侯磊

神經(jīng)生物學(xué)，是由神經(jīng)解剖學(xué)、神經(jīng)生理學(xué)、生化藥理學(xué)、實(shí)驗(yàn)心理學(xué)組成。按照美國神經(jīng)科學(xué)會(huì)所下的定義，神經(jīng)科學(xué)的研究目的在于了解神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)分子水平、細(xì)胞水平及細(xì)胞之間的變化過程，以及這些過程在中樞功能控制系統(tǒng)內(nèi)的綜合作用，神經(jīng)系統(tǒng)疾病的形成機(jī)制。這一定義強(qiáng)調(diào)了神經(jīng)科學(xué)多學(xué)科、多水平的綜合研究的特點(diǎn)。

神經(jīng)科學(xué)以1960年IBRO宣布成立為標(biāo)志，在神經(jīng)解剖學(xué)、生理學(xué)、生化藥理學(xué)和實(shí)驗(yàn)心理學(xué)的基礎(chǔ)上，引入其他學(xué)科的理論、方法和技術(shù)而發(fā)展形成的一門統(tǒng)一的綜合性學(xué)科。神經(jīng)科學(xué)就是對神經(jīng)系統(tǒng)、特別是腦進(jìn)行多學(xué)科、多層次、多方位的綜合研究，以最終解釋腦的奧秘。

一、神經(jīng)科學(xué)的發(fā)展過程

弄清神經(jīng)科學(xué)的發(fā)展脈絡(luò)具有十分重要的意義，因?yàn)檫@門學(xué)科涉及到神智的物質(zhì)基礎(chǔ)——腦，而腦是一個(gè)高度復(fù)雜性的系統(tǒng)。人類對神智與腦關(guān)系的認(rèn)識(shí)歷程充滿曲折，對腦的研究更是在艱難摸索當(dāng)中前進(jìn)的。先輩的突破性工作以及其他學(xué)科的相關(guān)進(jìn)展對神經(jīng)科學(xué)的創(chuàng)立與發(fā)展起到了至關(guān)重要的作用。立足于這個(gè)基礎(chǔ)，神經(jīng)科學(xué)又將神智與腦關(guān)系的探索進(jìn)一步引向深入。

今天的神經(jīng)科學(xué)有幾個(gè)主要的理論基礎(chǔ)，包括動(dòng)物電的發(fā)現(xiàn)、神經(jīng)元學(xué)說、神經(jīng)系統(tǒng)整合作用理論、腦功能定位觀點(diǎn)，還有細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)基礎(chǔ)。其中前4項(xiàng)是1950—1960年代以前的積累，細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)基礎(chǔ)是在更近年代發(fā)展起來的。

伽伐尼關(guān)于動(dòng)物電的發(fā)現(xiàn)使人們從此認(rèn)識(shí)到，神經(jīng)活動(dòng)（包括腦活動(dòng)）的實(shí)質(zhì)是獨(dú)特的生物電活動(dòng)，即神經(jīng)傳導(dǎo)。17世紀(jì)中葉已經(jīng)有了顯微鏡，以后逐步改進(jìn)，腦的解剖開始向神經(jīng)組織學(xué)深入，神經(jīng)細(xì)胞和神經(jīng)纖維的構(gòu)造也漸漸明了。1839年施萊登和施萬提出細(xì)胞理論，1858年菲爾紹建立細(xì)胞病理學(xué)。但是，圍繞著腦和神經(jīng)的活動(dòng)是否以神經(jīng)細(xì)胞的活動(dòng)為基礎(chǔ)，發(fā)生了激烈的爭論。在19、20世紀(jì)之交，有相當(dāng)多的神經(jīng)組織學(xué)家包括意大利人高爾基認(rèn)為，多個(gè)神經(jīng)細(xì)胞的分支是互相連續(xù)的，它們形成網(wǎng)絡(luò)，細(xì)胞理論并不適用于神經(jīng)細(xì)胞。這就是“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”學(xué)說。也有相當(dāng)多的神經(jīng)組織學(xué)家包括西班牙人拉蒙-卡哈爾認(rèn)為，細(xì)胞理論同樣適用于神經(jīng)細(xì)胞，這就是“神經(jīng)元”學(xué)說。到1930年左右，神經(jīng)元學(xué)說被廣泛接受。

知道了動(dòng)物電現(xiàn)象，關(guān)于中樞傳導(dǎo)功能的觀念就容易被人們接受了。不過中樞傳導(dǎo)功能與神經(jīng)干的傳導(dǎo)功能是有區(qū)別的，神經(jīng)干可以雙向傳導(dǎo)，中樞卻不行。謝靈頓于1897年大膽提出，脊髓內(nèi)的感覺神經(jīng)傳入與運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元之間存在著“突觸”，它起活門的作用，僅允許興奮按一個(gè)方向傳播。在1950年代開始把電子顯微鏡應(yīng)用于神經(jīng)解剖研究的時(shí)候，這一點(diǎn)終于得到了實(shí)驗(yàn)證實(shí)。中樞神經(jīng)系統(tǒng)（腦和脊髓）活動(dòng)的特點(diǎn)是，在接受了諸多傳入之后，要把它們整合起來，成為一個(gè)有意義的輸出。這就是中樞整合作用，抑制在此起關(guān)鍵作用。

神經(jīng)元學(xué)說、神經(jīng)系統(tǒng)整合作用理論和突觸概念，奠定了現(xiàn)代神經(jīng)科學(xué)的主要基礎(chǔ)?；谕挥|假設(shè)，神經(jīng)活動(dòng)實(shí)際上應(yīng)包括神經(jīng)的傳導(dǎo)和突觸的傳遞這樣兩個(gè)不同的過程。人們對腦功能的理解因而推進(jìn)到了機(jī)制性的層次。

二、神經(jīng)科學(xué)相關(guān)性科學(xué)研究的發(fā)展現(xiàn)狀

新技術(shù)在神經(jīng)科學(xué)研究中的應(yīng)用使得其發(fā)展更加迅猛與深入。主要研究技術(shù)有研究分子層面的分子生物學(xué)、研究細(xì)胞層面的細(xì)胞培養(yǎng)、研究組織層面的電生理、研究器官層面的fMRI和腦電圖、研究整體層面的行為學(xué)觀察。

同時(shí)新的技術(shù)方法的產(chǎn)生加速推進(jìn)的神經(jīng)科學(xué)更快速更深入的發(fā)展。分子生物學(xué)技術(shù)的應(yīng)用，使研究向微觀方向發(fā)展。電生理技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步發(fā)明了胞外記錄、單纖維記錄、膜片鉗技術(shù)、腦片膜片鉗技術(shù)等。顯微鏡技術(shù)的發(fā)展，光學(xué)顯微鏡、電子顯微鏡、原子力顯微鏡等相繼問世。其中原子力顯微鏡根據(jù)掃描隧道顯微鏡的原理設(shè)計(jì)的高速拍攝三維圖像的顯微鏡。可觀察大分子在體內(nèi)的活動(dòng)變化。還有無創(chuàng)技術(shù)的應(yīng)用：事件相關(guān)電位分析、腦功能成像等以及計(jì)算機(jī)技術(shù)與軟件技術(shù)，這些都是應(yīng)用于神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的新的技術(shù)方法。

近年來神經(jīng)科學(xué)取得的成就有哪些呢？（1）研究發(fā)現(xiàn)了腦的功能有多種因素決定，包括遺傳與環(huán)境、營養(yǎng)因素等。（2）腦成像技術(shù)解釋了腦的高級(jí)神經(jīng)活動(dòng)的腦內(nèi)通路和定位。（3）發(fā)現(xiàn)了許多誘導(dǎo)神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育的分子和可形成神經(jīng)元的神經(jīng)干細(xì)胞。（4）發(fā)現(xiàn)神經(jīng)系統(tǒng)具有高度的可塑性，基因組的決定因素受個(gè)人經(jīng)歷的巨大影響。（5）已經(jīng)識(shí)別出幾種退行性疾?。涸缋闲园V呆、帕金森病、ALS、Hungtington病等的致病基因。（6）神經(jīng)元受損后出現(xiàn)凋亡與死亡的機(jī)制取得進(jìn)展，谷氨酸的毒性得到確認(rèn)。（7）傳統(tǒng)心理學(xué)在腦成像技術(shù)的幫助下取得進(jìn)展。（8）藥物成癮機(jī)制研究取得進(jìn)展。（9）早老性癡呆研究取得進(jìn)展。（10）應(yīng)激與神經(jīng)心理取得進(jìn)展。

三、對于神經(jīng)科學(xué)今后的展望

近20多年來，神經(jīng)科學(xué)得到了爆炸性的發(fā)展，世界各國都非常重視。英、美、日等發(fā)達(dá)國家都已經(jīng)把神經(jīng)科學(xué)的研究列為國家的重點(diǎn)研究內(nèi)容和優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域，美國國立健康研究院1997年投入直接與神經(jīng)科學(xué)有關(guān)的經(jīng)費(fèi)為18億美元，是人類基因組計(jì)劃的10倍多;而美國國家自然科學(xué)基金總共22億美元的年總經(jīng)費(fèi)中，用于神經(jīng)科學(xué)的經(jīng)費(fèi)相當(dāng)于在數(shù)學(xué)、物理和化學(xué)的研究經(jīng)費(fèi)的總和;日本“腦科學(xué)時(shí)代”計(jì)劃年投入1000億日元，總投入兩萬億日元，為其“超級(jí)鋼材計(jì)劃”的10倍。

分析神經(jīng)科學(xué)的迅猛發(fā)展歷程，可以總結(jié)出當(dāng)前神經(jīng)科學(xué)發(fā)展有以下幾種趨勢：（1）細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)技術(shù)的應(yīng)用，把研究深入到細(xì)胞和分子水平，以解決一些基本和重大的神經(jīng)科學(xué)問題。（2）多層次、多學(xué)科研究神經(jīng)系統(tǒng)的基本活動(dòng)，如運(yùn)動(dòng)、感知、記憶、思維、情感等。（3）新技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用在研究中起重要作用，膜片鉗、免疫組化，原位雜交和熒光成像等的應(yīng)用大大地推動(dòng)了神經(jīng)科學(xué)的發(fā)展。（4）相關(guān)的邊緣學(xué)科不斷涌現(xiàn)，如神經(jīng)免疫學(xué)、計(jì)算神經(jīng)科學(xué)等。順應(yīng)科學(xué)發(fā)展趨勢和要求，迅速把神經(jīng)科學(xué)推向世界最前沿已經(jīng)刻不容緩。（5）人類基因組計(jì)劃已經(jīng)與2003年完成，測定基因的物理序列的“基因組時(shí)代”已經(jīng)過去，隨之而來的現(xiàn)在是“后基因組時(shí)代”和“功能基因組時(shí)代”當(dāng)然神經(jīng)科學(xué)的研究也不例外。突觸傳遞是信息傳遞最主要和最基本的形式之一，涉獵到非常復(fù)雜的蛋白質(zhì)之間的相互作用，神經(jīng)遞質(zhì)的釋放如何靜息地調(diào)控、各控制分子之間的相互作用如何、他們自身的基因轉(zhuǎn)錄和表達(dá)又如何受到細(xì)胞的整體調(diào)節(jié)等一系列問題也成為神經(jīng)科學(xué)研究的一個(gè)新的焦點(diǎn)。