神經(jīng)科學的發(fā)展與前景

侯磊

神經(jīng)生物學，是由神經(jīng)解剖學、神經(jīng)生理學、生化藥理學、實驗心理學組成。按照美國神經(jīng)科學會所下的定義，神經(jīng)科學的研究目的在于了解神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)分子水平、細胞水平及細胞之間的變化過程，以及這些過程在中樞功能控制系統(tǒng)內(nèi)的綜合作用，神經(jīng)系統(tǒng)疾病的形成機制。這一定義強調(diào)了神經(jīng)科學多學科、多水平的綜合研究的特點。

神經(jīng)科學以1960年IBRO宣布成立為標志，在神經(jīng)解剖學、生理學、生化藥理學和實驗心理學的基礎(chǔ)上，引入其他學科的理論、方法和技術(shù)而發(fā)展形成的一門統(tǒng)一的綜合性學科。神經(jīng)科學就是對神經(jīng)系統(tǒng)、特別是腦進行多學科、多層次、多方位的綜合研究，以最終解釋腦的奧秘。

一、神經(jīng)科學的發(fā)展過程

弄清神經(jīng)科學的發(fā)展脈絡具有十分重要的意義，因為這門學科涉及到神智的物質(zhì)基礎(chǔ)——腦，而腦是一個高度復雜性的系統(tǒng)。人類對神智與腦關(guān)系的認識歷程充滿曲折，對腦的研究更是在艱難摸索當中前進的。先輩的突破性工作以及其他學科的相關(guān)進展對神經(jīng)科學的創(chuàng)立與發(fā)展起到了至關(guān)重要的作用。立足于這個基礎(chǔ)，神經(jīng)科學又將神智與腦關(guān)系的探索進一步引向深入。

今天的神經(jīng)科學有幾個主要的理論基礎(chǔ)，包括動物電的發(fā)現(xiàn)、神經(jīng)元學說、神經(jīng)系統(tǒng)整合作用理論、腦功能定位觀點，還有細胞生物學和分子生物學基礎(chǔ)。其中前4項是1950—1960年代以前的積累，細胞生物學和分子生物學基礎(chǔ)是在更近年代發(fā)展起來的。

伽伐尼關(guān)于動物電的發(fā)現(xiàn)使人們從此認識到，神經(jīng)活動（包括腦活動）的實質(zhì)是獨特的生物電活動，即神經(jīng)傳導。17世紀中葉已經(jīng)有了顯微鏡，以后逐步改進，腦的解剖開始向神經(jīng)組織學深入，神經(jīng)細胞和神經(jīng)纖維的構(gòu)造也漸漸明了。1839年施萊登和施萬提出細胞理論，1858年菲爾紹建立細胞病理學。但是，圍繞著腦和神經(jīng)的活動是否以神經(jīng)細胞的活動為基礎(chǔ)，發(fā)生了激烈的爭論。在19、20世紀之交，有相當多的神經(jīng)組織學家包括意大利人高爾基認為，多個神經(jīng)細胞的分支是互相連續(xù)的，它們形成網(wǎng)絡，細胞理論并不適用于神經(jīng)細胞。這就是“神經(jīng)網(wǎng)絡”學說。也有相當多的神經(jīng)組織學家包括西班牙人拉蒙-卡哈爾認為，細胞理論同樣適用于神經(jīng)細胞，這就是“神經(jīng)元”學說。到1930年左右，神經(jīng)元學說被廣泛接受。

知道了動物電現(xiàn)象，關(guān)于中樞傳導功能的觀念就容易被人們接受了。不過中樞傳導功能與神經(jīng)干的傳導功能是有區(qū)別的，神經(jīng)干可以雙向傳導，中樞卻不行。謝靈頓于1897年大膽提出，脊髓內(nèi)的感覺神經(jīng)傳入與運動神經(jīng)元之間存在著“突觸”，它起活門的作用，僅允許興奮按一個方向傳播。在1950年代開始把電子顯微鏡應用于神經(jīng)解剖研究的時候，這一點終于得到了實驗證實。中樞神經(jīng)系統(tǒng)（腦和脊髓）活動的特點是，在接受了諸多傳入之后，要把它們整合起來，成為一個有意義的輸出。這就是中樞整合作用，抑制在此起關(guān)鍵作用。

神經(jīng)元學說、神經(jīng)系統(tǒng)整合作用理論和突觸概念，奠定了現(xiàn)代神經(jīng)科學的主要基礎(chǔ)?；谕挥|假設(shè)，神經(jīng)活動實際上應包括神經(jīng)的傳導和突觸的傳遞這樣兩個不同的過程。人們對腦功能的理解因而推進到了機制性的層次。

二、神經(jīng)科學相關(guān)性科學研究的發(fā)展現(xiàn)狀

新技術(shù)在神經(jīng)科學研究中的應用使得其發(fā)展更加迅猛與深入。主要研究技術(shù)有研究分子層面的分子生物學、研究細胞層面的細胞培養(yǎng)、研究組織層面的電生理、研究器官層面的fMRI和腦電圖、研究整體層面的行為學觀察。

同時新的技術(shù)方法的產(chǎn)生加速推進的神經(jīng)科學更快速更深入的發(fā)展。分子生物學技術(shù)的應用，使研究向微觀方向發(fā)展。電生理技術(shù)的發(fā)展與進步發(fā)明了胞外記錄、單纖維記錄、膜片鉗技術(shù)、腦片膜片鉗技術(shù)等。顯微鏡技術(shù)的發(fā)展，光學顯微鏡、電子顯微鏡、原子力顯微鏡等相繼問世。其中原子力顯微鏡根據(jù)掃描隧道顯微鏡的原理設(shè)計的高速拍攝三維圖像的顯微鏡?？捎^察大分子在體內(nèi)的活動變化。還有無創(chuàng)技術(shù)的應用：事件相關(guān)電位分析、腦功能成像等以及計算機技術(shù)與軟件技術(shù)，這些都是應用于神經(jīng)科學領(lǐng)域的新的技術(shù)方法。

近年來神經(jīng)科學取得的成就有哪些呢？（1）研究發(fā)現(xiàn)了腦的功能有多種因素決定，包括遺傳與環(huán)境、營養(yǎng)因素等。（2）腦成像技術(shù)解釋了腦的高級神經(jīng)活動的腦內(nèi)通路和定位。（3）發(fā)現(xiàn)了許多誘導神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育的分子和可形成神經(jīng)元的神經(jīng)干細胞。（4）發(fā)現(xiàn)神經(jīng)系統(tǒng)具有高度的可塑性，基因組的決定因素受個人經(jīng)歷的巨大影響。（5）已經(jīng)識別出幾種退行性疾?。涸缋闲园V呆、帕金森病、ALS、Hungtington病等的致病基因。（6）神經(jīng)元受損后出現(xiàn)凋亡與死亡的機制取得進展，谷氨酸的毒性得到確認。（7）傳統(tǒng)心理學在腦成像技術(shù)的幫助下取得進展。（8）藥物成癮機制研究取得進展。（9）早老性癡呆研究取得進展。（10）應激與神經(jīng)心理取得進展。

三、對于神經(jīng)科學今后的展望

近20多年來，神經(jīng)科學得到了爆炸性的發(fā)展，世界各國都非常重視。英、美、日等發(fā)達國家都已經(jīng)把神經(jīng)科學的研究列為國家的重點研究內(nèi)容和優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域，美國國立健康研究院1997年投入直接與神經(jīng)科學有關(guān)的經(jīng)費為18億美元，是人類基因組計劃的10倍多;而美國國家自然科學基金總共22億美元的年總經(jīng)費中，用于神經(jīng)科學的經(jīng)費相當于在數(shù)學、物理和化學的研究經(jīng)費的總和;日本“腦科學時代”計劃年投入1000億日元，總投入兩萬億日元，為其“超級鋼材計劃”的10倍。

分析神經(jīng)科學的迅猛發(fā)展歷程，可以總結(jié)出當前神經(jīng)科學發(fā)展有以下幾種趨勢：（1）細胞生物學和分子生物學技術(shù)的應用，把研究深入到細胞和分子水平，以解決一些基本和重大的神經(jīng)科學問題。（2）多層次、多學科研究神經(jīng)系統(tǒng)的基本活動，如運動、感知、記憶、思維、情感等。（3）新技術(shù)的開發(fā)和應用在研究中起重要作用，膜片鉗、免疫組化，原位雜交和熒光成像等的應用大大地推動了神經(jīng)科學的發(fā)展。（4）相關(guān)的邊緣學科不斷涌現(xiàn)，如神經(jīng)免疫學、計算神經(jīng)科學等。順應科學發(fā)展趨勢和要求，迅速把神經(jīng)科學推向世界最前沿已經(jīng)刻不容緩。（5）人類基因組計劃已經(jīng)與2003年完成，測定基因的物理序列的“基因組時代”已經(jīng)過去，隨之而來的現(xiàn)在是“后基因組時代”和“功能基因組時代”當然神經(jīng)科學的研究也不例外。突觸傳遞是信息傳遞最主要和最基本的形式之一，涉獵到非常復雜的蛋白質(zhì)之間的相互作用，神經(jīng)遞質(zhì)的釋放如何靜息地調(diào)控、各控制分子之間的相互作用如何、他們自身的基因轉(zhuǎn)錄和表達又如何受到細胞的整體調(diào)節(jié)等一系列問題也成為神經(jīng)科學研究的一個新的焦點。