美國(guó)加快神經(jīng)科學(xué)研究的優(yōu)先重點(diǎn)

（作者：劉潤(rùn)生，中國(guó)科學(xué)技術(shù)信息研究所助理研究員，科技參考研究室負(fù)責(zé)人，主要從事科技戰(zhàn)略與政策研究。）

腦與神經(jīng)科學(xué)研究對(duì)于健康、教育學(xué)習(xí)和技術(shù)開發(fā)（新型計(jì)算機(jī)和機(jī)器人，如神經(jīng)形態(tài)芯片）意義重大。近期，美國(guó)國(guó)家科學(xué)技術(shù)委員會(huì)神經(jīng)科學(xué)部際工作組發(fā)布報(bào)告，明確了重要挑戰(zhàn)，強(qiáng)調(diào)通過(guò)加強(qiáng)溝通、協(xié)調(diào)和合作加快神經(jīng)科學(xué)研究，并提出了17項(xiàng)建議。

一、認(rèn)識(shí)并運(yùn)用腦信息處理能力

近年來(lái)，成像、遺傳學(xué)、電子和材料科學(xué)領(lǐng)域的進(jìn)步為腦結(jié)構(gòu)和腦功能的實(shí)驗(yàn)研究能力取得突破創(chuàng)造了可能。計(jì)算機(jī)科學(xué)與人工智能的互補(bǔ)發(fā)展還大幅提高了從龐大復(fù)雜的數(shù)據(jù)集中發(fā)現(xiàn)規(guī)律并對(duì)腦功能進(jìn)行模擬的能力。這些方法有助于揭示神經(jīng)活動(dòng)規(guī)律和復(fù)雜行為背后的腦結(jié)構(gòu)，還為開發(fā)下一代治療裝置、設(shè)計(jì)新穎的計(jì)算機(jī)和機(jī)器人裝置創(chuàng)造了條件。美國(guó)的“腦計(jì)劃”是這方面振奮人心的舉措，它著眼于加快新技術(shù)開發(fā)應(yīng)用，創(chuàng)建動(dòng)態(tài)的腦功能圖，最終更好地認(rèn)識(shí)人類如何思考、學(xué)習(xí)和記憶。

挑戰(zhàn)在于：一是記錄并調(diào)節(jié)復(fù)雜行為背后的神經(jīng)活動(dòng)。新興技術(shù)為在前所未有的尺度上更精確地記錄并調(diào)節(jié)腦電活動(dòng)創(chuàng)造了可能。通過(guò)集中投資并加強(qiáng)互動(dòng)，能夠與相關(guān)研究群體建立信息共享和協(xié)調(diào)機(jī)制，確定并聚焦于神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)和戰(zhàn)略目標(biāo)。二是制定數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)型發(fā)現(xiàn)和計(jì)算機(jī)模擬的新策略和新標(biāo)準(zhǔn)。大規(guī)模全面觀察腦活動(dòng)會(huì)產(chǎn)生海量數(shù)量，這給計(jì)算能力帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。這需要有有效、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆椒▉?lái)集成如此龐大復(fù)雜的數(shù)據(jù)集，從中找出規(guī)律，同時(shí)促進(jìn)研究團(tuán)隊(duì)之間高效合作。三是將腦信息處理能力的研究成果和方法論轉(zhuǎn)化為應(yīng)用。腦研究能夠用以加快關(guān)鍵的健康和技術(shù)領(lǐng)域的進(jìn)步。其中尤其有巨大潛力去改善神經(jīng)修復(fù)和神經(jīng)假體裝置，使之無(wú)縫融入神經(jīng)系統(tǒng)，并更靈敏地響應(yīng)佩戴者的需求。但是，科學(xué)家還缺乏如何優(yōu)化這些裝置、使之與神經(jīng)系統(tǒng)和腦直接溝通的認(rèn)識(shí)。

報(bào)告建議：（1）通過(guò)“腦計(jì)劃”協(xié)調(diào)神經(jīng)科學(xué)部際工作，確保從物種、技術(shù)和方法方面為眾多項(xiàng)目提供支持。資助機(jī)會(huì)應(yīng)鼓勵(lì)加強(qiáng)多學(xué)科和跨學(xué)科互動(dòng)，以擷取不同的基礎(chǔ)和應(yīng)用科學(xué)研究群體的各種觀點(diǎn)。（2）支持?jǐn)M定并確立系統(tǒng)性地描述和量化行為、認(rèn)知和疾病數(shù)據(jù)的方法。這是數(shù)據(jù)集成的關(guān)鍵，需要匯聚計(jì)算機(jī)、神經(jīng)生物學(xué)、心理學(xué)和臨床方面的深厚專業(yè)知識(shí)。（3）鼓勵(lì)神經(jīng)科學(xué)家、計(jì)算機(jī)科學(xué)家、數(shù)學(xué)家、統(tǒng)計(jì)學(xué)家和其他研究人員共同探尋在大數(shù)據(jù)組織與分析方面取得進(jìn)步的重大機(jī)會(huì)。（4）制定鼓勵(lì)研究人員運(yùn)用并協(xié)調(diào)現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫(kù)和其他資源的策略。（5）鼓勵(lì)研究人員、企業(yè)和非營(yíng)利機(jī)構(gòu)開發(fā)新的數(shù)據(jù)分析產(chǎn)品和服務(wù)，鼓勵(lì)通過(guò)公私合作促進(jìn)科研成果轉(zhuǎn)化。

二、認(rèn)識(shí)并治療腦疾病、腦功能障礙和腦損傷

神經(jīng)科學(xué)研究進(jìn)展迅速，為認(rèn)識(shí)和治療腦疾病、腦功能障礙和腦損傷帶來(lái)了新機(jī)遇。對(duì)致病機(jī)理認(rèn)識(shí)的增加正在改變科學(xué)家和醫(yī)療工作者診治這些疾病的能力。

挑戰(zhàn)在于：一是建立以神經(jīng)科學(xué)為基礎(chǔ)的疾病分類，以改善腦功能障礙治療。目前腦功能障礙的分類主要依據(jù)臨床特征，而科學(xué)證據(jù)表明，精神性障礙、神經(jīng)性障礙、發(fā)育性障礙和藥物濫用失常或許有一些共同的生物機(jī)理。將這些生物機(jī)理信息應(yīng)用于疾病分類，可以改善疾病診治，在疾病演變過(guò)程中盡早干預(yù)，并最終改善預(yù)判。二是開發(fā)生物標(biāo)記及評(píng)估工具。生物標(biāo)記對(duì)于早期診斷、患者分類、疾病惡化過(guò)程與治療情況觀察十分關(guān)鍵，但患者的異質(zhì)性和腦功能障礙癥狀量化指標(biāo)的缺乏使生物標(biāo)記發(fā)現(xiàn)工作一直很難前進(jìn)，這項(xiàng)工作必須加快。三是認(rèn)識(shí)并征服血腦屏障。血腦屏障保護(hù)腦不受生物和其他不利物質(zhì)的傷害，但也會(huì)限制許多可能有益的治療物質(zhì)進(jìn)入大腦。

報(bào)告建議：（1）在神經(jīng)科學(xué)部際工作組下成立一支工作小組，以建議如何將當(dāng)前的神經(jīng)生物學(xué)信息用于腦功能障礙分類。（2）發(fā)動(dòng)相關(guān)部門開展合作，以統(tǒng)一各種臨床研究工作中的公用數(shù)據(jù)元，集成各種大型臨床數(shù)據(jù)集信息，并在法律允許的前提下鼓勵(lì)廣大研究界共享臨床數(shù)據(jù)。（3）在神經(jīng)科學(xué)部際工作組下成立一支工作小組，納入相關(guān)部門人員和外部專家，以評(píng)估各部門的生物標(biāo)記工作，同時(shí)匯總并提煉出最佳實(shí)踐指南。（4）通過(guò)專題研討會(huì)和其他合作機(jī)制鼓勵(lì)研究界和相關(guān)部門確定最有希望讓治療物質(zhì)穿過(guò)血腦屏障的策略。

三、認(rèn)識(shí)并優(yōu)化環(huán)境與腦在整個(gè)生命歷程中的相互作用

從飲食習(xí)慣到物質(zhì)環(huán)境、社會(huì)關(guān)系，有許多因素影響腦與認(rèn)知功能。要開展基礎(chǔ)研究，以認(rèn)識(shí)決策、學(xué)習(xí)等高級(jí)功能背后的基本神經(jīng)機(jī)理，并判定其與復(fù)雜的社會(huì)和環(huán)境如何相互作用。

挑戰(zhàn)在于：一是認(rèn)識(shí)并促進(jìn)腦的適應(yīng)性與恢復(fù)。營(yíng)養(yǎng)不良、災(zāi)害、生態(tài)系統(tǒng)變化、環(huán)境污染、危險(xiǎn)的工作條件、不利的生活事件等應(yīng)激因素均可能引發(fā)不同的有害結(jié)果。二是認(rèn)識(shí)并優(yōu)化學(xué)習(xí)。神經(jīng)科學(xué)十分關(guān)注學(xué)習(xí)和教育，但是仍然缺乏實(shí)證應(yīng)用。鑒于學(xué)習(xí)對(duì)于適應(yīng)能力的重要性，特別是教育對(duì)于人類社會(huì)成功的重要性，增進(jìn)對(duì)學(xué)習(xí)過(guò)程與神經(jīng)科學(xué)的深入認(rèn)識(shí)勢(shì)在必行。

報(bào)告建議：（1）針對(duì)從事腦與行為反應(yīng)、適應(yīng)性和恢復(fù)研究的廣泛科學(xué)群體，制定加強(qiáng)跨部門合作、協(xié)調(diào)和支持的機(jī)制。近期和中期目標(biāo)應(yīng)包括，確定優(yōu)先研究重點(diǎn)和跨部門舉措能產(chǎn)生重大影響的領(lǐng)域，建立相應(yīng)的公私合作關(guān)系、溝通策略和資助策略。（2）針對(duì)自我控制和應(yīng)激反應(yīng)制定跨部門研究目標(biāo)。（3）通過(guò)跨部門研討或聯(lián)合資助，協(xié)調(diào)聯(lián)邦機(jī)構(gòu)的工作，并注重學(xué)習(xí)與技能獲取的神經(jīng)科學(xué)基礎(chǔ)、環(huán)境與認(rèn)知關(guān)系的研究方法、生命歷程中的腦與認(rèn)知變化、優(yōu)化學(xué)習(xí)的研究方法、新的學(xué)習(xí)技術(shù)。

四、將研究成果付諸實(shí)踐

挑戰(zhàn)在于：一是促進(jìn)神經(jīng)科學(xué)基礎(chǔ)研究成果的臨床應(yīng)用。從科學(xué)發(fā)現(xiàn)到臨床前和臨床試驗(yàn)，整條道路相當(dāng)復(fù)雜，長(zhǎng)期維持療法開發(fā)工作需要耗費(fèi)大量資源。開發(fā)用于評(píng)估產(chǎn)品安全、效用、質(zhì)量和性能的新工具和新方法有助于提高臨床轉(zhuǎn)化效率。食品和藥品管理局的監(jiān)督管理是產(chǎn)品開發(fā)與審批過(guò)程中的關(guān)鍵要素。參與研究成果臨床轉(zhuǎn)化的部門都能從經(jīng)驗(yàn)交流中相互受益。二是促進(jìn)神經(jīng)科學(xué)和認(rèn)識(shí)科學(xué)研究成果在教育中的應(yīng)用。當(dāng)前，需要加強(qiáng)神經(jīng)科學(xué)與認(rèn)識(shí)科學(xué)的研究發(fā)現(xiàn)在教學(xué)改善策略中的應(yīng)用，特別要辨識(shí)并傳播可以投入課堂試驗(yàn)的具體發(fā)現(xiàn)。如果加強(qiáng)聯(lián)邦機(jī)構(gòu)與州、地方和私營(yíng)組織之間的合作，就能加快辨識(shí)有前景付諸實(shí)踐的研究成果，并更快地制訂出評(píng)估方法和指標(biāo)。

報(bào)告建議：（1）成立一支工作小組，讓相關(guān)聯(lián)邦機(jī)構(gòu)形成合力，促進(jìn)神經(jīng)科學(xué)研究成果實(shí)用化和商業(yè)化。這支小組應(yīng)該包括基礎(chǔ)研究和臨床研究人員以及從事監(jiān)督管理工作的官員，并且應(yīng)該提出確保治療方法研發(fā)高效的最佳做法。（2）會(huì)同這支工作小組建立一個(gè)可公開獲取的聯(lián)邦資源及信息交換中心，以加快從研究到應(yīng)用的轉(zhuǎn)化過(guò)程，經(jīng)濟(jì)有效地通過(guò)監(jiān)管審批程序、及時(shí)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化，并且最大程度減少繁冗手續(xù)。

五、加強(qiáng)溝通并推動(dòng)公共參與

府各部門和跨部門的計(jì)劃、立項(xiàng)數(shù)據(jù)庫(kù)以及項(xiàng)目官員和其他專家信息，以便查閱。（2）制定加強(qiáng)有關(guān)神經(jīng)科學(xué)研究和腦疾病的公眾溝通策略。（3）確保整個(gè)神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的政府優(yōu)先重點(diǎn)納入聯(lián)邦部門的規(guī)劃。