醫(yī)學研究生腦科學基礎(chǔ)與前沿課程新體系的構(gòu)建與實施

解柔剛，王文挺，韓文娟，武勝昔，羅 層

0 引 言

腦科學技術(shù)的迅猛發(fā)展，腦科學已成為當今世界科研領(lǐng)域最活躍、最前沿以及科研成果最為豐碩的學科之一［1］。世界各發(fā)達國家先后都將腦科學研究納入國家發(fā)展的戰(zhàn)略科技規(guī)劃。2013年美國公布了“推進創(chuàng)新神經(jīng)技術(shù)腦研究計劃”，歐洲推出“藍腦計劃”，日本啟動了“腦科學時代”的腦科學計劃綱要［1］。與此同時，我國也將“腦科學”列入基礎(chǔ)研究八個科學前沿問題之一，“一體兩翼”的中國腦計劃噴薄欲出［1-2］。

空軍軍醫(yī)大學神經(jīng)生物學教研室暨神經(jīng)科學研究所作為我校腦科學研究的支柱學科之一，承擔著腦科學研究生教育的重任。因此，為適應日益發(fā)展的腦科學研究人員的重大需求，我們必須構(gòu)建一套腦科學基礎(chǔ)與前沿的研究生課程新體系，從腦的結(jié)構(gòu)和功能、腦疾病的發(fā)生原理和人工智能等多方面對研究生進行腦科學知識體系的系統(tǒng)教育。本文將就我們學科在腦科學基礎(chǔ)與前沿新課程體系構(gòu)建過程中的實踐和探索與同行進行探討。

1 腦科學基礎(chǔ)與前沿研究生課程體系總體設計

針對醫(yī)學研究生的授課對象，我們強調(diào)基礎(chǔ)聯(lián)系前沿、理論聯(lián)系臨床的教學理念，采用中、英文授課相結(jié)合的教學方式，聯(lián)合慕課的教學模式，開設《腦科學基礎(chǔ)與前沿》課程。首先夯實基礎(chǔ)，重點講授腦的基本結(jié)構(gòu)和功能；其次是深入講授腦功能和常見腦疾病的發(fā)生機理和臨床治療，加強基礎(chǔ)與臨床的密切聯(lián)系；最后介紹神經(jīng)網(wǎng)絡和人工智能的最新進展，將大腦工作的原理與人工智能的發(fā)展進行對比學習，同時，神經(jīng)科學領(lǐng)域正在極速發(fā)展，其概念、方法、科學工具和臨床應用都得到了極大的擴展［3-4］，結(jié)合高速發(fā)展的腦科學研究方法，最終提升醫(yī)學研究生對腦科學的認知水平。

2 腦科學基礎(chǔ)與前沿研究生課程的具體實施

2.1 基礎(chǔ)聯(lián)系前沿、理論聯(lián)系臨床的教學理念貫穿始終從20世紀50年代開始，神經(jīng)科學技術(shù)的迅猛發(fā)展。微觀上，人們把對腦和神經(jīng)系統(tǒng)的研究推進到了更深層次的細胞和分子水平［5］。宏觀上，應用腦功能成像技術(shù)，實現(xiàn)了對不同腦區(qū)大群神經(jīng)元的活動及其相應投射的實時檢測和分析［6-7］。最新的光遺傳技術(shù)、病毒標記技術(shù)等助力人們在神經(jīng)環(huán)路和網(wǎng)絡水平對腦的結(jié)構(gòu)和功能有了更為深入的揭示［8］。為此，我們首先以“腦科學的使命與發(fā)展趨勢”的緒論開題，結(jié)合腦科學的發(fā)展歷程、圍繞腦科學基礎(chǔ)知識、腦功能、腦疾病、神經(jīng)網(wǎng)絡與人工智能等4個篇章向同學們勾勒出腦科學的理論知識框架體系。

2.1.1 腦科學基礎(chǔ)篇以腦的基本結(jié)構(gòu)和功能單位——神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細胞穿針引線，內(nèi)容涵蓋神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)生發(fā)育、神經(jīng)遞質(zhì)和受體、神經(jīng)信息的傳遞及信號轉(zhuǎn)導等，旨在加強學員們的腦科學基礎(chǔ)理論知識，為后續(xù)的學習夯實基礎(chǔ)。需要特別強調(diào)的是，在課堂上教員除了向?qū)W生講解基本知識之外，還以多樣的形式廣泛結(jié)合最新的研究動態(tài)和進展，培養(yǎng)學員對腦科學基礎(chǔ)科研的興趣，如介紹小膠質(zhì)細胞與負性情緒的相關(guān)研究［9］，將神經(jīng)生物學的基礎(chǔ)理論與高級腦功能相結(jié)合，前后呼應。

2.1.2 腦功能篇大腦是人體的最高司令部，掌管著人體的各項高級活動，如感覺、運動、意識、思維、情緒等。在上述腦科學基礎(chǔ)知識的講解基礎(chǔ)上，我們講授高級腦功能的工作原理，重點聚焦感覺與運動、學習與記憶、情緒與獎賞以及睡眠與覺醒等方面。同樣，在講解基本原理的基礎(chǔ)之上，教員還會廣泛結(jié)合自己的研究方向介紹該領(lǐng)域的研究歷史、發(fā)展動態(tài)和最新前沿進展。

2.1.3 腦疾病篇對人類健康影響嚴重的腦疾病給社會帶來了沉重的負擔，這是腦科學面臨的嚴峻挑戰(zhàn)。為此，在講授腦科學基礎(chǔ)研究的基礎(chǔ)上，我們緊密聯(lián)系臨床，講授與臨床密切相關(guān)的腦疾病專題，包括慢性痛的發(fā)生機制及臨床治療、精神疾病的神經(jīng)生物學基礎(chǔ)及治療、神經(jīng)退行性疾病、神經(jīng)損傷與修復、神經(jīng)免疫調(diào)節(jié)、精神性疾病、睡眠障礙、神經(jīng)干細胞治療、血腦屏障及其臨床問題等等。

2.1.4 神經(jīng)網(wǎng)絡與人工智能篇目前的第三次人工智能浪潮即是對神經(jīng)系統(tǒng)網(wǎng)絡構(gòu)架的抽象整合，進一步應用計算機的強大計算能力進行數(shù)據(jù)分析，從而達到機器學習的目的。人工智能正是用機器來實現(xiàn)人類的感知、學習、記憶、邏輯推理、情感、創(chuàng)造等多種活動，為腦科學提供仿真模擬手段、系統(tǒng)與平臺，支持科學假設的驗證，并為其提供廣泛的應用前景［10］。類腦人工智能的人工神經(jīng)網(wǎng)絡從某種程度上將生物神經(jīng)網(wǎng)絡抽象化，從而更簡潔的形成層級結(jié)構(gòu)，這對腦科學研究具有很強的借鑒意義。同時，類腦人工智能高度發(fā)展，其引申的監(jiān)督學習以及非監(jiān)督學習機制可以對神經(jīng)生物學中的數(shù)據(jù)進行更深層次的發(fā)掘，并且在醫(yī)學相關(guān)領(lǐng)域已經(jīng)得到了豐富的發(fā)展［11］。為此，我們講授神經(jīng)網(wǎng)絡與人工智能，剖析類腦人工智能與神經(jīng)生物學之間的相互借鑒關(guān)系、區(qū)別與聯(lián)系。旨在使同學們深入理解腦科學與人工智能的交叉融合對探索人類的智能本質(zhì)的重要研究價值。

2.2 中、英文雙語講授的教學方式有機結(jié)合腦科學是21世紀生命科學的領(lǐng)頭學科，發(fā)展速度日新月異，我們的研究生需要站在國際的舞臺上與同行進行交流競爭。在這一形勢下，如何提高醫(yī)學研究生的英文交流水平以及英文寫作質(zhì)量［12］進而提高研究生腦科學研究的國際化水平就顯得尤為重要。

2.2.1 英文授課的課前預習為了提高全英文授課的效果，我們要求學員做好課前預習工作。我們推薦學生課前瀏覽由高等教育出版社出版的“Neuroscience：Exploring the Brain”英文影印版教材的相關(guān)章節(jié)。該教材圖文并茂、語言通俗易懂，非常適合作為英語教學的教材使用［13］。通過預習，同學們一方面對課堂知識內(nèi)容可以做到事先熟悉，同時對專業(yè)的英文詞匯也能夠提前掌握，以保證研究生在聽課的過程中思維連貫，避免生僻的專業(yè)詞匯的漏聽影響學習效果。

2.2.2 英文課件的準備為幫助同學們理解，課件全部采用中英文對照。充分利用多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡教學資源，從課程設計、圖片選用、動畫制作以及課堂用語等各個方面精心規(guī)劃，制作圖文聲像并茂的雙語多媒體課件，將知識生動、形象地展示給學生，充分調(diào)動學生參與英文教學課堂的積極性。同時，英文講授時，做到語速適中、抑揚頓挫，語言簡潔、通俗易懂。

2.3 傳統(tǒng)課堂授課與網(wǎng)絡慕課的教學模式交叉使用隨著腦科學的飛速發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展使得我們與世界的聯(lián)系日益頻繁，教學也逐漸地被信息技術(shù)所深入。加之，傳統(tǒng)的課堂教學模式重點關(guān)注教師怎樣“教”，忽視學生如何“學”，教學效果有時不甚理想［14］。因此，改變傳統(tǒng)課堂教學模式，提高教學質(zhì)量，是當前學校教育教學改革的主要任務，也是我們教研組一直在思考的重要問題。

慕課作為一種新興的在線教育模式，大大提高了學習的自由度，提高了學習的靈活性和效率［15］。為了提高教學的有效性和趣味性，我們教研組經(jīng)過充分的討論和研究，大膽嘗試采用傳統(tǒng)課堂教學模式與網(wǎng)絡慕課交叉結(jié)合的方式，取得了良好的教學效果。

2.3.1 網(wǎng)絡慕課課程的選擇根據(jù)課程的具體安排和首次嘗試慕課與傳統(tǒng)課堂授課教學模式交叉使用的具體情況，我們首先選擇《學習與記憶》和《情緒與獎賞》的課程采用網(wǎng)絡慕課教學。在整個課程授課結(jié)束后，對學員進行無記名問卷調(diào)查，收集學員對兩種授課模式的反饋情況，認真分析不足和有待改進之處，充分發(fā)揮傳統(tǒng)課堂和網(wǎng)絡慕課的優(yōu)勢，互相補充，相互融合，激發(fā)教師教學積極性和學生學習主動性，為更好地提高教學效果、提升教學質(zhì)量積累經(jīng)驗和教訓。

2.3.2 慕課課程的制作慕課的特點是短小精悍，一般的視頻時間控制在5～15 min，以方便學員利用碎片化時間進行學習。這就要求教研團隊準備大量的教學素材，對教學框架進行精心的編排和設計，反復揣摩知識點的切分。為了在有限的時間內(nèi)高效地傳達知識點，我們要求教員達到“篇無廢句、句無廢詞、詞無廢字”的授課原則。同時，除了視頻講授之外，我們還設計討論、作業(yè)、評價以及反饋等一系列教學過程，授課教師及團隊進駐討論區(qū)，與學員討論，為學員答疑解惑，實現(xiàn)在線的面對面的師生溝通和交流，提高教與學的效率和質(zhì)量。

3 結(jié) 語

經(jīng)過我們教研室在教學過程中不斷的實踐嘗試和探索，也正是乘著人類腦計劃的發(fā)展契機和東風，構(gòu)建了一套腦科學基礎(chǔ)與前沿的研究生課程新體系。在課后的滿意度調(diào)查問卷中，我們這種基礎(chǔ)聯(lián)系前沿、理論聯(lián)系臨床的教學理念，中、英文聯(lián)合講授的教學方式，傳統(tǒng)課堂與網(wǎng)絡慕課相結(jié)合的教學模式深受同學們的認可和歡迎。我們將在后續(xù)的教學過程中不斷地實踐探索、總結(jié)經(jīng)驗，為培養(yǎng)高素質(zhì)的腦科學創(chuàng)新型人才繼續(xù)奮斗。