腦科學，未來十年的重要方向

十四五規劃中提到腦科學發展，這將是中國未來十年國家主導的重點科研方向之一。

實際上，很久以來，世界各國普遍重視腦科學研究， 美國101屆國會通過一個議案，「命名1990年1月1日開始的十年為腦的十年」。1995年夏，國際腦研究組織IBRO在日本京都舉辦的第四屆世界神經科學大會上提議把下一世紀（21世紀）稱為「腦的世紀」。歐共體成立了「歐洲腦的十年委員會」及腦研究聯盟。日本推出了「腦科學時代」計劃綱要。中國提出了「腦功能及其細胞和分子基礎」的研究項目，並列入了國家的「攀登計劃」。

目前主要研究進展：

1.分子和細胞水平的神經科學發展迅猛

· 每一神經元所進行的信息處理都是經過突觸實行細胞間的通訊而完成的。具體說，突觸前細胞產生的衝動，通過釋放神經遞質作用於突觸後細胞膜位點上的特異性受體，從而引起後一細胞興奮性的改變。

· 受體由蛋白質分子組成，與神經遞質分子結合後，控制神經細胞的離子通道開閉，（直接或經由第二信使間接），調製後一細胞的輸出，實現神經元整合作用。（空間和時間上的整合）

· 神經調質間接地經由一系列生物化學過程來調製突觸後神經元的活動，其作用起始時間較慢，持續時間較長。神經遞質和調質分布在特定的神經通路或核團裡，因此神經系統同時依靠神經迴路和化學調製兩種形式進行信息處理。

· 遞質和調質有近百種，有待鑑定的可能性更多。可分為膽鹼類、單胺類（多巴胺、5-HT、NAD）、胺基酸（穀氨酸、甘氨酸、r-氨基丁酸）和神經肽。調質包括胺類、和許多神經肽。共存和共釋放，使化學信號的傳遞非常複雜。

· 神經信號的基本形式：分級的膜電位漲落、動作電位。

· 膜片鉗技術：研究神經膜離子通道，10-12A單個離子通道的離子電流變化。電壓門控通道、Na+，K+，Ca2+，化學門控通道nAch

· 重組DNA技術：研究膜上的微量蛋白分子——各類通道蛋白的分子結構。Na+通道是由1820個胺基酸組成的多肽鏈。

· 色覺三色學說的神經生理基礎，人的三種視網膜視錐細胞視色素基因獲得分離

· 學習記憶的細胞和分子水平的機制研究獲得重要進展——海馬結構與學習記憶密切相關，LTP反映了一種突觸效率的變化，即可塑性。

· 短期記憶不需要新蛋白質的合成，而長期記憶所需的基因產物必須是新合成的。

2.視覺的腦機制——重大突破

· 把研究感覺信息處理過程作為揭示腦的奧秘的突破口，其中以視覺系統的研究最為突出。

· 視網膜的光感受器水平：已克隆出視色素蛋白基因；光電換能過程產生神經電信號

· 視網膜，複雜的信息處理（外周腦），信息處理的最後結果，是經由視網膜神經節細胞以動作電位脈衝調頻的方式，傳遞給腦的。

· 感受野：視通路中任一神經元都在視網膜（或視野）上有一個代表區域。

· 初級視皮層（紋狀皮層），在整個大腦皮層研究最透徹的一部分，面積最大的區域。

3.神經網絡的研究進入新的高潮

· 人工神經網絡具有腦的一些基本性質，如能夠學習和記憶，神經元之間的連接強度具有「用進廢退」的可塑性、細胞的集合由連接強度達最大值的細胞組成，可以從事某一模式的學習和記憶，並形成交替集合從事概念的抽象、部分輸入就能激活整個細胞集合等。

· Aldan領導的研究組按照條件反射中發射中發生的學習過程所出現的神經細胞電學特性和分子特性的變化，研製了一種DYSTAL動態穩定聯想學習。該網絡內沒有任何預先編過的輸入/輸出關係程序，它能學習、記憶、辨識模式。第一次使計算機人工網絡以儲存記憶的內表象成為可能。

· 用900個「神經元」組成的Hopfield網絡解決複雜的「推銷員應沿什麼最優路線出差許多城市才可使其旅途最短」的問題，只需百萬分之一秒便可求解300城市的問題，比微機快10萬倍，結構簡化1萬倍

· 由100個加工單位分三層排列的閱讀程序NETtalk問世，可以閱讀字母，發出語句聲音來

· 光學神經計算機，辨別人像

· 各種AI算法為闡明腦和神經系統的工作原理提供了啟示。