fMRI、MEG，研究人的心智问题

人的信息处理机制和智能化人机界面的研究

视觉信息处理、语音处理以及信息整合和产生。多模态通讯、脑通讯、发生和感知之间的相互作用

类脑机器和脑型计算机的研究

大规模立体多层次神经芯片的研制，智能机器人的研制

动态脑的研究

脑活动的动态过程以及研究它的动力学性质

日本的脑科学发展战略

1996年制定为期二十年的“脑科学时代——脑科学研究推进计划”

1、了解脑——阐明脑功能

阐明产生感知、情感和意识的脑区结构和功能（功能定位、认知、运动、情感、学习，思维、直觉、自我意识）

阐明脑通讯功能（语言信息在脑神经网络中表达的机制，人类获得语言能力的过程、语言、思想和智力之间的关系）

2、保护脑——征服脑疾患

控制脑发育和衰老过程（识别与发育及脑分化相关的基因家族、发展调节脑发育和分化的技术手段，促进人类大脑健康发育和防止发育异常，控制人脑衰老）

神经性精神性疾病的康复和预防（药物成瘾性、修复受损脑组织、单内因性疾病的发病机制、神经组织移植和基因疗法，老年性痴呆、帕金森氏病、精神分裂症的治疗和预防的方法）3、创造脑——开发脑型计算机

发展脑型器件和结构（具有学习和记忆能力的神经元芯片、智力认知功能，具有智力、情感和意识的脑型计算机）

脑型信息产生和处理系统的设计和开发（支持人类机能的机器人系统）

脑功能及其细胞和分子基础项目简介

神经系统功能的一般细胞和分子基础

突触传递及其调控、信号跨膜转导、神经免疫调节的细胞与分子基础

视觉信息加工

视皮质神经元感受野外整合和皮质内视觉信息通道的研究、视网膜信息处理的细胞和分子基础、外膝状体的突触传递及其调控

痛觉和镇痛

阿片肽与抗阿片肽在受体、受体后和基因水平的相互作用、P物质和谷氨酸在脊髓伤害性信息传递和调制中的作用

感觉信息加工的神经计算原理和神经网络原理

视觉感知的神经计算和自组织原理（灵长类视觉系统与复眼视觉系统对于视觉运动模式信息的加工与表达、高等哺乳动物视皮质的结构与功能的自组织原理、感觉感知过程中的模式生成与模式识别的神经动力学）

感觉信息加工的数字模型和计算机模拟（设计和编制具有不同类型神经元时空性质和可随意设置联系方式的计算机软件包、从理论上研究神经系统功能单位和组织结构形成的规律、提出基于神经信息波的具有自学习能力的识别系统模型、发展感觉系统信息的编码假设和理论）

神经科学的主要研究方法

解剖学方法：

采用通常的组织染色方法可以在光学显微镜下观察神经系统各种组织的细胞结构，即神经元的不同形态，以及它们间连接的一般情况。运用电子显微镜可以进一步了解神经元和突触的精细结构。问题：神经系统是怎样布线的，即个别的神经细胞的突起如何排列？伸展得多远？那些突起和那些突起相连结，高尔基银染法对神经机制的认识奠定了基础，目前仍在广泛使用。神经活性物质进行染色：荧光、放射性标记

生理学方法

运用微电极细胞外记录、细胞内记录技术对单个神经元活动分析。近年来，片膜钳技术对离子通道进行深入的研究。

细胞外记录：30年代后期发展起来的。用金属丝电极1-5微米记录幅度较大的瞬间性动作电位，对神经元的功能起了重要作用。

细胞内记录：0.1~0.5微米的玻璃电极，内充高浓度氯化钾或醋酸钾以导电。能记录动作电位，小的分级电位，同时能监视膜电位的变化。此外，能注入物质，进行形态学分析。缺点是造成细胞损伤，记录时间、小细胞受限。

片膜钳技术：70年代后期，Neher 和Sakmann 发展了一种新的纪录方法，可以用来记录单个离子通道的活动。

分子生物学方法：

重组DNA技术：分析离子通道蛋白的结构和功能、生理特性

应用单克隆抗体和遗传突变体

认知神经科学和认知科学

1987——1988年，五个欧洲认知科学界倡导的研究领域：认知心理学、逻辑和语言学、认知神经科学、人—机接口和人工智能。

1989年美国发行《认知神经科学》专业期刊。

认知神经科学的研究任务在于阐明认知活动的脑机制。研究感知觉、注意、记忆、语言、思维、意识等认知过程，研究智能的本质和起源。

认知神经心理学、认知心理生理学、认知生理心理学（前额叶皮层功能、颞叶认知功能和复杂视觉及运动功能）、认知神经生物学（从生物物理学和生物化学的角度深入研究各种认知过程的分子、细胞学基础）、计算神经科学