美國加快神經科學研究的優(yōu)先重點

（作者：劉潤生，中國科學技術信息研究所助理研究員，科技參考研究室負責人，主要從事科技戰(zhàn)略與政策研究。）

腦與神經科學研究對于健康、教育學習和技術開發(fā)（新型計算機和機器人，如神經形態(tài)芯片）意義重大。近期，美國國家科學技術委員會神經科學部際工作組發(fā)布報告，明確了重要挑戰(zhàn)，強調通過加強溝通、協(xié)調和合作加快神經科學研究，并提出了17項建議。

一、認識并運用腦信息處理能力

近年來，成像、遺傳學、電子和材料科學領域的進步為腦結構和腦功能的實驗研究能力取得突破創(chuàng)造了可能。計算機科學與人工智能的互補發(fā)展還大幅提高了從龐大復雜的數據集中發(fā)現規(guī)律并對腦功能進行模擬的能力。這些方法有助于揭示神經活動規(guī)律和復雜行為背后的腦結構，還為開發(fā)下一代治療裝置、設計新穎的計算機和機器人裝置創(chuàng)造了條件。美國的“腦計劃”是這方面振奮人心的舉措，它著眼于加快新技術開發(fā)應用，創(chuàng)建動態(tài)的腦功能圖，最終更好地認識人類如何思考、學習和記憶。

挑戰(zhàn)在于：一是記錄并調節(jié)復雜行為背后的神經活動。新興技術為在前所未有的尺度上更精確地記錄并調節(jié)腦電活動創(chuàng)造了可能。通過集中投資并加強互動，能夠與相關研究群體建立信息共享和協(xié)調機制，確定并聚焦于神經科學領域的關鍵技術和戰(zhàn)略目標。二是制定數據挖掘、數據驅動型發(fā)現和計算機模擬的新策略和新標準。大規(guī)模全面觀察腦活動會產生海量數量，這給計算能力帶來了巨大的挑戰(zhàn)。這需要有有效、嚴謹的方法來集成如此龐大復雜的數據集，從中找出規(guī)律，同時促進研究團隊之間高效合作。三是將腦信息處理能力的研究成果和方法論轉化為應用。腦研究能夠用以加快關鍵的健康和技術領域的進步。其中尤其有巨大潛力去改善神經修復和神經假體裝置，使之無縫融入神經系統(tǒng)，并更靈敏地響應佩戴者的需求。但是，科學家還缺乏如何優(yōu)化這些裝置、使之與神經系統(tǒng)和腦直接溝通的認識。

報告建議：（1）通過“腦計劃”協(xié)調神經科學部際工作，確保從物種、技術和方法方面為眾多項目提供支持。資助機會應鼓勵加強多學科和跨學科互動，以擷取不同的基礎和應用科學研究群體的各種觀點。（2）支持擬定并確立系統(tǒng)性地描述和量化行為、認知和疾病數據的方法。這是數據集成的關鍵，需要匯聚計算機、神經生物學、心理學和臨床方面的深厚專業(yè)知識。（3）鼓勵神經科學家、計算機科學家、數學家、統(tǒng)計學家和其他研究人員共同探尋在大數據組織與分析方面取得進步的重大機會。（4）制定鼓勵研究人員運用并協(xié)調現有數據庫和其他資源的策略。（5）鼓勵研究人員、企業(yè)和非營利機構開發(fā)新的數據分析產品和服務，鼓勵通過公私合作促進科研成果轉化。

二、認識并治療腦疾病、腦功能障礙和腦損傷

神經科學研究進展迅速，為認識和治療腦疾病、腦功能障礙和腦損傷帶來了新機遇。對致病機理認識的增加正在改變科學家和醫(yī)療工作者診治這些疾病的能力。

挑戰(zhàn)在于：一是建立以神經科學為基礎的疾病分類，以改善腦功能障礙治療。目前腦功能障礙的分類主要依據臨床特征，而科學證據表明，精神性障礙、神經性障礙、發(fā)育性障礙和藥物濫用失?；蛟S有一些共同的生物機理。將這些生物機理信息應用于疾病分類，可以改善疾病診治，在疾病演變過程中盡早干預，并最終改善預判。二是開發(fā)生物標記及評估工具。生物標記對于早期診斷、患者分類、疾病惡化過程與治療情況觀察十分關鍵，但患者的異質性和腦功能障礙癥狀量化指標的缺乏使生物標記發(fā)現工作一直很難前進，這項工作必須加快。三是認識并征服血腦屏障。血腦屏障保護腦不受生物和其他不利物質的傷害，但也會限制許多可能有益的治療物質進入大腦。

報告建議：（1）在神經科學部際工作組下成立一支工作小組，以建議如何將當前的神經生物學信息用于腦功能障礙分類。（2）發(fā)動相關部門開展合作，以統(tǒng)一各種臨床研究工作中的公用數據元，集成各種大型臨床數據集信息，并在法律允許的前提下鼓勵廣大研究界共享臨床數據。（3）在神經科學部際工作組下成立一支工作小組，納入相關部門人員和外部專家，以評估各部門的生物標記工作，同時匯總并提煉出最佳實踐指南。（4）通過專題研討會和其他合作機制鼓勵研究界和相關部門確定最有希望讓治療物質穿過血腦屏障的策略。

三、認識并優(yōu)化環(huán)境與腦在整個生命歷程中的相互作用

從飲食習慣到物質環(huán)境、社會關系，有許多因素影響腦與認知功能。要開展基礎研究，以認識決策、學習等高級功能背后的基本神經機理，并判定其與復雜的社會和環(huán)境如何相互作用。

挑戰(zhàn)在于：一是認識并促進腦的適應性與恢復。營養(yǎng)不良、災害、生態(tài)系統(tǒng)變化、環(huán)境污染、危險的工作條件、不利的生活事件等應激因素均可能引發(fā)不同的有害結果。二是認識并優(yōu)化學習。神經科學十分關注學習和教育，但是仍然缺乏實證應用。鑒于學習對于適應能力的重要性，特別是教育對于人類社會成功的重要性，增進對學習過程與神經科學的深入認識勢在必行。

報告建議：（1）針對從事腦與行為反應、適應性和恢復研究的廣泛科學群體，制定加強跨部門合作、協(xié)調和支持的機制。近期和中期目標應包括，確定優(yōu)先研究重點和跨部門舉措能產生重大影響的領域，建立相應的公私合作關系、溝通策略和資助策略。（2）針對自我控制和應激反應制定跨部門研究目標。（3）通過跨部門研討或聯(lián)合資助，協(xié)調聯(lián)邦機構的工作，并注重學習與技能獲取的神經科學基礎、環(huán)境與認知關系的研究方法、生命歷程中的腦與認知變化、優(yōu)化學習的研究方法、新的學習技術。

四、將研究成果付諸實踐

挑戰(zhàn)在于：一是促進神經科學基礎研究成果的臨床應用。從科學發(fā)現到臨床前和臨床試驗，整條道路相當復雜，長期維持療法開發(fā)工作需要耗費大量資源。開發(fā)用于評估產品安全、效用、質量和性能的新工具和新方法有助于提高臨床轉化效率。食品和藥品管理局的監(jiān)督管理是產品開發(fā)與審批過程中的關鍵要素。參與研究成果臨床轉化的部門都能從經驗交流中相互受益。二是促進神經科學和認識科學研究成果在教育中的應用。當前，需要加強神經科學與認識科學的研究發(fā)現在教學改善策略中的應用，特別要辨識并傳播可以投入課堂試驗的具體發(fā)現。如果加強聯(lián)邦機構與州、地方和私營組織之間的合作，就能加快辨識有前景付諸實踐的研究成果，并更快地制訂出評估方法和指標。

報告建議：（1）成立一支工作小組，讓相關聯(lián)邦機構形成合力，促進神經科學研究成果實用化和商業(yè)化。這支小組應該包括基礎研究和臨床研究人員以及從事監(jiān)督管理工作的官員，并且應該提出確保治療方法研發(fā)高效的最佳做法。（2）會同這支工作小組建立一個可公開獲取的聯(lián)邦資源及信息交換中心，以加快從研究到應用的轉化過程，經濟有效地通過監(jiān)管審批程序、及時實現產品化，并且最大程度減少繁冗手續(xù)。

五、加強溝通并推動公共參與

府各部門和跨部門的計劃、立項數據庫以及項目官員和其他專家信息，以便查閱。（2）制定加強有關神經科學研究和腦疾病的公眾溝通策略。（3）確保整個神經科學領域的政府優(yōu)先重點納入聯(lián)邦部門的規(guī)劃。