2014年腦科學的5個驚人進展

可以說，2014年是腦科學的豐收年。《紐約時報》於2月宣布，科學的下一??個前沿領域就「在你的大腦里」。的確如此，一些神經科學的研究特別值得我們關注。

雖然對我們來說，人腦在很大程度上仍是一個謎，進展緩慢而穩定，但現在神經學家對於它如何產生意識、思想和情感活動有了更深一步的了解。據腦科學家加里·馬庫斯（Gary Marcus）說，我們現在看到的簡直就是一場神經科學革命。

「在神經科學方面，還從未有比現在更加激動人心的時刻。」馬庫斯在他編撰的《大腦的未來：全球前沿神經科學家論文集》（2014年11月出版）的序言中這樣寫道，「目前神經科學已經積累了大量事實，仍然期待有一個總體理論；現在已有很多進步，但不知道的更多。但是融入新技術……可以改變這種狀況。」

美國總統奧巴馬在他啟動的科研項目「腦計劃」中，甚至把大腦研究與20世紀60年代的「太空競賽」相提並論。據國家衛生研究院主任弗朗西斯·柯林斯（Francis Collins）說，為了開發探索大腦的新技術，白宮已經雄心勃勃地投資了數百萬美元，未來十年還將花費45億美元用於發展神經新技術。與此同時，歐洲的一個同樣雄心勃勃的舉措「人類腦計劃」也於2013年推出了，經過一些挫折後，科研工作開始向前邁進。日本研究人員也正在努力推進十年腦計劃，繪製出靈長類大腦。

以下是我們在2014年了解到的關於大腦的五個重要事實。

1．腦功能很可能受到腸道影響

2014年，腸道細菌可能對大腦功能有顯著影響的新觀點在科學界勢頭正健。國際精神衛生研究所投資了100多萬美元，用於研究腸道微生物與大腦之間關係的一個新項目。2014年11月召開的神經科學會議將腸道微生物的研究稱為腦科學的一個「範式轉移」。

「它開啟了觀察腦功能、健康和疾病的一種全新方式。」2014年加州大學洛杉磯分校醫學和精神病學教授梅耶·梅爾（Emeran Mayer）博士這樣告訴美國國家公共電台。

此前研究調查了如自閉症、抑鬱、焦慮等疾病與腸道內微生物變化的聯繫。2014年，神經學家開始深入研究所謂的微生物是如何影響大腦的發育和活動，將大腦連到消化道的免疫系統和迷走神經很可能在其中發揮作用。

2．腦對腦直接溝通不再是科幻

心靈感應，並不像它看起來那樣不靠譜。2014年，科學家在人們當中實現了腦對腦的直接溝通。

早期研究始於2013年。2014年秋，華盛頓大學研究人員能從一個人的大腦通過互聯網重複發送信號，從而在不到一秒的時間裡控制另一個人的手部動作。

這是它的工作過程：研究人員測試了三對參與者（一人是發送者，一人是接收者），每對參與者相隔半英里，除了他們的大腦，兩人不可能發生任何互動。發送者與一個讀取大腦活動的腦電圖機器相連，並通過網路把電脈衝發送到接收者。在接收者的大腦區域放置了一個能夠控制手部動作的經顱磁刺激儀線圈。使用這種系統，發送者可以通過簡單地思考手部運動，來命令接收者動手。比如，發送者在玩一個射擊大炮保衛城市的電腦遊戲，他想在不同的時間發射大炮，「開火」的大腦信號就可以通過網路直接發送給接收者，指揮接收者的手去碰觸摸板，進行開炮。

「這種模式為大腦之間的互動或將信息植入大腦的開發方案，提供了廣泛的機會。」華盛頓大學學習與腦科學研究院研究員尚特爾·普拉（Chantel Prat）在給《赫芬頓郵報》的一封電郵中這樣寫道，「這項技術最終可使大腦缺失或損傷的人得到修復。」

3．為阿爾茨海默症研究複製腦細胞

發表在2014年10月《自然》雜誌的一些開創性研究，能為阿爾茨海默症研究複製可供使用的腦細胞。

馬薩諸塞州總醫院的研究人員創建了「阿爾茨海默症的培養皿」——這個培養皿包含了在阿爾茨海默症發展過程中涉及的、複製重要結構和病情進程的人類腦細胞。

運用這個培養皿，研究人員將測試目前市場上的1000多種阿爾茨海默氏症治療藥物，以及5000種左右尚在實驗中的藥物。研究人員還使用了新的三維模型，為現有的假設提供證據，即在腦中的β-澱粉樣蛋白斑塊沉積是疾病的早期催化劑。

「這是此領域向前邁進的一大步，」杜克大學阿爾茨海默氏症研究員穆拉利·多拉斯瓦米（Murali Doraiswamy）博士告訴《紐約時報》，「它可以大大加快新葯的測試。」

4．我們能夠改變記憶的情緒性質

在一個具有里程碑意義的研究中，研究人員使用了光遺傳學技術，這一技術可以用光來操控神經元活動，從而影響小鼠大腦中的特定記憶。

麻省理工學院以諾貝爾獎得主、免疫學家利根川進（Susumu Tonegawa）為首的研究人員，能在海馬體（與記憶的形成和編碼相關的大腦區域）種植虛假記憶，並刪除現有記憶。

他們甚至可以通過把一個記憶與另一個完全不相干的環境和情緒基調下的不同記憶相連接，來切換與老鼠情緒相關的記憶，從而有效地將負面記憶轉為正面記憶。利根川進告訴《紐約時報》，這一研究可能會為心理治療提供基礎，幫助患者挖掘美好的回憶，以減輕不良或緊張的情緒。

「當你想把一個壞記憶變成好記憶時，這些結果將有助於我們了解相關細胞參與的比例——我們是要處理杏仁核中50％的細胞，還是只要處理1％甚至更少的細胞？」沒有參加此項研究的研究員理查德·莫里斯（Richard Morris）博士這樣告訴BBC，「它把問題的規模告訴了我們。」

5．我們意識到我們懂得太少

研究大腦的巨大矛盾是，我們對大腦了解得越多，會意識到我們懂得越少。

雖然科學家們已經能夠探測到大腦中特定神經元和神經元網路的運作，但是他們仍然缺乏對大腦中存放所有數據的主要部分和理論框架的了解。大腦中約有1000億個神經元和大腦中的高達1000萬億個神經連結，神經學家拉斐爾·尤斯特（Rafael Yuste）說，研究其中的個體或小部分，就像是「通過一個像素來理解電視節目一樣」。

「也許是最大的挑戰在於大腦功能，可以從這麼多層次進行研究，如從突觸的細節到數萬億倍的大腦區域。電脈衝可以用於研究大腦的生物化學、物理結構、各層及層間網路等。全球有4萬多科學家試圖把它弄明白。」2014年1月，《紐約時報》科學記者詹姆斯·戈爾曼（James Gorman）曾寫到過人類腦圖項目——嘗試創建腦神經布局的互動式地圖。「每一種觀察方式都驚人地揭示了大腦的秘密，然而全面完整的大腦地圖依然遙不可及。」