鄭 穎 楊 明 歐陽崢崢 卿立燕 陳云偉 張志強 陶 誠 張月鴻

（1.中國科學院成都文獻情報中心，成都610041；2.中國科學院大學經(jīng)濟與管理學院圖書情報與檔案管理系，北京100190；3.中國科學院發(fā)展規(guī)劃局，北京100864）

1 引言

大腦至今仍是人類認知的黑洞，隨著人口老齡化時代的到來，阿爾茨海默病、帕金森病等神經(jīng)退行性病變已成為人類健康的重大威脅。理解大腦的結構與功能是21世紀最具挑戰(zhàn)性的前沿科學問題之一。理解認知、思維、意識和語言的神經(jīng)基礎，是人類認識自然與自身的終極挑戰(zhàn)［1］，也是計算機技術和人工智能突破瓶頸的重要途徑。

腦科學被發(fā)達國家視為科研領域“皇冠上的明珠”，蘊含著諸多重大科學問題。Science雜志在創(chuàng)刊125周年之際提出的未來25年內(nèi)25個最重大科學問題中，有5個屬于腦科學研究領域。類腦智能是受腦科學啟發(fā)的機器智能，在2018年MIT評選的“十大突破性技術”中，對抗性神經(jīng)網(wǎng)絡位列其中。美國國防情報局（DIA）委托美國科學院撰寫的《新興認知神經(jīng)科學及相關技術》［2］報告中指出，未來20年，與腦科學相關的進步將可能對人類健康、認知、國家安全等多個領域產(chǎn)生深遠影響。

近年來，為了在腦科學這一前沿領域搶占研究領先地位，美國、歐洲、日本、加拿大等科技發(fā)達國家和地區(qū)相繼實施政府主導的腦科學計劃，極大地推動了該領域的發(fā)展。2005年，瑞士科學家啟動藍腦計劃［3］；2013年4月美國宣布啟動“腦計劃”路線圖［4］；同年，歐盟委員會宣布將“人腦工程”列入“未來新興技術旗艦計劃”［5］。我國在2016年公布的“十三五”規(guī)劃綱要中把“腦科學與類腦研究”確定為科技創(chuàng)新2030重大項目。同時，中國科學院也將“腦科學與類腦智能研究”列為“十三五”發(fā)展規(guī)劃60項重大突破之一，其任務和目標是開展“腦認知功能的基礎研究、腦疾病機理研究和早期診斷手段研發(fā)、腦研究新技術的研發(fā)、類腦模型與智能器件”等方面的研究工作。

隨著各國腦科學戰(zhàn)略計劃的實施，近年來已產(chǎn)生了眾多突破性成果。例如，美國艾倫腦科學研究所創(chuàng)建細胞類型數(shù)據(jù)庫，為實現(xiàn)“統(tǒng)計大腦細胞類型”打下堅實基礎；美國圣路易斯華盛頓大學繪制出迄今最全面、最精確的人類大腦圖譜；美國布蘭迪斯大學、加州大學、斯坦福大學聯(lián)合開展“大腦神經(jīng)發(fā)育、改變、重塑”研究，為人們理解“大腦神經(jīng)發(fā)育、改變、重塑”機制提供了獨到的研究和見解，該研究成果獲2016年度卡弗里（Kavli）獎；英國DeepMind公司通過兩個大腦“策略網(wǎng)絡”和“價值網(wǎng)絡”設計的阿爾法狗（Alpha-Go）兩度戰(zhàn)勝世界圍棋冠軍柯潔；2018年11月，首張展示小鼠大腦每個細胞的數(shù)字3D圖譜由瑞士洛桑聯(lián)邦理工學院（EPFL）的“藍腦計劃”發(fā)布。

與此同時，腦科學及類腦科學的商業(yè)應用研發(fā)正在世界范圍如火如荼地展開。2016年，美國國防部高級研究計劃局（DARPA）投資6500萬美元開展“神經(jīng)工程系統(tǒng)設計”（NESD）項目，旨在研發(fā)一種能在大腦與數(shù)字世界之間實現(xiàn)精準通信的植入式系統(tǒng)；同時，Neuralink公司也正在開發(fā)一種可植入式設備，把大腦與云連接起來以增強大腦的功能；Facebook高級技術中心已啟動了“意識驅(qū)動打字”項目。

在此背景下，本文在重點分析腦科學領域國際研發(fā)競爭態(tài)勢的基礎上，選擇中國有代表性的科研單元——中科院腦科學與智能技術卓越創(chuàng)新中心（以下簡稱中科院腦智卓越中心）與國際上重要的研究機構開展比較分析，揭示我國在該領域的研發(fā)態(tài)勢與競爭水平。

2 數(shù)據(jù)與方法

本文利用文獻計量方法，通過TDA、Excel等工具對從Web of Science核心合集數(shù)據(jù)庫（SCI-E）檢索到的數(shù)據(jù)集進行分析，揭示腦科學領域研究態(tài)勢、重要科研單元的研究進展與合作狀況等。

研發(fā)態(tài)勢的數(shù)據(jù)首先通過研究方向檢索與腦科學相關的行為科學、臨床神經(jīng)學、人工智能、神經(jīng)科學、神經(jīng)影像，以及與心理學和精神病學密切相關的應用心理學、生物心理學、臨床心理學、實驗心理學、數(shù)學心理、精神心理學、分析精神病學、社會心理學、多學科交叉等多個學科分類的論文，然后人工篩選刪除研究方向差異較大的期刊和論文。并增補了多個交叉性或綜合性期刊及其子刊中的相關論文，最終獲取的論文總數(shù)為3,046,707篇。

研究單元比較時所用的機構數(shù)據(jù)主要以機構名稱為檢索策略獲取。其中，中科院腦智卓越中心為虛擬研究平臺，成員發(fā)文多以其所在實體機構為作者單位，因此除利用中科院惱智卓越中心這一機構名稱檢索外，還通過人名及其所在實體機構名稱的方式對其研究成果進行檢索。檢索對象包括中心核心骨干（25人）、骨干人才（35人）、年輕骨干成員（58人）。檢索結果為：2014—2018年間，中科院腦智卓越中心的SCI發(fā)文量2523篇；英國倫敦大學腦科學學院（Faculty of Brain Sciences，University College London，以下簡稱 UCL腦科學學院）10,218篇；瑞士洛桑聯(lián)邦理工學院大腦與心智研究所（Brain Mind Institute，?cole Polytechnique Fédérale de Lausanne，以下簡稱瑞士洛桑理工大腦與心智所）606篇。

檢索時間均為2018年11月。

3 國際腦科學研發(fā)態(tài)勢

腦科學研究的SCI論文產(chǎn)出在近50年時間持續(xù)增長（圖1）。進入21世紀，隨著各國腦科學重大研發(fā)計劃的啟動，腦科學研究進入高速發(fā)展階段，SCI發(fā)文量呈現(xiàn)爆發(fā)式增長。腦科學領域的突破與發(fā)展也越來越受到各界期待。2014年5月，美國國立健康研究院（NIH）發(fā)布的《2025年腦科學：一個科學愿景》報告［6］曾預言，至2025年美國腦計劃將取得一系列重大科研進展，包括開發(fā)出靶向人類細胞類型神經(jīng)和精神疾病治療新方法；發(fā)現(xiàn)健康與紊亂大腦之間的回路級解剖差異；基于患者自身回路和神經(jīng)活動模式知識的神經(jīng)和精神治療等。2016年7月，美國信息技術與創(chuàng)新基金會（ITIF）發(fā)布的《萬億美元產(chǎn)業(yè)機遇：腦科學研究如何促進健康與繁榮》［7］報告認為，腦科學未來將在減少神經(jīng)退行性病變帶來的巨大損失的同時創(chuàng)造不可估量的市場價值。

圖1 近50年腦科學領域SCI發(fā)文量變化趨勢Fig.1 Trend of paper publication in brain science in recent50 years

以近50年時間統(tǒng)計，我國在腦科學領域的SCI論文總量位居全球第八位（圖2），2015年躍居第三位，2016年后超越英國位列第二位（圖3）。雖然我國腦科學研究雖起步較晚基礎較為薄弱，但也占據(jù)了靈長類動物資源和腦疾病樣本資源豐富等先天的優(yōu)勢，在近些年取得了許多重大的科研成果，如我國在猴類轉基因動物和非人靈長類腦疾病模型等研究方面已經(jīng)走在了世界前列［8］。

圖2 近50年腦科學領域SCI論文數(shù)量TOP10國家Fig.2 Top 10 countries of SCI paper publication in brain science in recent50 years

圖3 SCI論文數(shù)TOP10國家的論文數(shù)量變化趨勢（2012—2018）Fig.3 Trend of paper publication of top 10 coun-tries in brain science（2012-2018）

4 國際領先研究單元比較分析

本文從世界知名科研機構中選擇兩個研究實力與影響力較強的研究單元：UCL腦科學學院和瑞士洛桑理工大腦與心智所，與中科院腦智卓越中心進行對標分析（表1）。

4.1 論文產(chǎn)出比較

UCL腦科學學院體量大，發(fā)表論文最多，超過其他兩個研究單元總和。中科院腦智卓越中心發(fā)文量居中，且呈逐年上升態(tài)勢。而UCL腦科學學院與洛桑理工大腦與心智所近兩年發(fā)文量有所下降（圖4）。就篇均被引頻次而言，三個研究單元差別不大，洛桑理工大腦與心智所的略高，中科院腦智卓越中心位居第二（圖5）。

圖4 三個研究單元SCI發(fā)文年度趨勢Fig.4 Trend of SCI paper publication of three re-search units

表1 三個研究單元概況對比Tab.1 Comparison of three research units

圖5 三個研究單元SCI發(fā)文數(shù)量及篇均被引情況Fig.5 SCI paper publication and citations per paper of three research units

圖6顯示了三個研究單元SCI論文被引頻次分布情況。三個研究單元中，UCL腦科學學院的零被引論文占比最高（31.9%），中科院腦智卓越中心次之（23.8%），洛桑理工大腦與心智所最低（16.4%）。三個研究單元SCI論文被引頻次情況均呈金字塔形，在1～50次這一范圍內(nèi)分布情況較為相似，大部分論文被引頻次均在20次以內(nèi)。在60～100次這一范圍內(nèi)，中科院腦智卓越中心文章占比（被引頻次60～100次的論文數(shù)量/被引頻次大于10的論文總量）低于其他兩個單元，但在被引頻次大于100的論文中，中科院腦智卓越中心的文章占比優(yōu)勢初顯。

圖6 三個研究單元SCI論文被引頻次分布情況Fig.6 Distribution of SCIpaper Citations of three research units

4.2 發(fā)文期刊比較

將三個研究單元論文的刊載期刊按照影響因子排序，遴選出各個研究單元TOP10高影響因子期刊發(fā)現(xiàn)，洛桑理工大腦與心智所TOP10高影響因子期刊論文占其總發(fā)文比例最多（40%），中科院腦智卓越中心與UCL腦科學學院占比相同（14.3%），將三個研究單元TOP10高影響因子期刊合并去重，共計19個期刊。UCL腦科學學院論文較多集中在 Lancet、Nature、Nature Reviews Neu-roscience等期刊，中科院腦智卓越中心與洛桑理工大腦與心智所相似，主要集中在 Nature、Sci-ence、Cell等期刊（圖 7）。

4.3 團隊內(nèi)部合作模式比較

以三個研究單元發(fā)文量TOP30的研究人員為代表，分析各研究單元內(nèi)部的主要合作模式及優(yōu)勢領域發(fā)現(xiàn)，其優(yōu)勢領域各異，合作模式也各有特點。1）中科院腦智卓越中心呈現(xiàn)出明顯的集團軍作戰(zhàn)模式，形成了內(nèi)部合作非常緊密的網(wǎng)絡。這些網(wǎng)絡包括高等認知神經(jīng)環(huán)路、智能感知與計算、生物特征識別、人機交互、腦網(wǎng)絡圖譜、動物模型及認知神經(jīng)機制、腦疾病及神經(jīng)機制等領域（圖8）；2）UCL腦科學學院呈現(xiàn)多核心、多網(wǎng)絡的合作模式。各網(wǎng)絡內(nèi)部與網(wǎng)絡之間存在緊密而廣泛的合作，其研究領域比較相似，呈現(xiàn)整體強強聯(lián)合攻關的合作態(tài)勢（圖9）；3）洛桑理工大腦與心智所呈現(xiàn)出多領域相對獨立的團隊合作模式。根據(jù)研究領域，研究者主要形成了三個內(nèi)部合作密切，彼此相對獨立的合作網(wǎng)絡 （圖10）。

對比來看，UCL腦科學學院呈現(xiàn)多核心多網(wǎng)絡的研究模式，學科交叉融合顯著；洛桑理工大腦與心智所不同領域的團隊既相對獨立，也開展合作；中科院腦智卓越中心不同領域的團隊間合作非常緊密。據(jù)了解，蒲慕明院士和譚鐵牛院士一直在極力推進腦科學與智能技術的交叉融合，采用“雙導師制”、“蹲點制”，已經(jīng)取得了顯著成效。

圖7 三個研究單元在各自影響因子TOP10期刊上的發(fā)文情況Fig.7 Paper publication of three research units on their top 10 journals（by IF）

圖8 中科院腦智卓越中心發(fā)文量TOP30作者合作網(wǎng)絡圖Fig.8 Cooperation network of top 30 authors in CAS Center for Excellence in Brain Science and Intelli-gence Technology

圖9 UCL腦科學學院發(fā)文量TOP30作者合作網(wǎng)絡圖Fig.9 Cooperation network of top 30 authors in Faculty of Brain Sciences，University College London

圖10 洛桑理工大腦與心智所29位作者的合作網(wǎng)絡圖Fig.10 Cooperation network of29 authors in Brain Mind Institute，?cole Polytechnique Fédérale de Lau-sanne

5 討論與建議

基于前文的比較分析，結合專家咨詢意見，提出針對我國腦科學研究的發(fā)展的一些建議。

5.1 盡早啟動“腦科學與類腦研究”重大科技項目

中科院腦智卓越中心自成立以來發(fā)展迅速，在保持論文產(chǎn)出數(shù)量高速增長的同時，論文的學術影響力也在穩(wěn)步提升，逐漸與國際一流機構接近，這為我國開展大科學計劃奠定了良好的基礎。在美國、歐盟、日本均已啟動腦計劃的國際背景下，“中國腦計劃”宜盡快實質(zhì)性啟動，并抓緊布局中長期發(fā)展規(guī)劃。

楊雄里院士指出，中國腦計劃的實施需要強有力的領導專家組進行頂層設計，應堅持“有所為和有所不為”的原則［9］。因此，建議我國在已取得一定研究基礎和成果的腦認知神經(jīng)環(huán)路基礎、腦疾病機理與診斷干預、類腦芯片與器件等重點領域強化布局，爭取早日實現(xiàn)該領域的重大突破，走向國際前列。同時，盡早發(fā)起以我國為主導的“全腦介觀神經(jīng)聯(lián)接圖譜”等國際大科學計劃，為解決世界性重大科學難題提出中國方案、發(fā)出中國聲音。

5.2 建立長效機制、提供穩(wěn)定支持

我國已經(jīng)在國家科技計劃中向腦科學提供了強有力的支持。例如，國家重點基礎研究發(fā)展計劃（973計劃）先后啟動了“腦結構與功能的可塑性研究”等44項與腦科學相關的課題，總投入近12個億，國家自然科學基金委也啟動了“視聽沉信息的認知信計算”等178項重大、重點課題，總投入近3.3億。這些研究投入大大地促進了我國腦科學水平的快速提升，使我國腦科學研究在某些方向已進入國際先進行列，但整體研究起步較晚且基礎研究相對薄弱［10］。

研究創(chuàng)新行為如果缺乏有力的驅(qū)動和支撐，則很容易落入急功近利或急于求成的困境，所以需要持之以恒的經(jīng)費支持和政策扶持。建議我國完善對腦科學基礎研究的長期穩(wěn)定支持機制，增強科研經(jīng)費的支持力度；引入先進儀器設備和技術，打造資源開放的共享平臺。

5.3 自主創(chuàng)新與國際合作相結合

我們既要發(fā)揮自身的能動性努力實現(xiàn)自主創(chuàng)新，同時也要注重國際合作交流，通過在全腦介觀神經(jīng)聯(lián)接圖譜繪制等領域做出重要貢獻，在國際科技布局中搶占更多話語權。2017年底，歐盟、日本、韓國、美國和澳大利亞5個國家/地區(qū)簽署了《發(fā)起國際大腦計劃（IBI）的意向聲明》，倡議成立國際大腦聯(lián)盟，在數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)標準化以及倫理和隱私保護等領域開展廣泛合作［11］。2018年5月，在香山科學會議第S40次學術討論會上我國科學家倡議啟動“全腦介觀神經(jīng)聯(lián)接圖譜”國際合作計劃，提出于2020年完成十萬級神經(jīng)元的斑馬魚大腦介觀圖譜，2025年完成小鼠全腦介觀圖譜，2030年完成獼猴全腦介觀圖譜等目標。

在開展腦科學領域的國際合作時，應該特別注意保護涉及國民的基礎生物信息數(shù)據(jù)，應在保證國家安全的前提下進行合作。遵循《人類遺傳資源管理暫行辦法》等相關法規(guī)的要求，審批和實施國際合作項目。同時，還要在國家安全戰(zhàn)略指導下合理運用生物大數(shù)據(jù)，完善相關監(jiān)管機制建設。

5.4 注重跨學科深度交叉研究

新興研究領域多具有高度分化又高度綜合的特征，許多問題單靠一門學科不能解決，需要依靠多學科互相滲透、協(xié)同攻關。提升面向?qū)W術、政府及產(chǎn)業(yè)的多領域跨學科專業(yè)背景人才的儲備；持續(xù)提供長期、高質(zhì)量的專門領域及跨領域的高層次人才培訓項目，加大對跨學科研究團隊的支撐力度［12］。

目前，中國科學院以中科院腦智卓越中心為核心，以多院所和團隊協(xié)同的方式來開展研究行動，實施的“蹲點制”和“雙導師制”已對促進基礎研究與應用研究融合起到了較好的催化作用。應進一步學習國外先進模式，組建神經(jīng)科學、心理學、醫(yī)學、工程學、計算機學多學科和跨機構團隊，促進機構與人員的密切交流協(xié)作。

5.5 培養(yǎng)引進國際頂尖人才

人才是創(chuàng)新活動中最重要的資源，培養(yǎng)和吸引更多高水平的科研創(chuàng)新人才是我國未來贏得腦科學競爭的關鍵因素。目前，我國的腦科學及相關領域的人才數(shù)量與質(zhì)量相較于國際先進水平仍有不足，人才體系設置仍有缺失。因此，應以完善人才體系為抓手，圍繞“千人計劃”、“萬人計劃”吸引更多高層次人才，支持更多的中青年科學家投身我國的腦科學科研事業(yè)之中。同時，在尊重腦科學研究規(guī)律的基礎上，形成完備的科研資助模式，在科研人才發(fā)展各階段給予全鏈條支持［13］。

以中科院腦智卓越中心為例，雖然組建時間相對較短，但其具備良好的國際合作網(wǎng)絡，具有培養(yǎng)本土優(yōu)秀人才、吸引并引進國際頂尖人才和領軍人才的條件和優(yōu)勢，需要我國相關部門制定適合此類機構發(fā)展需求的人才管理與資助制度和機制，確保優(yōu)秀人才的供給和成長。