脑科学(研究脑的结构和功能的科学)

脑科学（Brain Science）是研究大脑结构与功能的学科，旨在研究人与动物的认知、意识与智能的本质与规律。

20世纪脑科学的进展可概括为三大里程碑：即神经元学说、离子通道理论和脑功能成像。脑科学可简单分为：基础神经科学和临床神经科学。早期的研究者通常只能在大脑处于非正常状态下加以考察；代脑科学的研究有两个大的潮流：一是从细胞乃至分子的水平入手，由基础向上，把功能与结构研究结合起来；二是从整体人手，用系统的观点，在整体水平以及整体各部分之间的相互联系和相互作用中，逐渐向下深入，逼近脑研究的答案。

脑科学研究大脑的结构与功能，解析脑功能异常的神经机制，提升对脑重大疾病的诊治水平。脑科学技术的发展对人类的健康、新一代人工智能技术及新型信息产业的发展等具有非常重要的意义，是国际科技竞争的重要战略领域。

历史沿革

19世纪末和20世纪初，Cajal创造性地提出神经元学说。神经元学说认为：神经元是神经系统的结构单元、功能单元、发育单元、营养单元和病变单元。20世纪神经科学的发展，充分证实神经元学说的正确性。神经元学说奠定了本世纪神经科学发展的结构基础。

1921年Loewi通过蛙心离体灌流发现第一个神经递质—乙酰胆碱以来，神经递质、调质及其对应受体的研究工作取得迅速的发展。单胺类递质（NA，DA，5HT等）及其受体，氨基酸类递质（Glu，Asp，Gly，GABA等）及其受体，Morphine类物质（内啡肽、脑啡肽和强啡肽等）及其受体，神经肽类物质（NPY，生长抑素等）都陆续被发现及确定其功能与受体亚型。神经递质与受体的研究，还促进神经药理学的进展，一批受体激动剂和抑制剂已成为重要的治疗用药物。

1929年Berger首次在正常人头皮上记录到脑电活动，Braxier用叠加法记录到体感诱发电势，以及脑磁图（MEG）的应用等，都为研究正常人在不同功能活动状态时脑的电磁活动规律奠定基础。1951年Levi—Montalcini发现神经生长因子（NGF）以来，各类神经营养因子（BDNF，GDNF，NT—3等）相继被发现，其作用机理也得到阐明。神经营养因子在神经元存活、再生及神经系统个体发育方面有重要作用，这方面的工作正逐步深入。1952年，Hodgkin和Huxley在枪乌贼的巨轴索上用电压位技术，首次提出神经兴奋与传导过程的离子通道理论。

1966年Sutherland提出第二信使的概念，论述环磷酸腺苷在信号转导中的作用。随后cGMP，G蛋白，钙离子等的信号转导过程相继被发现。信号转导系统是将神经元膜上的受体与配基结合的信息，通过胞浆中系列的串激过程，将信息转导至胞核并启动立早基因（c—fos，c—jun等）的表达的信号转导过程。立早基因是基因启动的总开关，其产物C—FOS和C—JUN蛋白二聚体与其他迟效应基因的起始位点相结合，进一步引起其他迟效应基因的表达。信号转导系统的发现，对阐明信息在神经元内部的传输与加工过程有重要意义。

1973年，Hounsfield用电子计算机断层成像技术首次在活体条件下观察到人脑的内部结构。其后MRI，fMRI，PET，SPECT等脑的结构及功能成像技术得到迅速的发展。Phelps建立的PET成像技术能在正常条件下显示出人脑在不同功能活动状态时脑内各种活性物质（氧、葡萄糖等）的代谢变化过程，是脑功能定位成像的重大突破。它为研究人的心理及智能活动奠定基础。

1984年，Noda克隆出并测定电鳐的钠离子通道的分子结构，其后Neher和Sakmann用膜片钳技术测量到单离子通道的电流，都证实离子通道理论的正确性。Hodgkin和Huxley的离子通道理论奠定了神经科学发展的生理学基础。从1987年Gehring发现果蝇神经系统发育的同源盒（Homeoboxes）基因组以来，许多重要的神经系统发育基因陆续被发现。已经确定，动物神经系统的发育过程是一个级联式基因调控过程。在不同阶段，某些基因组起决定作用，决定脑不同部位的形态形成与发育。神经系统发育基因的发现使神经系统发育生物学的研究从细胞学水平提高到分子生物学水平。

由于人类基因组计划的进展，许多神经系统疾病基因的定位，也取得很大进展。其中舞蹈病（Huntington Disease，HD）基因定位研究，具有代表性。1993年，Duyao将HD的基因定位于4号染色体短臂上，并发现在此位点上，病人的CAG三核苷酸重复系列比正常人明显延长。其后发现一些疾病如脊髓小脑性共济失调I型（SCA1），Machado Joseph病（MDJ），强直性肌营养不良症（DA）以及齿状核红核脑桥丘脑底核萎缩症（DRPLA）等都是在一些特定致病位点上CAG重复序列延长。以MJD为例，正常中国人重复序列长度为14—40，而病人可增大至72—86。这一结论为这些单基因神经遗传病的分子生物学诊断与治疗前景，奠定基础。

视觉生理学的进展包括：Hartline的视觉感受野的发现，脊椎动物视网膜感光细胞超极化机理，Huber和Wiesel视觉皮质功能柱的发现，色觉的化学机制，以及不同视信息通道的确定等。视觉生理是在感觉生理中研究得较彻底的部分，特别是皮质功能柱的发现，首次证实大脑皮质的功能构筑不是以层划分而以垂直方式的功能柱来划分，为研究大脑机能定位的组织结构奠定基础。

概念

定义

脑科学（Brain Science）是研究大脑结构与功能的学科，旨在研究人与动物的认知、意识与智能的本质与规律。

脑科学，从狭义上来讲就是神经科学，是要了解神经系统内分子水平、细胞水平、细胞间的变化过程，以及这些过程在中枢功能控制系统内的整合作用而进行的研究；（美国神经科学学会）从广义上讲是研究脑的结构与功能的科学，包括认知神经科学等等。

研究方向

基础神经科学

通过基础理论研究神经生物学来认识大脑的结构和功能关系。包括，研究人和动物的神经系统的结构与功能、及其相互关系的科学，是在分子水平上、细胞水平上、神经网络或回路水平上乃至系统和整体水平上阐明神经系统特别是脑的物质的、能量的、信息的基本活动规律的科学。主要有六个研究分支：分子神经科学(化学物质)、细胞神经生物学(细胞、亚细胞)、系统神经生物学、行为神经生物学(学习记忆、情感、睡眠、觉醒等)、发育神经生物学、比较神经生物学等。通过计算神经科学模拟大脑运行方式。应用数学理论和计算机模拟方法来研究脑功能的学科。

临床神经科学

侧重医学临床应用。研究与神经系统有关的疾病，及其诊断、治疗方法、技术等。脑是人体最复杂、最精密的器官，人类的大脑重量平均只有1400g，仅占体重的2%~3%，而血液供应量却占全身的15%~20%。简单来说，脑分为主管感知思维活动的大脑、负责平衡运动的小脑和生命中枢脑干。

脑科学最主要关注的就是皮层的各种功能。大脑皮层的各个部位是分管各种功能的，就是说，功能是分区的，哪个区域受损，就会丧失相应的脑功能。比如语言区域受损就不会说话，视觉皮层受损就会看不见，对此的实验科研人员已经确认过很多次，形成公认的认知。但是科学家们观察到一个非常令人惊讶的现象，当人们不做任何事，只是在大脑中想象几个字时，发现整个大脑皮层到处都是活动，这说明想象几个字虽然看起来是个很简单的事，但是实际上牵涉到了大脑的很多部位，但形成这种情况的机制至今还不清楚。

研究目标

认知神经科学的最终目的是在于阐明人类大脑的结构与功能，以及人类行为与心理活动的物质基础，在各个水平（层次）上阐明其机制，增进人类神经活动的效率，提高对神经系统疾患的预防、诊断、治疗服务水平。1、揭示神经元间各种不同的连接形式，为阐明行为的脑的机制奠定基础。2、在形态学和化学上鉴别神经元间的差异，了解神经元如何产生、传导信号，以及这些信号如何改变靶细胞的活动。3、阐明神经元特殊的细胞和分子生物学特性。4、认识实现脑的各种功能（包括高级功能）的神经回路基础。5、阐明神经系统疾患的病因、机制，探索治疗的新手段。

研究方法

在研究人脑功能的过程中，早期的研究者通常只能在大脑处于非正常状态下加以考察。现代脑科学的研究有两个大的潮流：一是从细胞乃至分子的水平入手，由基础向上，把功能与结构研究结合起来，即bottom-up；二是从整体人手，用系统的观点，在整体水平以及整体各部分之间的相互联系和相互作用中，逐渐向下深入，逼近脑研究的答案，称其为topbottom。这两个研究方向是互补的，不是相互排斤的，不可相互替代。

神经生物学比较偏重bottom-up的方法，而心理学则较为偏重top-bottom的方法。随着科学技术的发展，现在出现了一些新的研究技术和方法。这些新技术和新方法包括单细胞记录、脑电活动记录、正电子发射断层摄影术、核磁共振成像技术等。

脑科学计划

欧盟脑计划

人类脑计划（Human Brain Project，HBP）于2013年10月1日启动，是欧盟委员会未来和新兴技术的旗舰项目，有26个国家的135个合作机构参与。这是一个为期10年的基于超级计算机的大型科研项目，主要研究领域大致划分为三大类：未来神经科学、未来医学、未来计算。涵盖13个子项目，其中包括老鼠大脑战略性数据、人脑战略性数据、认知行为架构、理论型神经科学、神经信息学、大脑模拟仿真、高性能计算平台、医学信息学、神经形态计算平台、神经机器人平台、模拟应用、社会伦理研究和人脑计划项目管理。欧盟脑计划中未明确提及脑机接口，但脑计划项目离不开脑机接口技术和设备的支持，同时社会伦理研究也对脑机接口的未来应用提供伦理依据，如图8所示。欧盟中奥地利和德国等国家科研人员在脑机接口方面做了许多工作。可惜的是，由于受到学术界的广泛质疑，以及HBP后来的发展方向偏离了最初设定的目标，该项目目前已宣告失败，欧盟决定停止对人类脑计划的下一个十年的资助。

美国脑计划

美国政府于1989年率先提出脑科学计划，并把20世纪最后10年命名为“脑的10年”。奥巴马政府于2013年4月2日宣布“脑计划”（BRAIN Initiative，通过推进创新神经技术进行大脑研究），旨在探索人类大脑工作机制、绘制脑活动全图、推动神经科学研究、针对目前无法治愈的大脑疾病开发新疗法。美国政府公布“脑计划”启动资金逾1亿美元，后经调整，计划未来12年间共投入45亿美元。

此后，美国国立卫生研究院（NIH）、美国国防高级研究计划局（DARPA）、美国国家科学基金会（NSF）三大联邦机构相继开展研讨并提出了各自的研究重点。2014年2月，美国政府呼吁进一步采取行动推进BRAIN计划，并将该计划2015财年预算提高至2亿美元；2014年6月5日，NIH的BRAIN小组发布了《BRAIN计划2025：科学愿景》报告，详细规划了NIH脑科学计划的研究内容和阶段性目标。2014年6月20日，加利福尼亚州提出了本州岛脑科学计划——Cal-BRAIN计划，明确寻求产业参与，其他各州也开始着手商议建立类似计划。

2018年11月2日，NIH宣布将进一步加大对“脑计划”研究项目的投资，将为超过200个新项目投资2.2亿美元，这使得2018年对该计划的支持总额超过4亿美元，比2017年支出高50％，新项目包括各类脑部疾病检测和治疗的“无线光学层析成像帽”、“无创脑机接口”和“无创脑刺激装置”等，以及帮助解决疼痛和阿片类药物依赖的创新研究等；2019年10月21日，美国BRAIN2.0工作组发布《大脑计划与神经伦理学：促进和增强社会中神经科学的进步》报告，对其5年前提出的《BRAIN计划2025：科学愿景》实施情况和未来发展进行了梳理和展望。

美国脑计划重点研究中的建立大脑结构图谱、研发大规模神经网络电活动记录和调控工具、理解神经元活动与个体行为的关联、解析人脑成像基本机制、发明人脑数据采集的新方法与脑机接口技术紧密相关，或依赖脑机接口设备采集信息，或作为脑机接口技术的研究内容。2016年，美国国家卫生研究院（NIH）宣布第三轮支持“通过推进创新神经元技术开展大脑研究”计划的研究资助项目，其中构建基于微小电传感器的神经末梢系统，该系统无线记录大脑活动以改善中风患者的康复，也同样涉及了脑机接口技术。

美国军方尤为重视脑机接口的创新研究及其在军事和医疗方面的应用，如DARPA启动“可靠神经接口技术（RE-NET）”、“革命性假肢”、“基于系统的神经技术新兴疗法（SUBNETS）”、“手部本体感受和触感界面（HAPTIX）”、“下一代非手术神经技术（N3）”和“智能神经接口（INI）”等几十个神经相关项目，探索神经控制和恢复、脑机接口与外骨骼机器人、无人机和无人车等设备的联用等，以研发治疗和康复新途径、增强和开拓脑功能和人体效能、拓展训练方式和作战环境。

日本脑计划

日本脑/思维计划Brain/MINDS（Brain Mind by Integrated Neurotechnologiesfor Disease Studies，通过用于疾病研究的集成神经技术绘制脑图），于2014年6月启动，该项目研究集中在三个领域：对普通狨猴大脑的研究、开发脑图绘制技术和人类脑图谱，其中相关研究涉及脑机接口技术，已有新闻和文献报道日本脑机接口研究。该项目将在10年内受到日本教育部、文化部以及日本医学研究与发展委员会共400亿日元的资助。

韩国脑计划

1998年，韩国政府颁布了《大脑研究促进法》（Brain Research PromotionAct），韩国神经科学在第一个和第二个大脑研究促进基本计划（Brain ResearchPromotion Basic Plans）的基础上取得了显著进展。为了引领神经科学的创新，韩国政府决定在第三个大脑研究促进基本计划（2018～2027）之前推动一项为期十年的国家脑计划。2016年5月30日，韩国政府宣布了韩国脑计划（KoreanBrain Initiative， KBI），旨在推进脑科学和促进神经科学与产业的互动。

韩国脑计划，致力于基础研究，对诸如阿尔兹海默症（Alzheimer’s disease，AD）和帕金森病（PD）等神经退行性疾病进行临床研究，开发适用于基础和临床研究的新型神经技术。韩国脑计划是由韩国脑科学研究所（Korea BrainResearch Institute，KBRI）、韩国科学技术研究院脑科学研究所（Brain ScienceInstitute of Korea Institute of Science and Technology）以及由来自多所大学的科学家组成的神经工具开发小组三个研究机构牵头。研发项目的范围包括（1）建立多尺度的脑图谱；（2）开发用于绘制脑图谱的创新型神经技术；（3）加强与人工智能相关的研发；（4）开发针对神经系统疾病的个性化药物。

韩国脑计划在构建大脑地图的基础上，进一步对阿尔兹海默症、帕金森病、忧郁症、成瘾症、孤独症、大脑发育障碍等疾病加大研究投入，这也是脑机接口在医疗领域的主要应用，已有文献报道韩国科研人员在基于EEG/fNIRS等的BCI方面做的工作。

澳大利亚脑计划

澳大利亚脑联盟（Australian Brain Alliance，ABA）提议开展澳大利亚脑计划（Australian Brain Initiative，ABI）。澳大利亚脑计划的总体目标是破解大脑的密码，即理解神经回路如何发展，其如何编码和检索信息，如何为复杂行为提供基础以及如何适应内外部变化的机制或“密码”。为了实现这一目标，澳大利亚脑计划开展的核心研究包括优化和恢复大脑功能、开发神经接口来记录和控制大脑活动以恢复功能（此与脑机接口紧密相关）、了解整个生命周期学习的神经基础并提供有关脑启发式计算的新见解。澳大利亚脑计划的潜在影响包括创造神经技术的先进产业、研发脑部疾病的疗法和开展具有深远影响的跨学科合作，以增进大脑的了解。

中国脑计划

面对全球各国在脑科学研究领域展开的激烈竞争和广泛合作，2014年我国脑科学研究学者们在香山科学会议中专门探讨了中国脑科学计划的目标、任务和可行性;2016年3月国家发布了《“十三五”规划纲要》，将“脑科学与类脑研究”列为“国家重大科技创新和工程项目”，标志着“中国脑计划”的全面展开。随后在2018年，中国脑科学“地区性计划”分别启动，北京和上海市在当地政府的大力支持下，分别于同年3月和5月成立脑科学与类脑研究中心。2021年9月，伴随着中华人民共和国科学技术部（简称科技部）发布的《科技创新2030—“脑科学与类脑研究”重大项目2021年度项目申报指南》，酝酿6年多的“中国脑计划”宣布正式启动，国家拨款经费预算近32亿元，整体规模预计可达到百亿元甚至千亿元级别。

中国脑计划以“脑认知功能解析”为核心，以“理解脑、修复脑、模拟脑”为目标，确定了“一体两翼”的发展战略。其中，“一体”指解析大脑认知功能原理，“两翼”分别指认知障碍相关重大脑疾病诊治和类脑计算/脑机智能发展。对脑认知原理从分子细胞、功能环路、全脑网络到认知行为的多尺度研究，不仅可以促进认知障碍相关脑疾病的发病机制解析，而且也为类脑计算与脑机智能的原理模拟打下坚实的理论基础；同样，脑疾病和类脑计算等领域的研究也可以为脑认知原理解析提供人脑研究的线索和新型神经调控技术；而脑机智能的发展则可以为认知障碍相关脑疾病的研究提供智能诊断、治疗和康复技术。

不同于其他国家脑计划仅将“脑疾病”归为项目的长期目标，中国脑计划将重大脑疾病诊治纳入项目的重要一环，利用我国庞大的脑疾病人群数据进行大规模的队列研究和建立数据样本库，为探索早期预防、诊断和治疗手段提供最坚实的数据支撑。中国脑计划还将“类脑计算和脑机智能”放在优先发展的位置，利用脑科学研究成果反哺人工智能等研究领域。另外，其他国家脑计划多以啮齿动物为实验模型，而中国脑计划将重点发展猴疾病动物模型，进一步促进对高级认知功能以及脑疾病的病理机制等问题的探究。

中华人民共和国科学技术部于2021年公布《科技创新2030——“脑科学与类脑研究”重大项目2021年度项目申报指南》，我国脑计划将围绕脑认知原理解析、认知障碍相关重大脑疾病、类脑计算与脑机智能、儿童青少年脑智发育研究、技术平台建设五个方面，2021年共部署指南方向59个（如“神经细胞的起源、分化与老化进程”“新型无创脑机接口技术”“婴幼儿社会情绪与交流能力发展的脑机制”和“多模态多尺度脑图谱研究新技术”等）。总体专家组根据实施方案提出年度目标任务，并组织第三方通过竞争遴选优势团队承担任务。考虑到我国脑计划研究方向广泛，各项目任务的管理与考核也分类进行，包括定向委托项目、定向择优项目、公开择优项目和平台项目，另外专设交叉学科和青年人才项目，以培养具有可持续性创新动力的优秀青年人才。

研究进展

脑科学研究进展的3大里程碑

神经元学说（Neuron doctrine）

神经元兴奋过程的离子通道理论

1952年，Hodgkin 和Huxley在枪乌贼的巨轴索上用电压箝位技术，首次提出神经兴奋与传导过程的离子通道理论。1984年，Noda克隆出并测定电鳐的钠离子通道的分子结构，其后Neher和Sakmann用膜片钳技术测量到单离子通道的电流，都证实离子通道理论的正确性。Hodgkin和Huxley的离子通道理论奠定了神经科学发展的生理学基础。

脑功能成像技术

20世纪脑科学研究的十大进展

电生理学

由于电子放大技术的发展以及微电极技术的应用，使得20世纪神经科学取得长足的进步。可以说，20世纪许多神经科学的成就，都是通过电生理学记录技术而发现的。如Eccles的兴奋性和抑制性突触后电位的发现，对阐明神经系统的兴奋与抑制过程的本质有重要意义。单细胞记录和单通道活动的记录亦已在神经生理学中获得广泛应用。1929年Berger首次在正常人头皮上记录到脑电活动，Braxier用叠加法记录到体感诱发电势，以及脑磁图（MEG）的应用等，都为研究正常人在不同功能活动状态时脑的电磁活动规律奠定基础。

神经递质与受体

自从1921年Loewi通过蛙心离体灌流发现第一个神经递质—乙酰胆碱以来，神经递质、调质及其对应受体的研究工作取得迅速的发展。单胺类递质（NA，DA，5HT等）及其受体，氨基酸类递质（Glu，Asp，Gly，GABA等）及其受体，Morphine类物质（内啡肽、脑啡肽和强啡肽等）及其受体，神经肽类物质（NPY，生长抑素等）都陆续被发现及确定其功能与受体亚型。神经递质与受体的研究，还促进神经药理学的进展，一批受体激动剂和抑制剂已成为重要的治疗用药物。神经系统逆信使—一氧化氮功能的研究，获得1998年诺贝尔医学生理学奖。已经确定一些神经递质在脑内有特定的神经核团及投射系统。神经内分泌和神经免疫功能的研究，使神经系统的综合调节作用研究达到新的水平。

神经营养因子的发现

自1951年Levi—Montalcini发现神经生长因子（NGF）以来，各类神经营养因子（BDNF，GDNF，NT—3等）相继被发现，其作用机理也得到阐明。神经营养因子在神经元存活、再生及神经系统个体发育方面有重要作用，这方面的工作正逐步深入。

信号转导系统

神经系统发育基因调控

自从1987年Gehring发现果蝇神经系统发育的同源盒（Homeoboxes）基因组以来，许多重要的神经系统发育基因陆续被发现。已经确定，动物神经系统的发育过程是一个级联式基因调控过程。在不同阶段某些基因组起决定作用，决定脑不同部位的形态形成与发育。神经系统发育基因的发现使神经系统发育生物学的研究从细胞学水平提高到分子生物学水平。预期下一世纪这方面将有更大的发展。

神经系统疾病基因的定位

视觉生理学

学习记忆

这是脑行为科学研究得以比较深入的部分。20世纪初期，伊万·彼得罗维奇·巴甫洛夫首先用观察行为的方法发现了大脑的条件反射。Kaada发现海马汽车的记忆功能。Bliss于1973年记录到海马突触的长时程增强效应（long trem potentiation，LTP）。他证明通过学习，可以改变突触的联系强度，并维持较长的时间。目前普遍认为LTP是突触可塑性的表现，是长程记忆的生理学基础。已经确定，cAMP—PKA—CREB信号通路对LTP的形成有重要作用。Sperry还发现右脑的空间认知功能。利用PET及fMRI测定学习记忆和语言思维过程中的脑功能定位成像研究，也取得丰硕的成果。除证实临床与电刺激原先已确定的视觉、听觉、运动、体感、记忆、言语等主要功能区之外，还发现与运动视觉、短期记忆。词义记忆、恐惧以及与注意功能等有关的脑区，为进一步理解脑的功能活动提供客观依据。

脑超微结构的研究

由于电子显微镜及超薄切片技术的应用，开拓了脑超微结构的视界。1955年，Palay和Palade得到突触的电子显微镜图像，为神经元学说提供有力的支持，从而结束长达半个世纪以来的神经元学说与神经合胞体网假说的争论。Gray根据突触膜及囊泡的形态，将突触分为GrayI型（兴奋性突触）和Gray Ⅱ型（抑制性突触）两大类。为EPSP及IPSP提供形态学的依据。Nauta发明的神经末梢溃变染色法以及其后发展起来的辣根过氧化酶（HRP）染色法和荧光染色法等，为追索神经核团之间的纤维联系，提供大量的形态学资料。

神经网络理论

由于电子计算机技术的飞速发展，应用电脑原理模拟人脑的活动，是20世纪脑科学的主要特征之一。40年代，Pitts及McCullech首先提出神经元的数学模型用以模拟神经元突触权重整合及神经元的阈值特性，是人工神经网络研究的先驱。1949年，Hebb氏提出著名的学习定律，表明通过学习可以改变突触的联接权重，是人工神经网络学习的主要算法之一。60年代福岛邦彦的感知机（Perceptron）用分层人工神经网络模拟人的认知与学习功能。70年代出现的Rumelhalt的并行分布（PDP）式人工神经网络及误差回传（BP）算法，为人工神经网络的实际应用开拓了新的途径。1982年，Hopfield提供全联结式的联想记忆神经网络，解决了TSP（旅行最短路径）问题，引起世界性神经网络研究的热潮。ART算法，遗传算法，Boltzman机等人工神经网络及算法模型纷纷涌现。人工神经网络（ANN）和生物神经网络（BNN）的结合研究正逐渐深入。美国政府提出，20世纪90年代为“脑的10年”，日本政府亦拨巨款支持脑科学的研究，并提出21世纪是“脑科学的世纪”的口号，神经科学家与信息科学家、电子计算机科学家的结合，将为脑思维本质之谜的研究开拓新的途径。

价值意义

脑科学研究大脑的结构与功能，从分子、细胞、神经环路、神经网络层面，阐明感知觉、学习记忆、抉择、语言、意识等认知功能的基本原理，解析脑功能异常的神经机制，提升对脑重大疾病的诊治水平。脑科学是二十一世纪最富有挑战性的重大科学问题之一，是引领未来新的经济增长点及科技革命的前沿技术。脑科学技术的发展对人类的健康、新一代人工智能技术及新型信息产业的发展等具有非常重要的意义，是国际科技竞争的重要战略领域。

研究机构

学科评价

与地球上其他生物相比，人最强的是大脑，肌体反而较弱。脑机接口，是大脑和外部设备之间创建的直接连接通路，它既是神经修复最有效的工具。脑机接口的核心是充分发挥人脑的优势，绕过人体自身器官，大脑直接与外界装备进行高效互动。其核心挑战在于，如何在最低限度损伤大脑和最大限度利用大脑之间达到平衡。相比非植入式脑机接口，植入式脑机接口在神经信号质量和神经调控精度等关键性能上有着天然的优势，不过植入手术对大脑的创伤、植入器件长期在体的安全性等问题仍是当前的研究瓶颈。

脑机接口能直接修复运动感知功能，帮助高位截瘫、肌萎缩侧索硬化、失明病人恢复独立生活和交流能力，回归社会。2020年，浙江大学的研究团队已实现利用Utah阵列电极实现了高位截瘫患者用意念控制机械臂完成握手、饮水、进食等动作。未来，可发展成为超越智能手机的脑机接口智能终端，未来的人们得以通过意识操控周围的设备，并赋予超越常人的耐力、速度、精度和效率。