領(lǐng)域介紹：神經(jīng)生物學(xué)

摘要：
神經(jīng)生物學(xué)，21世紀(jì)的明星學(xué)科。神經(jīng)生物學(xué)是生物學(xué)中研究神經(jīng)系統(tǒng)的解剖，生理，病理方面內(nèi)容的一個分支。從上個世紀(jì)90年代以來，世界科研強(qiáng)國加快了對神經(jīng)生物學(xué)研究的投入。美國于1990年推出了“腦的十年計 ......

神經(jīng)生物學(xué)，21世紀(jì)的明星學(xué)科。神經(jīng)生物學(xué)是生物學(xué)中研究神經(jīng)系統(tǒng)的解剖，生理，病理方面內(nèi)容的一個分支。從上個世紀(jì)90年代以來，世界科研強(qiáng)國加快了對神經(jīng)生物學(xué)研究的投入。美國于1990年推出了“腦的十年計劃”，接著歐洲于1991年開始實施“EC腦十年計劃”，然后日本于1996年也正式推出了名為"腦科學(xué)時代計劃"的跨世紀(jì)大型研究計劃，計劃在未來20年內(nèi)投入相當(dāng)?shù)难芯拷?jīng)費。這些研究工作雖然至今為止并沒有在神經(jīng)生物學(xué)領(lǐng)域取得重大進(jìn)展，沒有解開智力形成之迷，沒有解開毒品上癮之迷，沒有解開老年癡呆**之迷，但卻在潛移默化中推動了神經(jīng)科學(xué)的發(fā)展，為本世紀(jì)神經(jīng)生物學(xué)的騰飛打好了基礎(chǔ)。

目錄

·                                ? 神經(jīng)生物學(xué)-簡介

·                                ? 神經(jīng)生物學(xué)-特殊性

·                                ? 神經(jīng)生物學(xué)-內(nèi)容舉例

·                                ? 神經(jīng)生物學(xué)-發(fā)展趨勢

神經(jīng)生物學(xué)-簡介 編輯本段回目錄

大腦解剖圖

神經(jīng)生物學(xué)是一門研究神經(jīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能的科學(xué)。大腦的結(jié)構(gòu)和功能是自然科學(xué)研究中*具有挑戰(zhàn)性的課題。近代自然科學(xué)發(fā)展的趨勢表明，21世紀(jì)的自然科學(xué)重心將在生命科學(xué)，而神經(jīng)生物學(xué)和分子生物學(xué)將是21世紀(jì)生命科學(xué)研究中的兩個*重要的領(lǐng)域，必將飛速發(fā)展。分子生物學(xué)的奠基人之一，諾貝爾獎獲得者沃森宣稱：“20世紀(jì)是基因的世紀(jì)，21世紀(jì)是腦的世紀(jì)。”

在醫(yī)學(xué)這個大的學(xué)科內(nèi)，神經(jīng)生物學(xué)是一門在各個水平，研究人體神經(jīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能、發(fā)生、發(fā)育、衰老、遺傳等規(guī)律，以及**狀態(tài)下神經(jīng)系統(tǒng)的變化過程和機(jī)制的科學(xué)。它涉及神經(jīng)解剖學(xué)、神經(jīng)生理學(xué)、發(fā)育神經(jīng)生物學(xué)、分子神經(jīng)生物學(xué)、神經(jīng)藥理學(xué)、神經(jīng)內(nèi)科學(xué)、神經(jīng)外科學(xué)、精神病學(xué)等等。神經(jīng)生物學(xué)的內(nèi)容非常豐富，研究進(jìn)展很快，作為醫(yī)學(xué)生不僅要**掌握，還要及時了解新的研究進(jìn)展。

神經(jīng)生物學(xué)-特殊性 編輯本段回目錄

神經(jīng)元

作為生命科學(xué)的一個分支學(xué)科，神經(jīng)生物學(xué)是比較特殊的。首先，它的研究離不開生命科學(xué)的一些基本研究材料與方法。神經(jīng)生物學(xué)的材料與生物學(xué)的其它學(xué)科一樣，是動物，從低等的果蠅到高等的小鼠、人。神經(jīng)生物學(xué)的研究方法同樣離不開核酸的分析與蛋白質(zhì)的分析，分子生物學(xué)的PCR、**組化、western blot也是神經(jīng)生物學(xué)的主要研究方法。但除此之外，神經(jīng)生物學(xué)有它自身的特點，那就是神經(jīng)科學(xué)所要重點研究器官——腦是高等生物*復(fù)雜的，同時神經(jīng)元幾乎是*難培養(yǎng)的細(xì)胞，所以神經(jīng)生物學(xué)研究更需要一些特殊的研究方法。電生理是用電刺激的方法來研究神經(jīng)回路、神經(jīng)元在特殊生理條件下的反應(yīng)。膜片鉗是用于測量離子通道活動的精密檢測方法。

由于神經(jīng)生物學(xué)的研究對象——大腦，是異常復(fù)雜、異常精貴的，神經(jīng)生物學(xué)雖然沒有方法上的突破帶來的重大研究成果，但還是吸引了全世界*優(yōu)良的科學(xué)工作者的目光。這從神經(jīng)生物學(xué)的幾個主打雜志的影響因子上可以看出：《自然神經(jīng)科學(xué)》的影響因子是15，《神經(jīng)元》的影響因子是14，《神經(jīng)科學(xué)雜志》的影響因子是8，此外，《科學(xué)》期刊上還有專門的神經(jīng)生物學(xué)專題，其中的文章數(shù)量在生物學(xué)領(lǐng)域幾乎是*多的。

神經(jīng)生物學(xué)-內(nèi)容舉例 編輯本段回目錄

為什么神經(jīng)生物學(xué)的研究難度很大，但仍然吸引了許許多多科學(xué)工作者投入她的懷抱呢？這是與社會現(xiàn)實有關(guān)的。神經(jīng)生物學(xué)有許多人們非常感興趣的話題，我在這里例舉一二：

神經(jīng)系統(tǒng)

一、智力形成之迷。如果說農(nóng)耕社會講求的是人口與土地，我可以這么說，資本主義社會及更高層的社會講求的是智力。因為資本主義社會及更高層的社會形態(tài)，它形成發(fā)展的原動力在于創(chuàng)造新的經(jīng)濟(jì)增長點，而這一切都要通過新的創(chuàng)意與將這些創(chuàng)意付諸實施的好的頭腦。所以不僅家長們重視孩子的智力提高，甚至國家的決策層也同樣重視與智力提高密切相關(guān)的教育。

二、毒品上癮之迷。毒品上癮這不僅是一個國家的社會安定層面的問題，還與一個國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、良好道德觀樹立、甚至國家**密切相關(guān)。我們國家正是被毒品打開大門的。如果現(xiàn)在我說，我了**品為何成癮，我可以消除毒品成癮，那我們的社會會作如何反應(yīng)呢？

三、各種神經(jīng)**之迷。這當(dāng)中尤其重要的是老年癡呆，這種神經(jīng)**在發(fā)達(dá)國家的死亡率已經(jīng)排在了第三位。人類的文明是建立在物質(zhì)冗余的基礎(chǔ)上的，那么人類文明越是高，物質(zhì)越是冗余，像老年癡呆這類的病就越是會引起重視。所以各類神經(jīng)**的研究會越來越受人重視。

然而，需要特點強(qiáng)調(diào)的是，神經(jīng)生物學(xué)的研究光靠生物學(xué)工作者的努力是不夠的。因為神經(jīng)生物學(xué)所要研究的器官——腦，是生物界中*復(fù)雜、*精貴的器官，尤其是人的大腦，更是與眾不同，更加發(fā)達(dá)，而人是不可以直接用來作為研究對象的。所以神經(jīng)生物學(xué)的發(fā)展對于方法學(xué)的要**很高的，他必然要求各個相關(guān)學(xué)科的交叉。這也是神經(jīng)生物學(xué)很多研究至今仍處于初級階段的原因。

但可以肯定的是神經(jīng)生物學(xué)在本世紀(jì)必將取得很大的進(jìn)展。人類的求知欲需要神經(jīng)生物學(xué)的進(jìn)步，人類的發(fā)展同樣需要神經(jīng)生物學(xué)的進(jìn)步。

神經(jīng)生物學(xué)-發(fā)展趨勢 編輯本段回目錄

突觸結(jié)構(gòu)圖

作為神經(jīng)生物學(xué)近幾十年發(fā)展的目擊者，在細(xì)胞和分子水平的許多重大的研究成果給我留下的印象是深刻的。對腦的不少重要部位神經(jīng)回路信號傳遞及其化學(xué)基礎(chǔ)已形成相當(dāng)清楚的圖景。組織培養(yǎng)、細(xì)胞培養(yǎng)，以及組織薄片方法，使人們能把復(fù)雜的神經(jīng)回路還原成簡單的單元進(jìn)行分析。膜片鉗位技術(shù)和重組DNA技術(shù)等，使我們對神經(jīng)信號發(fā)生、傳遞的基本單元——離子通道的結(jié)構(gòu)、功能特性及運轉(zhuǎn)方式的認(rèn)識完全改觀。對突觸部位發(fā)生的細(xì)胞和分子事件，如神經(jīng)遞質(zhì)的合成、維持、釋放，以及與相應(yīng)受體的相互作用的研究進(jìn)展令人矚目。對神經(jīng)元、神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)展的細(xì)胞、分子機(jī)制的認(rèn)識已大大拓展。在腦的**功能方面，我們已經(jīng)可以開始談?wù)撚洃浀姆肿踊A(chǔ)。對困擾人們已久的若干神經(jīng)系統(tǒng)**的基固定位已經(jīng)成功，在分子水平對致病原因已進(jìn)行了細(xì)致的分析。如此等等，不勝枚舉。

對神經(jīng)活動的細(xì)胞、分子機(jī)制的研究，在本質(zhì)上，是一種還原論（reductionism）的分析，其合理性的基礎(chǔ)是：神經(jīng)活動可*終歸結(jié)為細(xì)胞和分子水平所發(fā)生的事件。這樣的分析是完全必需的，并且已經(jīng)取得了巨大的成功。但是，必須清醒地認(rèn)識到，困于純粹的還原論分析，對于認(rèn)識腦和神經(jīng)系統(tǒng)這樣一種高度復(fù)雜的系統(tǒng)無疑是跛足的。這是因為，當(dāng)把復(fù)雜的系統(tǒng)“還原”成基本的單元后，不可避免會失去許多信息，而當(dāng)把基本的單元和過程組織成復(fù)雜的系統(tǒng)時，又必然會產(chǎn)生全新的工作特點。試圖從基本組分（如基因、離子通道、神經(jīng)元、突觸）的性質(zhì)來外推腦和神經(jīng)系統(tǒng)的活動，有其本質(zhì)上的局限性；進(jìn)行這種跨越組構(gòu)層次的推論，必須慎之又慎，并必然有許多保留。

正是考慮到上述這些問題，近年來，人們開始強(qiáng)調(diào)用整合的觀點來研究腦，并形成了神經(jīng)生物學(xué)另一個重要的發(fā)展趨勢。在我來看，整合的涵義是多方面的。首先，神經(jīng)活動的多側(cè)面性，要求多學(xué)科的研究途徑，關(guān)于這一點，我已在前面談到了。整合觀點的另一層更重要的涵義是，對神經(jīng)系統(tǒng)活動的研究必須是多層次的，這是由這門學(xué)科的研究內(nèi)涵所決定的。不論是感覺、運動，還是腦的**功能，都既有整體上的表現(xiàn)，而其機(jī)制的分析則又肯定涉及各種層次。在低層次（細(xì)胞、分子水平）上的工作為較高的層次的觀察提供分析的基礎(chǔ)，而較高層次的觀察，又有助于引導(dǎo)低層次工作的推進(jìn)方向及體現(xiàn)后者的功能意義。重要的是，把這多層次的信息“整合”起來，形成完整的認(rèn)識。

**神經(jīng)系統(tǒng)

在較高層次上的研究，包括對大群神經(jīng)元組合成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的工作原理，以及對不同腦區(qū)神經(jīng)元活動如何協(xié)同以實現(xiàn)復(fù)雜的功能的探索。新的無創(chuàng)傷腦成象技術(shù)（PET，fMRI等）的開發(fā)，多導(dǎo)程腦電圖技術(shù)的發(fā)展，以及行為與神經(jīng)元活動相關(guān)研究的推進(jìn)，反映了科學(xué)家在這方面作出的努力。

神經(jīng)生物學(xué)的這些發(fā)展趨勢，促成了目前這一領(lǐng)域的繁榮局面，并將在今后相當(dāng)長時期內(nèi)主導(dǎo)其發(fā)展進(jìn)程。

在細(xì)胞和分子水平的研究將不斷拓展和推進(jìn)，對神經(jīng)活動的基本過程的研究將進(jìn)一步深入，并逐漸形成更完整的認(rèn)識。隨著更多的新離子通道（或亞型）的發(fā)現(xiàn)及其氨基酸序列的確定，有可能形成更準(zhǔn)確的通道分類模式，揭示不同通道的家族關(guān)系。對神經(jīng)遞質(zhì)的存貯、釋放、調(diào)節(jié)的一系列精細(xì)過程將得以清楚的闡明。對神經(jīng)遞質(zhì)與受體結(jié)合后的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及其功能作用，將無疑會有更深入的了解，同時將會發(fā)現(xiàn)許多新的神經(jīng)調(diào)制方式。在神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育方面，對神經(jīng)元整合各種分子信號形成突觸和組織特定的神經(jīng)回路的研究，將取得重大進(jìn)展；將有更多的神經(jīng)營養(yǎng)因子被鑒定，相應(yīng)的受體被發(fā)現(xiàn)，它們在發(fā)育和成熟的神經(jīng)系統(tǒng)中的作用將被闡明。這些研究將使人們了解在發(fā)育過程中遺傳突變的表述如何引起神經(jīng)系統(tǒng)的缺損。鑒于目前的進(jìn)展主要是在低等動物的簡單神經(jīng)系統(tǒng)上取得的，人們必須去發(fā)展新的技術(shù)和方法，在分子水平上去探索高等動物復(fù)雜神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)生、發(fā)育規(guī)律。

在感覺研究方面，研究層次的跨度更大。感覺技能發(fā)生在細(xì)胞和分子水平上，其過程的闡明將揭示感覺極高敏感度（一個光量子可使先感受器興奮，毛細(xì)胞纖毛運動0.3nm即可達(dá)到聽閾）的奧秘。在感覺信息加工領(lǐng)域中，既有細(xì)胞和分子層次上的研究（如信號的化學(xué)傳送機(jī)制），也包括信號的串行、平行處理*終形成感知覺的更高層次的探索。而對運動的研究，同樣具有跨層次的特點，人們將*終了解運動程序如何編制，行為如何實現(xiàn)。

神經(jīng)系統(tǒng)模式圖

遺傳性神經(jīng)系統(tǒng)疾患的研究無疑將有長足的進(jìn)展。從目前的研究步伐來看，在未來幾十年內(nèi)，將能預(yù)測大部分**在個體的未來表達(dá)或定位其缺損基因，并對這些基因致病的分子機(jī)制有深入的了解。

以上所談的大致可以從目前的發(fā)展態(tài)勢加以預(yù)測。在腦的**功能方面，我們從眼下的研究進(jìn)展，當(dāng)然也可以作一點預(yù)測。例如，對于學(xué)習(xí)、記憶分子機(jī)制將會有更深入的了解；利用腦成象技術(shù)對神經(jīng)元活動和精神現(xiàn)象間的關(guān)聯(lián)的認(rèn)識將不斷有所進(jìn)展等等。但是，我們必須清醒地意識到，在真正意義上對腦的**功能，特別是復(fù)雜**功能（語言、智力、思維、意識等）的認(rèn)識還剛剛開始，還存在著巨大的知識上的鴻溝。這種鴻溝產(chǎn)生的根本原因，在于對精神現(xiàn)象變幻莫測的多樣性，還缺乏有力的研究工具。精神現(xiàn)象固然有其物質(zhì)基礎(chǔ)，但物質(zhì)的東西一旦升華為精神，就會產(chǎn)生許多不同的性質(zhì)和特點。這就是說，人們必須創(chuàng)立一系列新方法，包括若干新原理的方法，跨越不同的組構(gòu)層次，把神經(jīng)活動的基本過程與腦**功能關(guān)聯(lián)起來。如果說，在新世紀(jì)中神經(jīng)生物學(xué)要出現(xiàn)重大的突破，在我看來，可能是在腦的**功能的研究上，這是一個亟待開拓的新領(lǐng)域。（選自《生物化學(xué)與生物物理進(jìn)展》原文標(biāo)題做了修改）如果說，在新世紀(jì)中神經(jīng)生物學(xué)要出現(xiàn)重大的突破，在我看來，可能是在腦的**功能的研究上，這是一個亟待開拓的新領(lǐng)域