脑科学领域的科技发展

脑科学是旨在研究脑的认知、意识、疾病与智能的本质与规律的科学,是人类理解自然和人类自身的“终极疆域”。世界各国都将脑科学上升为国家科技战略重点,2013年,美国启动“创新性神经技术推动的脑计划”(BRAIN);同样是2013年,欧盟启动了旨在建立大型脑科学研究数据库和脑功能计算机模拟平台的“人脑计划”(HBP),随后日本、韩国、英国等几乎所有的发达国家都启动了自己的脑科学计划。我国于2014年3月召开香山科学会议以“我国脑科学研究发展战略研究”为主题,探讨了中国脑科学研究计划的目标、任务和可行性。2016年,“中国脑计划”(脑科学与类脑研究)作为重大科技项目被列入国家“十三五”规划。在今年两会审查的“十四五”规划中,“脑科学与类脑研究”再次被列为7大“科技前沿领域攻关”项目之一。
随着各国脑计划的实施,脑科学领域的科技赛道正在快速形成,并进入前所未有的高速发展期,涌现了一批颠覆性理论和革命性技术成果。
在脑健康方面。全球有4.5亿人患有脑疾病,占全部疾病的11%,包括孤独症、儿童多动症、智障等儿童期脑疾病,抑郁症、精神分裂症等成年期脑疾病,以及老年痴呆、帕金森病、中风等老年期脑疾病,覆盖了各年龄层,给国家、社会和家庭带来了沉重负担。面对这些脑疾病,现有的脑疾病药物治疗进展缓慢,继续深入开展的脑科学研究,包括发展非药的干预治疗方法,比如有研究显示,孤独症的干预康复和评价方法,可以提高孤独症等儿童期脑疾病评估和康复;针对孤独症的遗传学、表观遗传学及脑异常改变等机制进行深入研究,建立起客观诊疗指标,有可能在一定程度上解决目前抗抑郁药物临床起效慢、不良反应重的问题;又比如,基于分子细胞和动物模型水平的脑科学研究,人们提出了老年痴呆发病的新机制和改善核心症状的策略,取得了一系列的进展。
在脑机接口方面。脑机接口正成为人机交互的新途径与新手段,Facebook、谷歌、微软、Neuralink(马斯克所在公司)等科技巨头在非侵入式“脑机语音文本界面”技术、神经假体技术等脑机接口细分领域取得了实质性进展,以致于美国已将脑机接口技术作为管制技术严格出口。面对国际竞争,我国正在从跟跑向并跑前进,已形成了多支在国际上有影响力的脑机接口研究团队,他们在脑机接口专用芯片、深部脑刺激、稳态视觉诱发电位脑机接口、脑波音乐脑机接口系统、脑瘫康复脑机接口系统和注意功能调控脑机接口系统等领域具备了与国际同行竞争的实力。
在儿童脑智开发方面。儿童青少年是脑认知功能变化迅速、智力提升较快的关键期,也是出现认知障碍和学习困难、孤独症、抑郁症等精神疾患的高发期。脑科学通过对神经科学、心理学、教育学、分子遗传生物学等多学科的交叉融合研究,整合基因-环境-脑-行为多个层面,在儿童青少年脑认知功能发育定量评估和各类学习困难干预方面,积累了丰富的研究基础和实践经验,可进一步应用于提升我国儿童青少年的脑功能和技能学习效率方面。
总体来说,当前脑科学的进展从研发预防、诊断、干预、治疗认知障碍重大脑疾病的新方法和新产品入手,正在促进脑健康水平的提供;通过构建新型无创脑机接口,在脑区、回路和系统水平上与大脑对话,正在建立脑调控和脑沟通的新途径;伴随人们对脑认知功能的动态发育规律的深度了解,正在形成促进儿童青少年健康成长的新教育模式;通过模仿神经元及其网络的信息传输与处理方式,正在构建节能高效的类脑智能技术,助推人工智能技术的升级换代。当然,这些研究成果在工程、信息、健康、教育和国防等领域的广泛应用,更是推动社会经济发展的重要积极因素之一。