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神经科学的发展日新月异，现在中国脑筹划也正在热火朝天的开展，北京脑中央、上海脑中央、深港脑科学研究院等等庞大脑科学研究基地连续上马，尽心尽力劫掠人才，神经科学的将来布满了各种大概性，脑机接口、人工智能、抗烦闷药物、类脑模仿等方向都格外吸引人。2019年末，美国神经科学学会（Society for Neuroscience，SfN[1]）部属的培训咨询委员会现任及继任主席[2]领衔，在《Journal of Neuroscience》上发文“The Next 50 Years of Neuroscience”，回首了已往50年神经科学取得的成绩，同时预测了将来50年大概会有哪些冲动民气的趋势、亟需突破的范畴以及冲破现有范围性的研究方法。
细胞和分子神经科学
已往50年，在细胞和分子层面，我们更深进相识了想法（thought）、欲看（desire）以及举动的神经机制，这种巨大的进步很大水平上得益于研究方法的革新，好比膜片钳、PCR以及基因测序。将来50年，我们等待着神经科学研究方法取得更大进步，同时在各式各样的各类概念上告竣更多共鸣，从而更好的答复以下题目：
1. 脑中数十亿个单位（神经元、胶质细胞等）怎样协同工作从而产生举动？
2. 脑中何种变革会导致疾病？
3. 是什么让人脑唯一无二？
对于以上题目，详细而言，哺乳动物脑毗连组（connectome）以及完备的细胞图谱（cellular atlas）研究将大有助益。比年来有三个大型研究筹划推动了该类研究：
1. 美国的脑筹划（BRAIN Initiative），2013年启动（2016年将脑筹划方向转为技能开辟为主导），10年期，关注创新性神经技能的发展与应用；
2. 欧盟的人类脑筹划（Human Brain Project），培养脑机接口相干的研究；
3. 日本的脑/精力筹划（Brain/MINDS Project），重点刻画狨猴的高级脑功能图谱；
中国脑筹划团体规划图(1)
这些脑筹划研究涉及浩繁单细胞转录组学/卵白质组学程度的新兴技能，有助于展现浩繁物种的脑内细胞范例。联合主动化、高通量的创新性光学电生理方法，神经科学家开始探究差别的细胞群在生理上、种系演化上有何差别。别的，团结应用光遗传学、化学遗传学以及新奇的基因编码钙成像指示剂，我们不但可以确定特定范例的细胞在康健脑、病态脑中有何作用，还可以发现人类差别于其他物种的细胞机制。
现在，区分出诱发疾病的分子变革依然很困难，将来五十年里显微镜技能的发展很大概使得研究者以史无前例的分辨率看清亚细胞程度的机制变革(2)。别的，源于干细胞的类脑器官（stem cell-derived cerebral organoids）研究将与在体研究互为增补，联合新的分子和成像工具，神经科学家将有大概展现人类神经发育的过程，以及在此过程中特定范例的细胞具有何种作用。
将来50年，对突触成熟的过程以及复杂的信号通路、可塑性机制、神经元之外的因素（好比星形胶质细胞、小胶质细胞、细胞外基质）怎样影响突触成熟，我们也大概将有更多的相识。
发育
分子神经科学的发展让人们更清楚的熟悉到，内部和外部因素怎样影响单个神经元、神经环路以及脑自己的抱病风险和举动的产生，将来还必要更多关注单细胞运动特性以及神经发生研究，关注类器官的应用。
已往50年，人们不停在争论成年后是否还存在神经发生。这一争论开始时SfN还没建立，之后争论不绝，直到近期的一些研究证实康健老人的海马区存在稳固的神经发生(3, 4)。争论恒久存在大概是由于研究者利用的技能不敷美满、接纳了错误的神经干细胞标记物，大概是将啮齿类动物模子的研究效果过分推论至人类。将来50年，我们等待新技能的诞生，在体条件下联合无创成像技能大概在离体条件下的哺乳动物样本上，明白标志好新生神经元，从而闭幕这一争论。别的，可准确操控神经发生的技能也值得等待！
剑桥大学的Madeline Lancaster传授报告了实行室造就的迷你脑（类脑器官）怎样驱策肌肉紧缩
类脑器官在2013年被引着迷经科学研究后，为脑发育、朽迈研究提供了丰富的大概性，联合活细胞成像，将大大加快有关细胞运气（cell fate）、神经元迁徙、神经突起的延伸等方面的研究。值得留意的一点是，盘算机方法在类脑器官研究中发挥的作用还不敷，对于类脑器官中影响细胞运气、神经元迁徙以及环路构成的空间和时间信息，使用盘算机方法可以在将来充实发掘此中仍躲在迷雾中的信息。别的，类脑器官联合病毒标志计谋对于将来的神经环路可塑性研究非常有效。
末了，类（脑）器官将有助于神经疾病的研究，好比自闭症和精力分裂症，很难在动物模子上适当模仿其病理状态，而类器官将为研究者提供一个美满的模仿体系，不光可以将人类差别于其他物种的特性模仿出来，还可供研究者观察基因、朽迈、情况等因素所带来的影响。
从体系到举动
1909年，科学家以为人脑有47个脑区，而当今仅仅是大脑皮层就有98个分区 (5)。传统的针对脑区团体功能的研究依赖损毁法或药理学方法，毛病非常多，好比，空间分辨率低、无法区分差别范例的神经元、刺激或损毁的范围无法精准控制等，已往20年间新的遗传学工具大大增长了以动物模子为研究对象的环路研究精度，但现在存在的题目是研究者仅仅观察了环路自己的功能，而没有观察环路或脑区之间的交互作用及其对举动产生的影响，好比，活动控制、感觉处置惩罚和决议的神经环路之间是怎样交互的？调控感觉处置惩罚怎样影响已筹划好的活动？
为了探究以上题目，全脑标准的高密度、多位点电极记载是须要的，联合假造实际情况、基于模子的分析、人工智能，我们将更方便的展现多感觉输进是怎样被整合，直到末了导致举动的产生。斑马鱼和奇丽隐杆线虫等模式生物也会提供很大的资助，由于我们可以对这些动物的神经体系团体及时成像，联合举动分析，终极将提供有关多体系交互工作的丰富数据。
联合深度神经网络技能，高精度追踪人和动物的举动 (7)
比年来，病毒介导的基因编辑计谋（好比电压敏感指示剂）使人们可以或许在在体条件下，以光学本领监测、操控特定神经元群体，将来这些技能大概会成为神经科学研究的根本本领，大概，它们将鼎力大举推进有关意识的研究。联合细胞分辨率的人类功能神经成像技能，近些年我们得以初窥意识的端倪 (6)。将来，借助于这些技能，我们也将对人脑的差别脑区及其协同机制相识更多，基于这些研究结果，现在以经颅磁刺激和超声波神经调控为代表的人脑干预技能也将有更大的发挥空间。
相比于神经科学技能的巨大进步，体系神经科学却不停被举动丈量及其与神经运动的匹配精度所限定。神经科学家将差别的神经环路与相干的举动举行匹配时，其准确度不停是个题目，被界说和监测到的毕竟是哪一种举动？我们常常以人工的方式手动大概半主动筛查举动，随之而来的缺点是效果过分简化，太多细节被忽略了。以动物的交际举动为例，我们所用的丈量方法太过简朴。将来50年，和我们对神经环路机制的过细发掘一样，对举动也应该举行过细、主动化的筛查、剖析，针对这一需求，盘算机视觉技能全主动、高通量、无私见的特点正中关键。对举动的过细分析也会资助人们发现之前被忽略掉的、某些疾病的早期举动表征。
疾病
已往50年，我们对神经体系相干疾病怎样扰乱其正常功能有了更多的深度熟悉，也改变了社会对疾病自己和患者的一些刻板印象。将来50年，我们盼望以下几个题目被妥善办理：
1. 神经体系产抱病变之前，脑内的分子/细胞发生了什么改变？
2. 我们怎样使用对神经疾病的生物机制熟悉，发展靶向治疗步伐，从而办理神经疾病的非常复杂性和多方面影响？
3. 怎样举行早期干预，从而制止疾病发生或恶化？
基于神经体系疾病病理的不停认知，将来我们对相干疾病的诊断模式应该从以症状为依据转向以内涵生理变革为依据，好比使用血液中小分子物质量或质的改变来诊断阿尔兹海默症 (8, 9)，受检者自己大概没有相干症状，但有充足可信度的血液检测效果有助于制止一场劫难的到临。
神经疾病已经是环球性的题目，各个国家都要为此负担不菲的经济付出，我们不能只关注神经疾病的病理研究和诊疗，防备本领的研究也必不可少。通过研究某些可改善神经疾病症状或加强反抗力的举动，其神经机制与疾病的交互也应该作为优先研究的课题。
社会中的神经科学
神经科学的影响力现在已经深进到了社会的各个范畴，从临床到课堂、法庭，乃至连食品市肆也会受到神经科学发展的影响。
神经教诲学（Neuroeducation）联合了发育、认知神经科学和教诲学计谋，有助于我们明白患有阅读停滞、多动症或其他疾病的门生怎样学习。研究证实，将艺术和科学整合起来讲授有助于门生更有创造力的办理题目。固然神经教诲学取得了很多希望，但现在神经教诲学并没有在低级教诲、高等教诲中遍及，将来50年，我们盼望神经教诲学被更广泛的应用于实践。
借助神经科学的证据辅助案件审理的案件数逐年增多（图片泉源如图所示）
随着有关决议研究的愈加深进，将来神经科学会更多的用于法庭审判，神经成像等方法大概会被用于判定人们是否犯罪以及再犯的大概性有多大。
固然还没到众人皆知的水平，但神经科学的相干结果早已被各至公司接纳，从办公室结构到产物摆放，再到营销计谋，到处都有神经科学的身影。而且，可穿着神经科技装备的盛行让公司可以及时收罗消耗者的个人相干信息。将来50年，随着神经科学研究的进步，其贸易化应用也会越来越多，伦理题目不可忽视。
神经科学100年：1969-2069，汗青与将来（图）
附注：
1：1969年，对于脑科学范畴面对的三大需求：
（1）加强对神经体系及其对举动影响的明白；
（2）推动神经科学方面的教诲；
（3）加大当前研究结果的科普力度；
美国国家科学院委员会建立了SfN，将大批差别范畴的神经科学家们整合在一起，在已往50年间取得了丰富结果，拓宽了我们对康健状态以及病理条件下神经体系功能的认知。
参考文献：
1.M.-m. Poo et al., China Brain Project: Basic Neuroscience, Brain Diseases, and Brain-Inspired Computing. Neuron 92, 591-596 (2016).
2.R. Gao et al., Cortical column and whole-brain imaging with molecular contrast and nanoscale resolution. Science 363, eaau8302 (2019).
3.M. Boldrini et al., Human Hippocampal Neurogenesis Persists throughout Aging. Cell Stem Cell 22, 589-599.e585 (2018).
4.E. P. Moreno-Jimenez et al., Adult hippocampal neurogenesis is abundant in neurologically healthy subjects and drops sharply in patients with Alzheimer's disease. Nat Med 25, 554-560 (2019).
5.M. F. Glasser et al., A multi-modal parcellation of human cerebral cortex. Nature 536, 171-178 (2016).
6.P. J. Koopmans, E. Yacoub, Strategies and prospects for cortical depth dependent T2 and T2* weighted BOLD fMRI studies. NeuroImage 197, 668-676 (2019).
7.T. Nath et al., Using DeepLabCut for 3D markerless pose estimation across species and behaviors. Nature Protocols 14, 2152-2176 (2019).
8.C. R. Jack, P. Vemuri, Amyloid-β — a reflection of risk or a preclinical marker? Nature Reviews Neurology 14, 319-320 (2018).
9.A. S. Khachaturian et al., Future prospects and challenges for Alzheimer's disease drug development in the era of the NIA-AA Research Framework. Alzheimer's & dementia: the journal of the Alzheimer's Association 14, 532-534 (2018).
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发表于 2020-8-11 11:49:35