脑科学现在研究什么

文/王雷（华东师范大学）

对于神秘的大脑，自古以来就有各种各样思辨式的哲学探讨，现在我们有更先进的仪器，更科学的方法来窥探它。从微观细胞到宏观的脑结构，从个体感觉知觉到情绪输出，从社交感知到社会认知，从AI到脑机接口等等，脑科学领域真是百花齐放，百家争鸣。

欧美和日本早在20世纪90年代就提出了著名的“脑的十年”计划，我国20世纪80年代成立中国科学院上海脑研究所，“脑科学与类脑研究”在“十三五”规划纲要中被确定为体现国家战略意图的重大科技创新项目和工程之一。

脑科学现在都在研究什么呢？

方向一：认知功能的细胞基础

大脑由神经元和胶质细胞组成。对神经元的研究目前集中在神经元的分类上，高通量RNA测序技术被广泛应用于神经元分类研究，对神经元的精准分类将会有助于人们深入理解神经元在认知网络中发挥的作用。胶质细胞其实更为重要，它参与了多种记忆过程。许多精神疾病，例如自闭症、精神分裂等都与它有关。对胶质细胞的研究目前多用鼠来完成，集中在星形胶质细胞、小胶质细胞和少突胶质细胞上。另一方面，技术的进步不仅使得我们可以记录到单细胞神经元的活动以了解其功能，还可以做到同时记录数以百计的同一脑区或者不同脑区的一群神经元在同一任务态下的活动情况，从而帮助我们了解组织起来的神经网络是如何参与人们的各种心理与认知活动的。

方向二：个体基本认知功能的神经机制

基础认知功能包括视觉、听觉、触觉、味觉等，也包括意识与注意。这些都是我们个体感知世界的基本认知功能，任何一项高级活动（指需要大脑皮层参与的，协调各感官共同参与的活动，譬如：语言、思维和实践活动）都离不开这些基础认知的初级加工。缺失基础认知功能，高级活动无法完成时，就会产生神经疾病。因此，对基础功能的研究越透彻，就越能高效、精准地解决神经疾病问题。

眼睛是我们看世界的窗口，视觉信息如何被捕获？又如何被识别？动态信息如何被撷取和处理？这些研究的成果对医学、教育等领域均有至关重要的作用。过去的经典理论认为，视觉通路有两条：参与空间位置直觉的背部通路（Where），它开始于纹状皮层，结束于后顶叶；参与形状知觉的腹侧通路（What），开始于纹状皮层，结束于下颞叶。近些年来，科学家们又发现了处理本能视觉刺激下的恐怖信息的神经通路：视网膜—中脑上丘—丘脑枕结节—杏仁核。

目前，脑科学领域比较有意思的视觉研究包含知觉学习、危险躲避、视觉记忆等。当视觉信息传递过来时，大脑便分配认知资源，这个时候就有注意了，但注意并不意味着我们能意识到这个信息，产生意识还需要我们对外部信息和自身状态产生主观知觉。

对注意研究比较突出的是北京大学的研究团队，他们发现，对知觉加工极早期阶段的注意分配引导，可在视觉皮层阶段进行。

针对意识的研究，双眼竞争范式是经典又有趣的实验模式。双眼竞争是一种知觉在双眼的刺激之间发生竞争的现象，指当双眼呈现不同的视觉刺激材料时，双眼并不能形成单一、稳定和一致的视觉图像，而是一只眼通常支配几百毫秒到几秒的注意（此时另一只眼仿佛不存在），随后被另一只眼睛取代。

方向三：高级认知功能的神经机制

记忆、需要、情绪、动机、决策、社交等，是我们日常生活中常见的高级认知功能，它由多种感觉、思想和行为综合产生。常见的抑郁症、焦虑症、创伤后应激障碍（PTSD）等，多是高级认知功能障碍。

在这些高级认知功能中，有很多很有趣的现象，比如：记忆回放具有空间压缩性，可以1分钟回放过去一年的场景。新近发表的研究结果表明，猕猴也存在记忆压缩和回放的能力，但和人类灵活的、高度发展的记忆不同，猕猴使用的是机械的策略，从头开始一帧一帧地回放观看过的事件。再比如，小鼠可以通过训练自由地驾驶小车够取食物；滥用毒品会导致神经递质——五羟色胺（抑制性神经递质）及多巴胺（兴奋性神经递质）传输的紊乱，从而影响瘾君子们对奖赏和惩罚的感知等。

慢性疼痛是医学界亟待解决的难题之一，也是众实验室研究的一个热点。疼痛也是一种强烈的情绪，在痛感觉与痛情绪之间存在强烈的交叉。最新研究显示，前额叶皮层（PFC）神经元兴奋性改变（神经元改变其兴奋或者抑制状态）调控着疼痛的微观和环路机制，此方面研究对解答痛感觉和痛情绪的交叉影响起着关键的作用。

失恋时感到“心疼”，疫情中看到冲在一线的医护人员会深受感动等都属于社会痛的范畴，社会痛和生理痛存在着相似的神经结构。有趣的是，我们接受的职业训练会影响人们对社会痛的感受力，比如，研究发现，多年的临床工作就会显著降低医生的共情能力。

现代生活中，人们对精神疾病的关注越来越多。习得性无助被认为是抑郁症研究中的经典范式，习得性无助被认为是造成抑郁症患者绝望感的关键因素之一。脑科学家发现，在情绪表达方面，果蝇大脑和人类大脑存在相似性。目前多数抑郁症研究用果蝇完成。

由于大脑功能区萎缩导致的阿兹海默症也是脑科学界热门的研究主题，目前的研究多集中于此疾病的快速判断方式，以及以动物为介质研究发病机制，研制改善认知功能的药物。

高级认知功能驱动着社会认知，例如情绪调控、态度改变、刻板印象、决策、道德、自我意识等，社会认知的神经机制研究是很有意思的方向，人格与社会背景、行为与经验、认知信息加工及神经机制基本可以概括社会认知神经科学的全貌。通常情况下，科学家会从社会、认知和脑神经层面的交互作用去理解心理现象。其中，在社会层面上，关注影响个体行为与经验的动机与社会因素；在认知层面上，关注导致社会现象的个体信息加工机制；在脑神经方面，关注揭示认知和社会关系的神经机制。未来认知神经科学可能会从社会行为和社会认知的生物学基础方面进行深入而广泛的研究，未来的研究成果可能会应用于学校和医院的情绪干预、社会异常行为干预等。

最后说说技术，无论是细胞基础研究，还是个体与社会认知神经基础研究，都离不开技术发展的支持。如今，脑图谱技术、超微影像技术、光遗传技术、高通量光学成像等先进技术已被广泛应用于微观和介质层面；脑刺激和脑成像技术、动物模型（包括灵长类动物）等技术已被广泛应用于神经科学的宏观层面。

脑科学未来可期！