探索大腦終極疆界，中科院腦科學特刊讓你一次看個夠！

中國科學院院刊近日發布了腦科學特刊，白春禮院長寫下序言：

20多年前，DNA雙螺旋結構發現者之一弗朗西斯.克里克就曾提出，「我們無法忍受人類仍舊對大腦如何工作知之甚少」。然而時至今日，人類對大腦的探索才剛剛觸及這個巨大科學挑戰的表層，大腦仍然是人類認知的「黑洞」，是人類理解自然和人類本身的「終極疆域」。

特刊內含九篇國內前沿研究，特附上摘要和相關信息，文末附下載地址。

《腦科學與類腦研究概述》

蒲慕明，徐波，譚鐵牛

腦科學和類腦智能技術是兩個重要的前沿科技領域；二者相互借鑒、相互融合的發展是近年來國際科學界湧現的新趨勢。腦科學研究對大腦認知神經原理的認識，提升了人類對自身的理解和腦重大疾病的診治水平，也為發展類腦計算系統和器件、突破傳統計算機架構的束縛提供了重要的依據。文章概括性地總結了國際腦科學和智能技術領域的總體進展，未來15年的發展趨勢和有望解決的重大科學問題，以及我國在這兩領域發展的特色和優勢。

關鍵詞：腦科學；神經網路；腦疾病；人工智慧；類腦研究；智能機器人

《「腦功能聯結圖譜與類腦智能研究」先導專項研究進展和展望 》

張旭，劉力，郭愛克

對大腦的認知是人類認識自然和自身的終極挑戰，腦科學研究的核心是理解腦功能的結構及物質基礎。中科院在2012年啟動了戰略性先導科技專項（B類）「腦功能聯結圖譜計劃」（Mapping Brain Functional Connections；簡稱：腦聯接圖譜；MBFC，2012-2020），目標是對特定腦功能的神經聯結通路和網路結構的解析及模擬。

專項代表了腦科學研究的戰略制高點，對揭示腦的工作原理、推動智能科學技術進步、增進人類身心健康等方面都具有十分重要的意義。專項設立以來，在感知覺神經環路發育和功能、視覺與本能恐懼行為的神經環路機制、情緒的神經環路編碼機制、成癮和抑鬱症等腦疾病機理、意識的神經基礎、基因編譯技術及腦疾病的非人靈長類模型、神經元分類和功能分析技術及其應用、神經環路雙色鈣成像方法、神經環路結構與功能研究工具開發、深度神經網路晶元研製，以及資源庫與平台建設等方面取得了一系列重要的科學發現和技術研發進展。

我們將進一步按照專項十年規劃，開展腦認知科學、類腦人工智慧技術、腦疾病早期診斷及干預 3 個前沿領域的科學研究，以及相關新技術研發和腦科技資源庫建設，發揮中科院在腦與認知基礎研究和技術研發等領域的引領作用。

關鍵詞：神經元分類；神經環路；認知；腦疾病；非人靈長類模型

《面向未來的中國科學院腦科學與類腦智能研究——強化基礎研究,推進深度融合 》

王力為，許麗，徐萍，于漢超，孔明輝，沈毅，張永清

腦科學與類腦智能技術相互借鑒、相互融合代表了未來腦科學與類腦智能研究的新趨勢。中科院在腦科學研究上具有深厚積累和特色優勢，率先啟動了「腦功能聯結圖譜」戰略性先導科技專項（B類），選擇感知覺、學習記憶等幾種重要大腦功能，繪製其神經環路圖譜，解析其信息處理加工規律；率先在腦科學和智能技術兩大領域進行實質性融合，在先導專項中擴充了類腦智能研究內容，成立了中科院腦科學與智能技術卓越創新中心，全面推進腦科學與類腦智能研究深度融合，為我國智能產業的發展提供科技引領與支撐。

在分析國際腦科學與類腦智能發展態勢的基礎上，文章闡述了中科院在腦科學與類腦智能研究方面的部署，提出了進一步加強腦科學與智能技術融合的舉措與建議。

關鍵詞：腦科學；類腦智能；融合；中國科學院

《腦認知的神經基礎》

李澄宇，楊天明，顧勇，王立平，徐寧龍，崔翯，王佐仁

動物都需要認識和學習外界環境因素，並根據價值與風險做出抉擇與行動；社會動物還必須有社會認知、共情、社會交往等社會行為能力；而人類有發達的自我認知、邏輯推演、意識、語言等能力。動物認知能力的好壞，決定了動物在野外是否能夠成功覓食、躲避天敵、繁衍後代；而人類認知能力，則決定了個人的人生軌跡、自我價值實現乃至對社會的貢獻。

所有這些認知行為都需要由神經細胞的功能來決定，其神經基礎是腦科學的核心問題，也是人類認識自身的終極挑戰。經過多年的研究，神經科學已經揭示了認知行為神經基礎的一些基本原理：不同認知行為是由腦內不同的神經環路負責，需要各腦區內的局部神經環路與腦區間長程神經環路的協同工作；學習與記憶是許多認知功能的必要基礎，這是由神經細胞之間突觸聯結的強度與結構的可塑性介導；神經調質（例如多巴胺）可以在多個尺度上調節神經網路的活動與可塑性，從而調控認知行為。文章聚焦在感知覺、學習與記憶、抉擇、社會行為、意識和運動控制等方面，對認知功能的神經基礎進行了概述。

我們認為，未來神經科學需要結合介觀和微觀尺度的研究，對認知行為的神經基礎進行系統與深入的闡明。在介觀層面，科學家們需要描繪腦區之間細胞類型特異性的聯結圖譜；繪製認知功能的大腦功能圖譜；利用因果性手段、揭示認知功能的核心腦區；操控不同腦區及腦區間聯結的活動，進而觀察認知行為的改變和其他參與環路的活動變化，從而獲得腦整體動態規律。在微觀層面，需要闡明不同腦區有哪些特定類型的神經元；揭示不同類型神經元是如何參與特定認知功能的；解析不同類型的神經元是如何聯結以及這些聯結是如何在認知行為中發生動態改變的。

這些介觀與微觀研究將為理解宏觀認知行為的神經基礎提供重要線索，對於破解人類智能這一終極奧秘具有重要意義。同時，揭示認知行為的神經機制還是治療腦疾病的必要基礎，而且有助於推動腦啟發（Brain Inspired）的智能技術的發展。

關鍵詞：認知；神經基礎；感知覺；學習與記憶；抉擇；社會行為；意識；運動控制

《腦重大疾病的機理和診治》

熊志奇，徐林，周江寧

腦疾病是我國乃至全球人口健康領域正面臨的重大挑戰。儘快部署腦疾病研究的中長期戰略具有重大意義，將顯著提升我國在該領域的國際競爭力，促進相關學科的發展以及新技術和新治療途徑的開發，實現腦疾病的精準醫療。腦疾病的研究正在從分子細胞機理、介觀網路機制、生物標記物與分子分型、影像診斷和治療策略研發等多個層面推進，其中介觀網路研究是當前腦科學研究的新焦點，將填補分子細胞機理和宏觀疾病癥狀之間的鴻溝。

基於腦疾病的複雜性，非人靈長類動物可能是研究人類腦疾病的最優模型，我國在該領域具有明顯優勢；而腦疾病的早期診斷和早期干預是腦疾病治療的關鍵，我國有豐富的臨床資源庫，亟需建立國際規範化、全國統一化的採樣、處理、分析標準和共享的規則。此外，單細胞和單分子技術是微觀研究的新趨勢，也是精準醫療的關鍵技術，在解析複雜腦疾病機理方面具有重要的價值。

關鍵詞：單細胞技術；非人靈長類模型；介觀網路；腦疾病；神經調製技術

《非人靈長類模型》

胡新天，仇子龍，顧勇，龔能，孫強

全球有近10億腦疾病患者，每年約帶來經濟負擔1萬億美元。目前，絕大部分腦疾病尚無有效治療方法。因此，腦疾病機理研究和新葯開發十分迫切。由於進化上相近，非人靈長類的腦在結構、功能活動等多方面與人類高度相似。因此，相對於其他實驗動物，非人靈長類具有解決人類問題，特別是腦相關問題的獨特優勢。它們除了是研究人類正常腦高級功能的關鍵實驗動物外，還是最好的研究腦疾病機理和治療方法的模型動物。

中國不但有豐富的非人靈長類資源，而且在獼猴建模方面有很好的積累，尤其在轉基因疾病獼猴模型創建方面，目前處於世界領先的地位。文章分析了腦疾病領域的國家戰略需求，總結了國內外非人靈長類的應用情況，以及國內非人靈長類模型現狀。在此基礎上，對我國非人靈長類模型領域下一步發展的重點提出了建議。

關鍵詞：腦疾病；非人靈長類；動物模型

《腦科學研究新技術》

杜久林，畢國強，駱清銘，徐富強，方英，王琛

文章針對目前腦科學的發展需求，就亟需研發的幾個關鍵技術方向——「神經信號新型檢測技術」「新型顯微成像技術」「神經環路形態追蹤和功能操控技術」和「全腦尺度上神經環路重構技術」進行闡述。希望通過國家大型腦科學研究計劃的頂層設計，集全國之力量，推動我國腦科學核心技術的研發，為腦科學和交叉科學的發展作出貢獻，並打破高端科研儀器長期為歐美壟斷的局面。

關鍵詞：電極陣列；光學成像；跨突觸神經環路示蹤；光遺傳學；神經環路重構

徐波，劉成林，曾毅

近年來人工智慧研究的許多重要進展反映了一個趨勢：來自腦科學的啟發，即使是局部的借鑒都能夠有效地提升現有人工智慧模型與系統的智能水平。然而，想要真正逼近乃至超越人類水平的人工智慧，還需要對腦信息處理機制更為深入的研究和借鑒。類腦智能研究的目標就是通過借鑒腦神經結構及信息處理機制，實現機制類腦、行為類人的下一代人工智慧系統。

文章從受腦啟發的新一代人工神經網路、基於記憶、注意和推理的認知功能模型、基於生物脈衝神經網路的多腦區協同認知計算模型等角度，並結合研究團隊在類腦智能領域的研究進展，論述類腦智能的研究進展、發展方向和對未來發展的思考。

關鍵詞：類腦智能；人工神經網路；記憶；注意和推理；脈衝神經網路；多腦區協同；自主學習

《類腦計算晶元與類腦智能機器人發展現狀與思考》

陶建華，陳雲霽

類腦智能是以計算建模為手段，受腦神經和人類認知行為機制啟發，並通過軟硬體協同實現的機器智能。類腦器件以及類腦機器人分別作為類腦智能研究的重要內容，其在類腦研究領域受到國內外學者的廣泛關注。

文章首先分析了類腦器件與計算系統中的類腦晶元和類腦機器人的發展現狀和應用前景，重點探討了類腦晶元在模擬人腦神經元模型和認知計算方面，以及類腦機器人在感知控制和智能生長方面的研究內容。然後，文章介紹了在中科院先導專項支持下，我國在這一方面的初步研究進展以及未來發展方向。最後，針對現有研究中遇到的問題，文章對類腦計算晶元與類腦智能機器人的進一步研究提出了建議，並指出未來研究在仿人運動模型、類人神經運動控制、人機協同的智能機器人控制等方面有望取得重大突破。

關鍵詞：類腦計算晶元；類腦智能機器人；人機協同；智能生長

除了九篇重磅文章外，特刊還介紹了中科院下屬的腦科學重點實驗室：

中國科學院院刊官網地址：http://www.bulletin.cas.cn/ch/index.aspx

戳原文，一口氣下載九篇腦科學前沿研究！