美國國立健康研究院 魯白
弗吉尼亞大學(xué) 梅林
華盛頓大學(xué) 饒毅
人各有所好, 很難有眾所認(rèn)同的世界上“最重要”的事物; 但是, 從人類社會(huì)的角度看, 很少人會(huì)認(rèn)為人腦沒有關(guān)鍵作用,有少數(shù)人“持”此觀點(diǎn)也實(shí)質(zhì)上反證了正常腦的重要性。對(duì)腦的科學(xué)研究近年有顯著的進(jìn)展, 一門新的交叉學(xué)科-神經(jīng)科學(xué)是過去二十多年中發(fā)展最為迅速的學(xué)科之一。它應(yīng)用生命科學(xué)和物理科學(xué)，信息科學(xué)的綜合途徑，從分子、細(xì)胞到計(jì)算網(wǎng)絡(luò)、心理多個(gè)水平，對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)的形成， 正常功能和異常病變進(jìn)行研究。繼承和擴(kuò)展中國的神經(jīng)科學(xué)研究, 對(duì)改善 現(xiàn)代中國社會(huì)的健康、推進(jìn)中國傳統(tǒng)藥物工業(yè)和新型生物工程企業(yè)、和發(fā)展中國科學(xué)都是必需的。
神經(jīng)科學(xué)對(duì)社會(huì)健康的意義
對(duì)于社會(huì)的發(fā)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(jīng)科學(xué)研究對(duì)每個(gè)年齡層次的人都有意義。出生前的胎兒神經(jīng)系統(tǒng)的形成和發(fā)育是正常腦功能的決定性基礎(chǔ)；兒童腦的可塑性發(fā)育是人才智力和健康心理形成的關(guān)鍵；成年人腦的有效工作取決于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)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(jīng)損傷。
從發(fā)達(dá)國家的經(jīng)歷來看，隨著以前常見病的減少和消失，影響人的高級(jí)功能的病如各種腦疾患占的比例會(huì)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(huì)負(fù)擔(dān)，轉(zhuǎn)用了本來可以用于社會(huì)發(fā)展的精力和經(jīng)費(fèi)。美國九十年代初的統(tǒng)計(jì)結(jié)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(fēng)消耗179億，癲癇和多發(fā)性側(cè)束硬化消耗55億。中國這方面統(tǒng)計(jì)尚不全，在北京、上海的初步統(tǒng)計(jì)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(gè)趨勢(shì)是會(huì)不斷接近發(fā)達(dá)國家的。
人口素質(zhì)的核心是智力。提高人口素質(zhì)和控制腦疾患是世界性問題。而在中國，因?yàn)樘厥獾娜丝诮Y(jié)構(gòu)，又是更突出的課題。每對(duì)夫妻只生一個(gè)孩子的政策使全社會(huì)普遍關(guān)注每一個(gè)兒童的健康成長(zhǎng)，其中很重要的就是腦功能的發(fā)育和成長(zhǎng)。“一胎”政策和醫(yī)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(duì)老年人常見的腦疾患要有有效的預(yù)防和控制。這些都是神經(jīng)科學(xué)研究的課題。
所以，神經(jīng)科學(xué)不僅是世界的前沿科學(xué)，而且更是中國國情所迫切需要發(fā)展的學(xué)科。
神經(jīng)科學(xué)對(duì)社會(huì)發(fā)展的意義
神經(jīng)科學(xué)既是傳統(tǒng)藥物工業(yè)的主要基礎(chǔ)，也是現(xiàn)代高技術(shù)產(chǎn)業(yè)－生物工程的重要支柱之一。傳統(tǒng)藥物工業(yè)的成功很大一部分歸功于神經(jīng)藥理的研究。神經(jīng)藥理不僅僅是推出了大家可以想象的神經(jīng)系統(tǒng)或神經(jīng)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(jīng)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(huán)的藥物都是靠影響神經(jīng)對(duì)心血管的調(diào)節(jié)，從而達(dá)到控制心血管的目的。治療呼吸系統(tǒng)和消化系統(tǒng)的藥物，也依賴和借鑒神經(jīng)藥理的研究結(jié)果，比如一些控制鼻塞、哮喘的藥和控制胃酸的藥是調(diào)節(jié)神經(jīng)信號(hào)而產(chǎn)生作用。因?yàn)樯窠?jīng)藥理對(duì)大量藥物發(fā)展非常重要，所以世界上傳統(tǒng)藥物工業(yè)起家的大藥廠，靠神經(jīng)藥理為基礎(chǔ)的占了很大比重，迄今仍是藥物工業(yè)主力。
現(xiàn)代生物工程產(chǎn)業(yè)，是以分子生物學(xué)為基礎(chǔ)。這一新型高技術(shù)產(chǎn)業(yè)還在快速發(fā)展，有大量企業(yè)興起，已經(jīng)有成功利潤(rùn)的企業(yè)屈指可數(shù)。就在這些成功的企業(yè)中，神經(jīng)科學(xué)相關(guān)的藥物也很受重視。比如，包括老年癡呆在內(nèi)的神經(jīng)退行性變的危害之廣，使大家有共識(shí)其藥物市場(chǎng)是很大的。因此，美國幾家專攻神經(jīng)退行性變的生物技術(shù)公司，股票上市時(shí)曾創(chuàng)記錄。而且，靠傳統(tǒng)藥物工業(yè)起家的大藥廠在吸收和推進(jìn)生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的過程中，也注重神經(jīng)科學(xué)有關(guān)的生物工程藥物。
神經(jīng)科學(xué)發(fā)展的科學(xué)意義
神經(jīng)科學(xué)是綜合性很強(qiáng)的交叉學(xué)科。它綜合了多門學(xué)科，對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)進(jìn)行全面的研究。它得益于這些學(xué)科，又推動(dòng)這些學(xué)科；加速神經(jīng)科學(xué)的發(fā)展可以帶動(dòng)一批相關(guān)學(xué)科的發(fā)展。
傳統(tǒng)上，神經(jīng)科學(xué)來源于生理學(xué)、生物化學(xué)、生物物理學(xué)、藥理學(xué)、解剖學(xué)、胚胎學(xué)、神經(jīng)病學(xué)和精神病學(xué)。在七十年代初神經(jīng)科學(xué)形成單獨(dú)的學(xué)科，到八十年代定型。分子生物學(xué)、遺傳學(xué)、影象學(xué)、計(jì)算網(wǎng)絡(luò)(神經(jīng)網(wǎng)絡(luò))和認(rèn)知科學(xué)等對(duì)神經(jīng)科學(xué)的促進(jìn)在近十到二十年很為明顯。
以前，神經(jīng)科學(xué)的各亞學(xué)科側(cè)重單一的研究策略。神經(jīng)解剖學(xué)發(fā)現(xiàn)神經(jīng)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)；神經(jīng)生理學(xué)分析神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)信息傳遞的基本規(guī)律；生物物理學(xué)研究神經(jīng)細(xì)胞的物理特性；神經(jīng)生物化學(xué)找到神經(jīng)系統(tǒng)的主要化學(xué)成份；神經(jīng)遺傳學(xué)了解影響神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的遺傳因素，這些基礎(chǔ)科學(xué)部分成神經(jīng)科學(xué)中的神經(jīng)生物學(xué)部分。神經(jīng)藥理學(xué)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(jīng)系統(tǒng)的功能；神經(jīng)病理學(xué)著重神經(jīng)、精神疾病的解剖結(jié)構(gòu)變化；神經(jīng)病學(xué)和精神病學(xué)主要是疾病的臨床分析和治療；放射學(xué)僅起輔助臨床診斷的作用；而心理學(xué)更是與自然科學(xué)缺乏聯(lián)系。
現(xiàn)代神經(jīng)科學(xué)的發(fā)展使其各亞學(xué)科有活躍的相互作用。這即表現(xiàn)在多學(xué)科的技術(shù)交叉上，也體現(xiàn)于學(xué)術(shù)思想和概念的交融上。現(xiàn)在，當(dāng)神經(jīng)生物學(xué)家用分子生物學(xué)發(fā)現(xiàn)一個(gè)基因及其產(chǎn)物分子后，要用多個(gè)途徑研究它在神經(jīng)系統(tǒng)形成和功能中的作用：可用免疫學(xué)技術(shù)輔助，靠解剖學(xué)觀察來定位基因產(chǎn)物在神經(jīng)系統(tǒng)什么部位存在，以生物物理學(xué)手段分析基因產(chǎn)物對(duì)神經(jīng)細(xì)胞電活動(dòng)的影響，用生理學(xué)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(jìn)一步用轉(zhuǎn)基因技術(shù)或基因剔除技術(shù)來增加或減少基因產(chǎn)物的存在量，然后研究腦的高級(jí)功能的變化，如通過行為的分析看學(xué)習(xí)記憶是否受影響，或通過行為、病理等分析看是否導(dǎo)致了疾病的發(fā)生。這些綜合研究可以揭示特定的基因是否參與腦的高級(jí)功能、或影響神經(jīng)系統(tǒng)的疾病發(fā)生。現(xiàn)代影象學(xué)在神經(jīng)科學(xué)中的應(yīng)用是物理科學(xué)與生命科學(xué)相互作用的一個(gè)范例。正電子掃描和功能性核磁共振等無創(chuàng)性成象技術(shù)使人們觀察活體腦的美夢(mèng)成為可能；而神經(jīng)系統(tǒng)的精細(xì)和復(fù)雜也要求和驅(qū)使這些技術(shù)不斷改進(jìn)和提高。神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)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(jī)器所不及之處，信息科學(xué)一方面可以它為研究目的，一方面可以借鑒其優(yōu)點(diǎn)，以改善人造機(jī)器。
因?yàn)樯窠?jīng)科學(xué)高度綜合性的特點(diǎn)，神經(jīng)科學(xué)的發(fā)展能夠有助于驅(qū)動(dòng)一系列相關(guān)學(xué)科，這也是國際上對(duì)神經(jīng)科學(xué)高度重視的從學(xué)術(shù)發(fā)展角度來考慮的原因�，F(xiàn)代神經(jīng)科學(xué)綜合了分子生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、解剖學(xué)、組織學(xué)、發(fā)育生物學(xué)、生理學(xué)、生物化學(xué)、生物物理學(xué)、遺傳學(xué)、藥理學(xué)、免疫學(xué)、病理學(xué)、神經(jīng)病學(xué)、精神病學(xué)、影象學(xué)、計(jì)算網(wǎng)絡(luò)、控制論、心理學(xué)、認(rèn)知科學(xué)等多門學(xué)科。推動(dòng)神經(jīng)科學(xué)發(fā)展可以帶動(dòng)多門相關(guān)學(xué)科的發(fā)展。
國際社會(huì)和國際科技界對(duì)神經(jīng)科學(xué)的重視
國際社會(huì)對(duì)神經(jīng)科學(xué)很重視。美國總統(tǒng)和國會(huì)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(xué)時(shí)代”等計(jì)劃，都是為了推動(dòng)神經(jīng)科學(xué)。美國國立健康研究院1997年度投入直接與神經(jīng)科學(xué)有關(guān)的經(jīng)費(fèi)為18億美元，是其人類基因計(jì)劃的10倍多。美國國家科學(xué)基金會(huì)總共22億年經(jīng)費(fèi)中，用于神經(jīng)科學(xué)的經(jīng)費(fèi)與其對(duì)數(shù)學(xué)、物理和化學(xué)這種大學(xué)科的研究經(jīng)費(fèi)在相近數(shù)量范圍。日本“腦科學(xué)時(shí)代”計(jì)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(jí)鋼材計(jì)劃”的10倍。這些投入一方面是為人的健康，一方面也期望對(duì)腦的研究揭示新的奧秘能推動(dòng)藥物工業(yè)和生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)，并有助于將來改進(jìn)人造機(jī)器如計(jì)算機(jī)。
從國際科技界看，早在50年代，一批控制論的先驅(qū)就注重神經(jīng)系統(tǒng)。從60年代起，一批分子生物學(xué)的開創(chuàng)者，包括DNA結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)者、英國科學(xué)家克里克，紛紛轉(zhuǎn)向神經(jīng)科學(xué)的研究領(lǐng)域，使神經(jīng)科學(xué)的發(fā)展有更多高質(zhì)量的人員加入研究行列。神經(jīng)科學(xué)的發(fā)展速度也表現(xiàn)在其從業(yè)人員的增長(zhǎng)速度上。美國神經(jīng)科學(xué)會(huì)于1970年成立時(shí)僅500多會(huì)員，到1998年已有2萬9千以上了，這個(gè)上升趨勢(shì)還未進(jìn)入平臺(tái)期。每年學(xué)會(huì)年會(huì)都有2萬多人參加。作為參考的數(shù)字：美國數(shù)學(xué)會(huì)成立于1888年，現(xiàn)有會(huì)員3萬; 美國物理學(xué)會(huì)成立于1899年，現(xiàn)有會(huì)員4萬。這樣看，神經(jīng)科學(xué)的規(guī)模已經(jīng)不在數(shù)理科學(xué)的亞學(xué)科的規(guī)模，而是與大學(xué)科的規(guī)模在一個(gè)數(shù)量級(jí)了。這個(gè)比較結(jié)果，并不意味著神經(jīng)科學(xué)與數(shù)學(xué)科學(xué)或物理科學(xué)在科學(xué)領(lǐng)域的比較，但是卻反映了神經(jīng)科學(xué)研究人員和梯隊(duì)的發(fā)展規(guī)模和趨勢(shì)。
中國的神經(jīng)科學(xué)規(guī)模較小，但是有很長(zhǎng)歷史，有一些優(yōu)秀工作。如果能在已有基礎(chǔ)上加強(qiáng)和擴(kuò)展中國的神經(jīng)科學(xué)，順應(yīng)世界科學(xué)發(fā)展大勢(shì)，可以對(duì)中國人口的健康和社會(huì)發(fā)展作出貢獻(xiàn)，并促進(jìn)一批相關(guān)的生命科學(xué)、物理科學(xué)、信息科學(xué)或心理科學(xué)中的學(xué)科發(fā)展。