神经生物学

神经生物学，21世纪的明星学科。神经生物学是生物学中研究神经系统的解剖，生理，

病理方面内容的一个分支。从上个世纪90年代以来，世界科研强国加快了对神经生物学研究的投入。美国于1990年推出了“脑的十年计划”，接着欧洲于1991年开始实施“EC脑十年计划”，然后日本于1996年也正式推出了名为"脑科学时代计划"的跨世纪大型研究计划，计划在未来20年内投入相当的研究经费。这些研究工作虽然至今为止并没有在神经生物学领域取得重大进展，没有解开智力形成之迷，没有解开毒品上瘾之迷，没有解开老年痴呆治疗之迷，但却在潜移默化中推动了神经科学的发展，为本世纪神经生物学的腾飞打好了基础。

神经生物学是一门研究神经系统的结构和功能的科学。大脑的结构和功能是自然

科学研究中最具有挑战性的课题。近代自然科学发展的趋势表明，21世纪的自然科学重心将在生命科学，而神经生物学和分子生物学将是21世纪生命科学研究中的两个最重要的领域，必将飞速发展。分子生物学的奠基人之一，诺贝尔奖获得者沃森宣称：“20世纪是基因的世纪，21世纪是脑的世纪。”

在医学这个大的学科内，神经生物学是一门在各个水平，研究人体神经系统的结构、功能、发生、发育、衰老、遗传等规律，以及疾病状态下神经系统的变化过程和机制的科学。它涉及神经解剖学、神经生理学、发育神经生物学、分子神经生物学、神经药理学、神经内科学、神经外科学、精神病学等等。神经生物学的内容非常丰富，研究进展很快，作为医学生不仅要全面掌握，还要及时了解新的研究进展。

作为生命科学的一个分支学科，神经生物学是比较特殊的。首先，它的研究离不开生命科学的一些基本研究材料与方法。神经生物学的材料与生物学的其它学科一样，是动物，从低等的果蝇到高

等的小鼠、人。神经生物学的研究方法同样离不开核酸的分析与蛋白质的分析，分子生物学的PCR、免疫组化、western blot也是神经生物学的主要研究方法。但除此之外，神经生物学有它自身的特点，那就是神经科学所要重点研究器官——脑是高等生物最复杂的，同时神经元几乎是最难培养的细胞，所以神经生物学研究更需要一些特殊的研究方法。电生理是用电刺激的方法来研究神经回路、神经元在特殊生理条件下的反应。膜片钳是用于测量离子通道活动的精密检测方法。

由于神经生物学的研究对象——大脑，是异常复杂、异常精贵的，神经生物学虽然没有方法上的突破带来的重大研究成果，但还是吸引了全世界最优秀的科学工作者的目光。这从神经生物学的几个主打杂志的影响因子上可以看出： 《自然神经科学》的影响因子是15，《神经元》的影响因子是14，《神经科学杂志》的影响因子是8，此外，《科学》期刊上还有专门的神经生物学专题，其中的文章数量在生物学领域几乎是最多的。

为什么神经生物学的研究难度很大，但仍然吸引了许许多多科学工作者投入她的怀抱呢？这是与社会现实有关的。神经生物学有许多人们非常感兴趣的话题，我在这里例举一二：

一、智力形成之迷。如果说农耕社会讲求的是人口与土地，我可以这么说，资本主义社会及更高层的社会讲求的是智力。因为资本主义社会及更高层的社会形态，它形成发展的原动力在于创造新的

经济增长点，而这一切都要通过新的创意与将这些创意付诸实施的好的头脑。所以不仅家长们重视孩子的智力提高，甚至国家的决策层也同样重视与智力提高密切相关的教育。

二、毒品上瘾之迷。毒品上瘾这不仅是一个国家的社会安定层面的问题，还与一个国家的经济发展、良好道德观树立、甚至国家安全密切相关。我们国家正是被毒品打开大门的。如果现在我说，我了解毒品为何成瘾，我可以消除毒品成瘾，那我们的社会会作如何反应呢？

三、各种神经疾病之迷。这当中尤其重要的是老年痴呆，这种神经疾病在发达国家的死亡率已经排在了第三位。人类的文明是建立在物质冗余的基础上的，那么人类文明越是高，物质越是冗余，像老年痴呆这类的病就越是会引起重视。所以各类神经疾病的研究会越来越受人重视。

然而，需要特点强调的是，神经生物学的研究光靠生物学工作者的努力是不够的。因为神经生物学所要研究的器官——脑，是生物界中最复杂、最精贵的器官，尤其是人的大脑，更是与众不同，更加发达，而人是不可以直接用来作为研究对象的。所以神经生物学的发展对于方法学的要求是很高的，他必然要求各个相关学科的交叉。这也是神经生物学很多研究至今仍处于初级阶段的原因。

但可以肯定的是神经生物学在本世纪必将取得很大的进展。人类的求知欲需要神经生物学的进步，人类的发展同样需要神经生物学的进步。

作为神经生物学近几十年发展的目击者，在细胞和分子水平的许多重大的研究成果给

我留下的印象是深刻的。对脑的不少重要部位神经回路信号传递及其化学基础已形成相当清楚的图景。组织培养、细胞培养，以及组织薄片方法，使人们能把复杂的神经回路还原成简单的单元进行分析。膜片钳位技术和重组DNA技术等，使我们对神经信号发生、传递的基本单元——离子通道的结构、功能特性及运转方式的认识完全改观。对突触部位发生的细胞和分子事件，如神经递质的合成、维持、释放，以及与相应受体的相互作用的研究进展令人瞩目。对神经元、神经系统发展的细胞、分子机制的认识已大大拓展。在脑的高级功能方面，我们已经可以开始谈论记忆的分子基础。对困扰人们已久的若干神经系统疾病的基固定位已经成功，在分子水平对致病原因已进行了细致的分析。如此等等，不胜枚举。

对神经活动的细胞、分子机制的研究，在本质上，是一种还原论（reductionism）的分析，其合理性的基础是：神经活动可最终归结为细胞和分子水平所发生的事件。这样的分析是完全必需的，并且已经取得了巨大的成功。但是，必须清醒地认识到，困于纯粹的还原论分析，对于认识脑和神经系统这样一种高度复杂的系统无疑是跛足的。这是因为，当把复杂的系统“还原”成基本的单元后，不可避免会失去许多信息，而当把基本的单元和过程组织成复杂的系统时，又必然会产生全新的工作特点。试图从基本组分（如基因、离子通道、神经元、突触）的性质来外推脑和神经系统的活动，有其本质上的局限性；进行这种跨越组构层次的推论，必须慎之又慎，并必然有许多保留。

正是考虑到上述这些问题，近年来，人们开始强调用整合的观点来研究脑，并形成了神经生物学另一个重要的发展趋势。在我来看，整合的涵义是多方面的。首先，神经活动的多侧面性，要求多学科的研究途径，关于这一点，我已在前面谈到了。整合观点的另一层更重要的涵义是，对神经系统活动的研究必须是多层次的，这是由这门学科的研究内涵所决定的。不论是感觉、运动，还是脑的高级功能，都既有

整体上的表现，而其机制的分析则又肯定涉及各种层次。在低层次（细胞、分子水平）上的工作为较高的层次的观察提供分析的基础，而较高层次的观察，又有助于引导低层次工作的推进方向及体现后者的功能意义。重要的是，把这多层次的信息“整合”起来，形成完整的认识。

在较高层次上的研究，包括对大群神经元组合成神经网络的工作原理，以及对不同脑区神经元活动如何协同以实现复杂的功能的探索。新的无创伤脑成象技术（PET，fMRI等）的开发，多导程脑电图技术的发展，以及行为与神经元活动相关研究的推进，反映了科学家在这方面作出的努力。

神经生物学的这些发展趋势，促成了目前这一领域的繁荣局面，并将在今后相当长时期内主导其发展进程。

在细胞和分子水平的研究将不断拓展和推进，对神经活动的基本过程的研究将进一步深入，并逐渐形成更完整的认识。随着更多的新离子通道（或亚型）的发现及其氨基酸序列的确定，有可能形成更准确的通道分类模式，揭示不同通道的家族关系。对神经递质的存贮、释放、调节的一系列精细过程将得以清楚的阐明。对神经递质与受体结合后的信号转导及其功能作用，将无疑会有更深入的了解，同时将会发现许多新的神经调制方式。在神经系统的发育方面，对神经元整合各种分子信号形成突触和组织特定的神经回路的研究，将取得重大进展；将有更多的神经营养因子被鉴定，相应的受体被发现，它们在发育和成熟的神经系统中的作用将被阐明。这些研究将使人们了解在发育过程中遗传突变的表述如何引起神经系统的缺损。鉴于目前的进展主要是在低等动物的简单神经系统上取得的，人们必须去发展新的技术和方法，在分子水平上去探索高等动物复杂神经系统的发生、发育规律。

在感觉研究方面，研究层次的跨度更大。感觉技能发生在细胞和分子水平上，其过程的阐明将揭示感觉极高敏感度（一个光量子可使先感受器兴奋，毛细胞纤毛运动0.3nm即可达到听阈）的奥秘。在感觉信息加工领域中，既有细胞和分子层次上的研究（如信号的化学传送机制），也包括信号的串行、平行处理最终形成感知觉的更高层次的探索。而对运动的研究，同样具有跨层次的特点，人们将最终了解运动程序

如何编制，行为如何实现。

遗传性神经系统疾患的研究无疑将有长足的进展。从目前的研究步伐来看，在未来几十年内，将能预测大部分疾病在个体的未来表达或定位其缺损基因，并对这些基因致病的分子机制有深入的了解。

以上所谈的大致可以从目前的发展态势加以预测。在脑的高级功能方面，我们从眼下的研究进展，当然也可以作一点预测。例如，对于学习、记忆分子机制将会有更深入的了解；利用脑成象技术对神经元活动和精神现象间的关联的认识将不断有所进展等等。但是，我们必须清醒地意识到，在真正意义上对脑的高级功能，特别是复杂高级功能（语言、智力、思维、意识等）的认识还刚刚开始，还存在着巨大的知识上的鸿沟。这种鸿沟产生的根本原因，在于对精神现象变幻莫测的多样性，还缺乏有力的研究工具。精神现象固然有其物质基础，但物质的东西一旦升华为精神，就会产生许多不同的性质和特点。这就是说，人们必须创立一系列新方法，包括若干新原理的方法，跨越不同的组构层次，把神经活动的基本过程与脑高级功能关联起来。如果说，在新世纪中神经生物学要出现重大的突破，在我看来，可能是在脑的高级功能的研究上，这是一个亟待开拓的新领域。（选自《生物化学与生物物理进展》原文标题做了修改）如果说，在新世纪中神经生物学要出现重大的突破，在我看来，可能是在脑的高级功能的研究上，这是一个亟待开拓的新领域。

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