腦科學(xué)的革命性技術(shù)

仇子龍

腦科學(xué)的研究希望解密大腦的終極秘密，比如我們?yōu)槭裁茨軐W(xué)習(xí)記憶，為什么能思考，為什么有意識等等。

自從腦科學(xué)誕生以后，我們基本弄清了大腦是由千億個神經(jīng)細(xì)胞（也叫神經(jīng)元）組成的。我們也弄清了神經(jīng)元傳遞信息的奧秘，由化學(xué)物質(zhì)在細(xì)胞膜之間的傳遞產(chǎn)生了電沖動，編碼了神經(jīng)元將大千世界信息變成簡單的電活動。但是，當(dāng)我們完成了將神奇的大腦分解為一個一個神經(jīng)元的工作之后，我們發(fā)現(xiàn)對那些最令人著迷的問題，我們還是沒有答案。為什么能學(xué)習(xí)記憶，為什么能思考且有意識？

如果想解答這些終極問題，必須進(jìn)一步解析大腦的奧秘，比如，在進(jìn)行高等認(rèn)知活動的時候，大腦中究竟發(fā)生了什么？電活動是如何在大腦密如蛛網(wǎng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中傳遞的？我們不能再將大腦分解為一個一個的細(xì)胞，而應(yīng)當(dāng)將大腦看成一個整體，在活體動物中探索大腦的工作機(jī)理。因此我們需要解析大腦作為一個整體的電活動如何傳遞，我們還需要對整個大腦中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行解析，把電活動的活動路徑勾畫出來。

這些就是全世界的神經(jīng)科學(xué)家為之奮斗的最新目標(biāo)。用多種方法直接觀察動物腦中的電活動，研究各種認(rèn)知行為產(chǎn)生什么樣的電活動。并且站在整體角度，運(yùn)用最新的方法剖析大腦的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。只有將大腦的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)充分解析出來，我們才有可能知道認(rèn)知、思考與意識的底層邏輯。

在本期《世界科學(xué)》中，你可以看到，哈佛大學(xué)的科恩教授用蛋白質(zhì)來標(biāo)記神經(jīng)元的電活動，將發(fā)生在毫秒級的電活動用靈敏的蛋白質(zhì)探針標(biāo)記出來。能夠同時看到大腦中難以數(shù)計的神經(jīng)元如何在我們思考、認(rèn)知時發(fā)生活動，將是我們揭開大腦奧秘的終極時刻。在“思維之源：嘆為觀止的突觸地圖”一文中，你將會了解到，目前科學(xué)家用標(biāo)記神經(jīng)元之間的鏈接結(jié)構(gòu)——突觸的方法，來對大腦的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行標(biāo)記。當(dāng)然神經(jīng)科學(xué)家還有許多手段，比如將綠色熒光蛋白裝到跨越神經(jīng)元的病毒中，來點(diǎn)亮串起來的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

而在“細(xì)胞通往大腦的捷徑”這篇文章中，你會看到免疫系統(tǒng)與大腦連接的證據(jù)。長久以來我們一直以為大腦是免疫系統(tǒng)的禁區(qū)，因為被血腦屏障層層包圍。現(xiàn)在科學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了許多證據(jù)，發(fā)現(xiàn)我們的免疫系統(tǒng)通過血腦屏障，對大腦產(chǎn)生了許多影響，包括大腦受到損傷后的第一反應(yīng)，必須由免疫系統(tǒng)來完成。因此免疫系統(tǒng)與大腦是密不可分的。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)許多老年疾病，如阿爾茨海默病與帕金森綜合征等等，都與大腦中的免疫反應(yīng)失調(diào)有關(guān)。免疫系統(tǒng)過激會導(dǎo)致自身免疫疾病，而老年病變過程中產(chǎn)生的神經(jīng)免疫反應(yīng)也會繼而對大腦的正常功能產(chǎn)生破壞作用，因此對許多神經(jīng)系統(tǒng)疾病的免疫系統(tǒng)治療，也許會是重要方向。

通過對最新腦科學(xué)研究成果的解讀，我們可以看到腦科學(xué)的研究已經(jīng)走到了與其他多學(xué)科交叉的關(guān)鍵時刻，而且物理、化學(xué)等多種方法在腦科學(xué)研究中的運(yùn)用一再突破腦科學(xué)的極限，使最終觀測大腦實(shí)時活動成為可能。

腦科學(xué)，正成為生命科學(xué)中最活躍的一個分支，21世紀(jì)的腦科學(xué)最終將解開大腦的終極秘密，并攻克若干大腦疾病，讓我們擁有更健康的大腦。