10月10日是一年一度的世界精神衛(wèi)生日。隨著全球社會經(jīng)濟的發(fā)展，受到精神心理問題困擾的人群越來越多。據(jù)統(tǒng)計，全球腦疾病患者約占全部疾病的11%，社會負擔接近人類疾病總負擔的30%。
其中，我國各種腦疾病患者人數(shù)近1.3億，其中阿爾茨海默癥983萬，12歲以下自閉癥兒童超過200萬（每年新增20萬），抑郁癥患者超過5000萬。已成為重大公共衛(wèi)生問題、社會問題和民生問題。
大多數(shù)重大腦疾病都源于腦功能網(wǎng)絡的病變，但普遍缺乏有效治療手段，關鍵原因在于對人類腦功能網(wǎng)絡和疾病相關神經(jīng)環(huán)路的檢測非常困難，嚴重阻礙了對腦疾病機制的理解。迄今為止，在人類生命體的研究中獲諾貝爾獎最多的是腦科學，但大腦這個由上千億神經(jīng)細胞組成的器官與人體的關聯(lián)至今還未被完全參透。以阿爾茨海默癥為例，從1998年開始，全世界先后有100種藥物投入測試，但只有屈指可數(shù)幾種藥物獲批使用，且適應人群和癥狀高度受限，實際效果很不理想。為了攻克大腦疾病，從2013年開始，美國、歐盟及日本陸續(xù)開展腦科學計劃：歐盟率先啟動10億歐元的“人腦計劃”；隨后，美國也新增45億美元的“腦計劃”。腦科學也被認為是人類未來一百年最重要的兩大前沿之一。那么，我國腦科學的發(fā)展現(xiàn)狀如何？有哪些機構正在這一前沿陣地上進行探索？動脈網(wǎng)希望通過本文的梳理能夠讓大家有所了解。廣義上而言，腦科學是從生物腦的角度探究大腦的物理構成、生物機理和工作機能，是一個認識腦的過程。這些跨學科基礎研究涉及最底層的單個神經(jīng)元和突觸的層面。我們需要深入了解大腦如何對信息加以收集、整理和保存，形成感知，進而如何將感知轉(zhuǎn)化為思想、情緒、決定、行動和記憶。目前，人類對這些過程的了解非常有限，這也成為制約大腦相關疾病治療和大腦功能開發(fā)中取得新發(fā)現(xiàn)的最大瓶頸。腦科學的發(fā)展歷程由來已久，早在古希臘時期，西醫(yī)奠基人、古希臘著名醫(yī)生希波克拉底就認為，人的情緒和感覺均源自于腦，大腦是人類神智的載體?？偟膩碚f，其發(fā)展歷程可以分為啟蒙階段（16世紀之前）、萌芽階段（16世紀初至19世紀初）、開拓階段（19世紀初至20世紀60年代）和大發(fā)展階段（20世紀60年代至今）。尤其在進入21世紀以來，腦科學研究呈現(xiàn)大發(fā)展態(tài)勢。科學家們不但揭開了視覺、嗅覺、味覺、聽覺和感覺的工作原理、腦信息傳遞和優(yōu)化處理的機制；初步揭示出精神疾病的產(chǎn)生機理；還成功繪制出人腦的動態(tài)發(fā)育藍圖；破譯了人類大腦的兩個組織軸以及腦神經(jīng)元網(wǎng)絡結構適應環(huán)境的動態(tài)機制等。然而，我們對于復雜功能如大腦的學習、記憶、注意和決策還知之甚少，更不用說共情、自我意識、思考和語言了。這是因為人腦是地球上最復雜的物體，包括至少一千億個各種類型的神經(jīng)元，以及由1015個連接構成的復雜神經(jīng)網(wǎng)絡。總體來說，目前的腦科學研究主要有“腦探知、腦保護和腦創(chuàng)造”三個目的。其一是“腦探知”，即探知大腦的功能、結構及原理，包括大腦的物理構成、生物機理和工作機能。由于對病源和疾病發(fā)展學方面知識不足，許多大腦疾病目前仍屬不治之癥。通過深入了解大腦相關機制和作用過程，科學家正試圖將這些發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)換成治療人類生理和心理病痛手段上的突破。這其中主要包含精神類疾病和腦部退化性疾病。包括抑郁癥、情緒問題、長期疼痛、精神分裂等在內(nèi)的精神力疾病對認知和情感能力造成損害，并且會嚴重影響患者應對生活的能力。腦部退化性疾病則包含了老年癡呆癥、帕金森綜合癥、震顫性麻痹和運動神經(jīng)元疾病等對病患身體活動能力傷害巨大的疾病。其三則是“腦創(chuàng)造”，即對大腦功能進行開發(fā)或借鑒大腦功能開發(fā)技術。除了大腦疾病治療，對于大腦功能以及運作機理的精確理解還能使我們未來有機會在多個方面利用并提升大腦的能力，甚至創(chuàng)造出人工大腦。這需要三個步驟。首先，是對腦機接口技術的深入研究，構建出無縫、實時、無副作用的腦機接口，通過及時記錄和解讀神經(jīng)元交互模式，實現(xiàn)完美的腦機雙向信息溝通。其次，實現(xiàn)大腦和機器之間的直接交流，成為增強人類能力的一種新的路徑。通過AR和VR等技術，腦機接口將能幫助神經(jīng)康復，制造虛擬感受，提高大腦在學習、記憶和注意力等方面的表現(xiàn)。最后，對神經(jīng)機制、認知結構和腦機接口進行的研究有助于在人工智能領域獲得全新的突破，據(jù)此設計出能夠模仿人類腦部神經(jīng)元活動的全新學習模式，從而研發(fā)出更加智能的機器和機器人。正是因為腦科學的前景，其也獲得了資本的青睞。根據(jù)CB Insight的數(shù)據(jù)，2020年，腦科學領域的全球市場規(guī)模為62億美元，預計將在2024年突破100億美元，2020-2024年的復合增長率有望達到17%，從而成為下一個有可能為人類社會帶來顛覆性影響的產(chǎn)業(yè)。近5年來，全球腦科學融資事件快速增加，從2016年的238起大幅提升到2020年的323起，增加超過35%。與此同時，2020年全球腦科學融資總額也達到創(chuàng)紀錄的50億美元。盡管如此，這一領域的創(chuàng)業(yè)企業(yè)仍然主要處于B輪及以前的中早期階段。截至2020年，58%的融資輪次在B輪及以前。不過，進入2021年以來，進入B輪融資階段的企業(yè)開始增加，從2020年的15%大幅提升到了24%?；蛟S在不久后，我們就能看到實際的成效。美國是目前腦科學研究的領跑者，無論在融資事件數(shù)量和融資額上都遙遙領先。其中，美國腦科學企業(yè)融資事件數(shù)量為883起，占同期全球融資事件的6成之多；融資總額高達110億美元，占同期全球融資總額（161.45億美元）的接近7成。這其中，馬斯克創(chuàng)立的腦機接口公司Neuralink不久前完成的C輪融資共籌得2.05億美元資金，也是腦機接口領域迄今為止最大規(guī)模的一次融資。我國在全球則處于第二梯隊。不過，與美國相比差距還是相當大的。近5年我國腦科學企業(yè)融資額約為11.285億美元。其中，不久前完成A輪融資的優(yōu)腦銀河通過多次融資累計完成了約1億美元融資總額，是目前獲得融資最多的我國腦科學企業(yè)之一。 我國腦科學奮起直追，
這59個研究方向5年后將成參天大樹
不難發(fā)現(xiàn)，雖然我國腦科學行業(yè)整體與美國存在較大差距，但在全球來看依然還是有一席之地。這與我國近年來對行業(yè)的重視密切相關。早在上世紀八十年代和九十年代，我國就將腦科學列入了“863計劃（國家高技術研究發(fā)展計劃）”“973計劃（國家重點基礎研究發(fā)展計劃）”和“科技支撐計劃”，累計對腦科學研究總投入約14億元。國家自然科學基金歷年來資助腦研究的經(jīng)費也有近20億元人民幣。不過，相比發(fā)達國家和地區(qū)，我國當時的投入并不足夠。20世紀80年代的主要目標是建立一個高質(zhì)量的生物科學教學體系。到20世紀90年代末，我國開始大規(guī)模投資基礎研究，我國腦科學才開始在國際舞臺上做出一定的高水平貢獻。2008年北京奧運會的成功舉辦使得我國經(jīng)濟、社會、研究環(huán)境逐漸改善，吸引越來越多身在國外的我國年輕科學家回國發(fā)展。年輕海歸的回國熱潮使我國腦科學的發(fā)展進入了新階段，在國際期刊上發(fā)表的文章也得到了快速增長。2012年，中科院啟動了B類先導專項“腦功能聯(lián)結圖譜計劃”，每年投入經(jīng)費約6000萬元。腦功能聯(lián)結圖譜研究被認為是腦科學的戰(zhàn)略制高點，是探索腦工作原理、揭示腦疾病發(fā)生機制，發(fā)展腦式計算的必由之路。行業(yè)普遍認為腦科學極有可能在這個方向上取得重大突破。該計劃集合了包括中科院上海生命科學研究院神經(jīng)所、中科院生物物理所、心理所、遺傳發(fā)育所、自動化所、中國科技大學、中科院昆明動物所、武漢物理與數(shù)學研究所、中科院深圳先進技術研究院在內(nèi)多個中科院研究單位和研究團隊。這一先導專項的提出具有相當?shù)那罢靶?。僅僅一年后的2013年，歐盟與美國就相繼出臺了腦科學重大計劃，將該領域的研究熱潮推向一個新高度。歐盟的“人腦計劃（HBP）”側重于以超級計算機技術來模擬腦功能，為人工智能的開發(fā)建立新研究平臺，進一步帶動仿生的發(fā)展。美國“通過推動創(chuàng)新型神經(jīng)技術開展大腦研究（BRAIN）”計劃則更加重視腦科學研究新工具和新技術的開發(fā)，從而帶動基于基礎性研究的新學科和新產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。此外，日本、法國、德國也紛紛提出了相關的腦科學研究計劃。盡管各國腦計劃不完全相同，但最終目標均是了解大腦，并將研究成果用于腦部疾病治療和人工智能開發(fā)。國際腦科學研究方向逐漸從基于腦部結構和功能研究相關疾病轉(zhuǎn)變?yōu)楦幼⒅貙W科的交叉和融合。2015年，類腦智能研究領域也被加入“腦功能聯(lián)結圖譜計劃”專項。擴充后的專項更名為“腦功能聯(lián)結圖譜與類腦智能研究”，在國際上首次實現(xiàn)了腦科學與智能技術領域的實質(zhì)性融合，為腦智科學的發(fā)展和中國腦計劃的啟動打下了堅實基礎。最終，該專項高質(zhì)量地實施了各項研究任務，尤其在非人靈長類動物模型研究取得開創(chuàng)性成果，感覺、情緒和社會等級行為的神經(jīng)機制研究取得突破性進展，腦功能聯(lián)結圖譜研究取得重要進展，在類腦智能計算模型與算法方面取得若干開創(chuàng)性成果。除了在Nature、Science、Cell等權威期刊發(fā)表論文，代表性成果還入選“中國科學十大進展”“中國科學十大科技進展新聞”“中國十大醫(yī)學進展”和“中國科學院‘十二五’標志性重大進展”。這一先導專項的成功實施使得我國在腦科學的整體研究水平上取得了重大進步，躋身國際先進行列；若干研究成果引領了國際腦科學和類腦智能技術的發(fā)展方向，為后續(xù)“腦科學與類腦研究”重大科研項目和發(fā)起實施“全腦介觀神經(jīng)聯(lián)結圖譜”國際大科學計劃奠定了基礎，起到了先導作用。2016年，“腦科學與類腦研究”被我國“十三五”規(guī)劃綱要確定為重大科技創(chuàng)新項目和工程之一，進入“科技創(chuàng)新2030重大項目”。這一項目確定了“一體兩翼”的部署：“一體”是以闡釋人類認知的神經(jīng)基礎（認識腦）為主體和核心;“兩翼”則是指腦重大疾病的研究及通過計算和系統(tǒng)模擬推進人工智能的研究。2018年，北京和上海分別成立了北京腦科學與類腦研究中心和上海腦科學與類腦研究中心，并啟動“腦科學與類腦智能”地區(qū)性計劃，開始資助相關研究項目；高校也紛紛成立類腦智能研究中心。這使得北京和上海逐漸成為了目前我國腦科學研究最為集中的地區(qū)。2021年，我國發(fā)布了“十四五”規(guī)劃，對腦科學的重視程度有增無減。在“十四五”規(guī)劃中提到瞄準腦科學等前沿領域，實施一批具有前瞻性、戰(zhàn)略性的國家重大科技項目；并在類腦智能等前沿科技和產(chǎn)業(yè)變革領域組織實施未來產(chǎn)業(yè)孵化與加速計劃，謀劃布局一批未來產(chǎn)業(yè)。2021年，期待已久的“中國腦”計劃進入了實際落地階段。科技部正式發(fā)布《科技創(chuàng)新2030——“腦科學與類腦研究”重大項目2021年度項目申報指南》，并于10月9日開始項目申報。該指南確定了腦科學與類腦研究重大項目以5年為周期，在2021年度將圍繞腦認知原理解析、認知障礙相關重大腦疾病發(fā)病機理與干預技術、類腦計算與腦機智能技術及應用、兒童青少年腦智發(fā)育、技術平臺建設5個方面共59個研究方向，將由國家撥款經(jīng)費概算31.48億元。科技創(chuàng)新2030——“腦科學與類腦研究”重大項目2021年度研究方向在59個研究方向中，腦認知原理解析即相當于“腦探知”，總共包括22個研究方向，占比37%，也是整個研究指南中占比最多的。認知障礙相關重大腦疾病發(fā)病機理與干預技術研究和兒童青少年腦智發(fā)育研究兩個方面則可以劃入“腦保護”，總共包含10個研究方向。等同于“腦創(chuàng)造”的類腦計算與腦機智能技術及應用同樣包含了10個研究方向。不難看出，目前，我國腦科學的研究方向仍然還是以“腦探知”為主要研究方向。這也與“一體兩翼”的部署相符。目前，我國腦科學研究機構主要分為公立研究機構和民營研究機構。在公立研究機構中，北京腦科學與類腦研究中心和上海腦科學與類腦研究中心一北一南承擔著“腦科學與類腦研究”重大項目的研究，是中國“腦計劃”的前期工程。未來，隨著研究的推進，一北一南兩個中心也有可能合并啟動中國“腦計劃”項目。根據(jù)公開的報道，北京腦科學與類腦研究中心涵蓋的科研單位包括：中科院、軍事科學院、北京大學、清華大學、北京師范大學、中國醫(yī)學科學院、中國中醫(yī)科學院等。上海腦科學與類腦研究中心則涵蓋中科院、復旦大學、上海交通大學、同濟大學、華東師范大學、上?？萍即髮W等。除此以外，作為國內(nèi)腦科學研究的中堅力量，中科院下屬各機構在腦科學上也有著突出的表現(xiàn)。目前，中科院的腦科學研究機構主要包括腦科學與智能技術卓越創(chuàng)新中心、神經(jīng)科學國家重點實驗室、模式識別國家重點實驗室、腦與認知科學國家重點實驗室、動物模型與人類疾病機理重點實驗室、腦功能與腦疾病重點實驗室。自“十三五”以來，各地政府也紛紛成立了相應的腦科學研究統(tǒng)籌機構。比如，廣東省便由廣東省科技廳牽頭，依托南方醫(yī)科大學，并聯(lián)合香港科技大學、香港大學、香港中文大學、香港城市大學、澳門大學和廣州、深圳的大學與科研院所共16家單位聯(lián)合共建了粵港澳大灣區(qū)腦科學與類腦研究中心。重慶市、天津市、河南省、黑龍江省和四川省等地也成立了各自的腦科學研究中心，聯(lián)合當?shù)乜蒲辛α繀f(xié)調(diào)研究。除此以外，各地高校也紛紛開展了腦科學研究。2018年，教育部啟動了高等學校基礎研究珠峰計劃（簡稱珠峰計劃），開始在高等學校布局建設前沿科學中心，希望實現(xiàn)組建世界一流創(chuàng)新大團隊、建設世界領先科研大平臺、培育搶占制高點科技大項目和持續(xù)產(chǎn)出引領性原創(chuàng)大成果的任務。腦科學作為前沿科學自然也被納入“珠峰計劃”。2018年，教育部先后批準立項復旦大學腦科學前沿科學中心和浙江大學腦與腦機融合前沿科學中心。目前，全國大部分省份都已依托各地高校建立了腦科學研究中心。除了政府機構主導的腦科學研究機構。民營研究機構也在近年發(fā)展起來。其中，最為知名的莫過于IDG麥戈文腦科學研究院。2011-2014年，IDG麥戈文腦科學研究院已經(jīng)與國內(nèi)的4個單位聯(lián)合建院，分別是北京大學IDG/麥戈文腦研究院（2011年）、北京師范大學IDG/麥戈文腦科學研究院（2011年）、清華大學IDG/麥戈文腦科學研究院（2013年）以及中國科學院深圳先進技術研究院與麻省理工學院麥戈文腦科學研究所合作共建的腦認知科學和腦疾病研究所（2014年）。2016年，曾經(jīng)以盛大游戲為人熟知的陳天橋宣布出資10 億美元經(jīng)費，和妻子聯(lián)名成立陳天橋雒芊芊腦科學研究學院（TCCI——Tianqiao and ChrissyChen Institute），致力于腦科學研究。隨后，TCCI與加州理工學院合作成立了加州理工學院-陳天橋雒芊芊腦科學研究學院。2017-2018年，TCCI投資5億元人民幣與上海華山醫(yī)院和上海精神衛(wèi)生中心合建腦科學前沿實驗室支持中國腦科學研究。第一個前沿實驗室于2020年10月開放，位于上海華山醫(yī)院虹橋院區(qū)。第二個前沿實驗室于2021年宣布落成，位于上海精神衛(wèi)生中心。目前，TCCI在人臉識別、腦機接口、大腦成像、認知科學等方面均已實現(xiàn)了進展。我國主要腦科學研究機構不完全名單（不包含中科院機構及北京/上海腦科學與類腦研究中心）作為未來公認的熱門領域，腦科學的前景毋庸置疑；但它同時也是一門基礎科學，需要長期持之以恒的大量投資和耐心、在未知中摸索的勇氣以及一點運氣。隨著我國在最近十年逐漸重視基礎科學建設并加大投資，我國在腦科學研究上已經(jīng)取得了一些進展，并在一些領域達到了國際先進水平。中科院神經(jīng)科學研究所所長、腦科學與智能技術卓越創(chuàng)新中心主任蒲慕明院士在中國腦計劃中起著運籌帷幄的關鍵作用。在接受《國家科學評論》（National Science Review, NSR）采訪時便曾提到，未來的中國科學不會止步于“與西方國家平分秋色”。中國具有悠久的知識傳統(tǒng)，中國科學將可以在世界上具有獨一無二的獨特影響力。當然，我們?nèi)匀灰逍训卣J識到，與世界先進水平相比，我們無論在投資強度還是研究水平上都還有相當長的路要走。動脈網(wǎng)也將持續(xù)關注腦科學的最新進展，并追蹤腦科學領域突破。
參考資料：
Andrew P.Wickens：A History of the Brain, From Stone Age surgery to modern neuroscience
郭愛克：文匯報：《腦科學探索：在宏觀與微觀間“架橋”》
Cebsit.cas.cn：中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項（B類）“腦功能聯(lián)結圖譜與類腦智能研究” 舉辦結題總體驗收會
中國科學院院刊：《中國腦科學和類腦智能技術的優(yōu)勢領域》
National Science Review：Mu-ming Poo: China Brain Project and the future of Chinese neuroscience
Deeptech深科技：《腦科學百億市場解析：1500+公司，治病是真，永生是假，從改善癱瘓到神經(jīng)誘導｜深度》
創(chuàng)業(yè)邦：《被稱為“終極疆域”的腦科學，為什么越來越重要》
第一財經(jīng)：《獨家｜中國“腦計劃”預計年底出臺，投資規(guī)模比肩美國》
凝眸：中國神經(jīng)科學研究機構分布
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