大脑功能的研究

的与脑科学有关的经费达18亿美元，是人类基因组计划的10倍多。日本则制定了“脑科学时代”计划，共投入约160亿美元，为其“超级钢材计划”的10倍。德国、英国、意大利、瑞士、荷兰等也都相继制定了本国的神经科学研究计划。近20年来，神经科学呈现出跳跃式发展态势，已有17名从事神经科学研究的科学家获得了诺贝尔奖，大量优秀的科学家聚拢在脑科学研究的大旗下。 当前神经科学有5个鲜明的发展趋势：一是研究已深入到细胞和分子水平。一些重大问题已经在分子水平上找到答案。二是多学科、多层次的全面研究。三是新技术的开发与应用。四是与认知科学、信息科学等广泛的学科交叉。五是开始注重综合、整体的研究。清醒状态下的行为与电生理、神经网络、多导程脑电图、无创脑影像技术等的研究及其成果，把脑科学研究提高到一个新的高度，随着人类基因组计划的实施，与神经系统疾病有关的基因，如老年性痴呆、帕金森氏综合征、亨廷顿征等的相关基因正成为研究热点。

在我国，脑科学研究有较好的传统和基础，目前研究力量比较集中的有疼痛与镇痛的机制、视觉信息处理的分子基础、神经元的信号传导、突触传递的调控、神经回路的信息加工、激素对神经元的作用、基因水平的脑功能调控、神经系统的发育和修复等。在神经系统疾病的基因定位、脑功能在基因水平的调控、神经系统的发育和修复、新的无创伤脑影像技术等方面，也做了不少有创意、有价值的工作。

近年来，我国政府对神经科学更加重视，如“脑功能和脑重大疾病的基础研究”、“神经发育的基础研究”两项已列入国家973计划和863计划，攀登计划中也有脑科学研究的课题被列入。 认识脑保护脑创造脑

今后，脑科学研究的主要任务是：研究神经系统的结构和功能;揭示各种神经活动的基本规律;阐明神经系统如何控制肌体的各种行为。具体讲，可以说是认识脑、保护脑、创造脑。所谓认识脑，就是揭示脑的奥秘，阐明脑的功能，其中包括阐明脑的感知、情感、意识的功能，阐明脑的通讯功能。保护脑，就是要征服脑疾病，包括控制脑的发育和衰老，治疗和预防神经性和精神性疾病，探索神经性和精神性疾病的预防方法等。创造脑，就是要开发仿脑计算机，包括开发脑型器件和结构，开发仿脑的信息产生和处理系统。

近来，我国有望在几个方面取得进展，如对神经活动基本过程中的细胞和分子机制研究取得重要发现，对老年性痴呆、帕金森氏综合征等的发病机制及发病基因，脊髓损伤的修复机制等的研究可达到国际先进水平，并提出若干有中国特色的治疗方案，以及对汉语认知提出新观点等。

脑科学研究的若干进展

1．1 关于大脑联合皮质的研究 人类的感觉区和运动区在大脑所占面积相对地是很小的，绝大部分皮层的功能，过去一直是不清楚的。刺激这些部位，既不产生主观感觉，也不引起肌肉运动。损伤或切除后，也不出现明显的感觉和运动障碍。于是猜测，这些区域可能是在感觉和运动之间起着联络作用，便笼统地称之为联合皮质(见图)

经研究发现，人类大脑皮质的联合区比任何动物都发达，尤其是额叶联合皮质。额皮质损伤患者常常出现无欲状态或多欲状态。多欲状态，对某些欲望失去控制能力，因而容易出现各种犯罪行为。无欲状态，可以出现自发思维障碍、创造形能力低下等症状。目前人类对此了解较少。

1．2 关于大脑记忆研究的进展 人类脑的记忆中枢的研究主要是从一些临床报告材料中得到的。认为，在颞叶皮质存在着记忆痕迹，即该地区为主要的记忆中枢所在。临床上采用颞叶部分切除术治疗严重癫痫的病人，发现严重遗忘症的病人，都损伤了颞叶和海马(位于颞叶深部)。由此，颞叶和海马在记忆中的作用，便引起了人们极大的注意，进行了大量的临床和动物实验研究。

另外，有关对记忆科学的了解还归功于突触传递长期增强现象(long-termpotentiatlon，LTP)的发现及其产生机制的研究。除海马外，脑内其他许多部位，如大脑皮层、小脑、边缘系统，以及皮层下结构等，都可以出现LTP效应。此外，阐明NMDA受体与Hebb型突触强度修正律的关系，都成为80年代有关学习与记忆神经科学研究的最主要的成就。在90年代，学习记忆研究的一个主要目标是确定短期记忆如何转变为长期记忆；阐明细胞事件如何控制基因表达等。

1．3 关于脑结构的研究 经研究发现，额叶联合皮层每个柱状结构的直径约为300微米(200～400微米之间)，称为组件柱(module)。有人认为，联合皮层中的一个组件柱可能就是学习和记忆的一个运算单元(operationalunit)。一个组件柱内约有4000个神经元，其中半数为锥体细胞。在人类的新皮层中，组件柱的数量约为300万左右。

现代脑科学的研究表明，脑内大的神经联接模式是由基因确定的，而突触间的联接是可以随经验而改变的。不论改变突触功能的具体途径怎样，概括起来一个神经元受其它神经元的影响可以归为两种基本类型：一是改变每个突触的反应强度；二是增减属于同一细胞体的突触数。这两种类型在人工神经网络中均可以用节点间连接数的变化加以描述。

1．4 关于脑神经组织修复的研究 当前，在保护脑和脑组织修复的研究中取得了重要进展。把健康神经组织移植到脑内，修复受损神经组织的实验，已在大鼠、猴和人脑上做了尝试。将动物胚胎中脑的多巴胺神经元移植到纹状体，它们在那里长出纤维，并形成神经末梢网络、运动障碍也随之改善。今后，科学家将完善这些移植技术，并完成把体外培养神经元移入活脑内。

最近，有关对人神经生长因子(NGF)的研究发现，NGF是人神经系统最重要的生物活性蛋白质分子之一，对促进大脑的发育，神经系统的生长，损伤性的再生和功能恢复具有决定性作用。人神经生长因子能加快损伤神经的修复作用，同时能促进神经节神经纤维生长，使断了的神经自然生长愈合。因此，用基因工程生产的人源NGF，就成了当代生物技术的又一产品。

1．5 关于神经递质的研究 长期以来人们认为，体内有两个可根据自身需要来协调细胞活动的主要系统，即神经系统和内分泌系统，它们的作用方式极不相同。由于去甲肾上腺素被证明是一种激索；而一种多肽激素-后叶加压素，被证明是神经递质。此外，神经肽是神经系统内具有活性的，由氨基酸组成的短肽。它们有时能在神经细胞之间起传递信号的作用。所以两个系统之间的区别似乎又不那

么清楚了。

研究发现，在脑啡肽、P物质和其它多肽信使中，一种与众不同的失能(disenaabling)作用与其对应的受体有关。由于肽类递质和被其失能的递质必须各自作用于靶细胞的两类受体上，使得这些成对的信使到达靶细胞时，会产生一系列复杂的级联反应，而使研究进展缓慢。

近年来的研究表明，增加一种神经递质的前体，就能增加脑内其相应神经递质的合成，而合成的增加又使神经元在兴奋时释放更多的递质分子，从而使神经元传递到其听支配细胞的信号得以放大。胆碱和酪氨酸能选择性地放大神经传递，且能在某些突触处增加神经传递，而在另一些突触处则不增加。利用这种选择性，有可能发展新的治疗药剂，用以治疗某些疾病，包括高血压，某些类型的忧郁症、帕金森氏病和老年人的某些记忆紊乱。

1．6 关于大脑老化的研究 老年人口的比例逐年升高，老年精神病也将有可能成为不容忽视的社会问题。更重要的是，许多患者发病时并没有到老年，而是在40～60岁之间。近年来的研究发现，病人的海马和大脑皮层中的胆硷能使神经系统有非常显著的变化，胆硷乙酰转移酶(choline acetyl transferase，CAT)的含量竟比正常人减少了90％之多，表明这些脑区里的胆硷能神经末梢已经丧失殆尽。在大脑皮层中，变化最显著的脑区是额叶。最近研究证实、随着年龄增长、神经递质系统内酶的活动出现不平衡，使运动能力减退，甚至出现运动性障碍，如帕金森氏(Parkinson)症和亨廷顿氏(Huntington)症。

研究还发现，年老过程中部分脑巨细胞的树突有生长现象。70～80岁老人的大脑皮层和海马的某些区域的树突分支明显增长，而80～90岁的老人明显退化。这种增长可能反映了大脑的一种适应性补偿机制。阿尔兹海默(Alzheimer)型老年痴呆患者没有树突增长现象。脑功能的减退是一个非线性的多层次的复杂过程，脑功能在总体上随年龄增长而减退，但70～79岁组相对于60～69岁组其退行性变化又有所缓解，表明脑功能可能有所恢复，这反映脑在衰退过程中可能存在补