神經生物學
領域介紹：神經生物學
摘要：
神經生物學，21世紀的明星學科。神經生物學是生物學中研究神經係統的解剖，生理，病理方麵內容的一個分支。從上個世紀90年代以來，世界科研強國加快了對神經生物學研究的投入。美國於1990年推出了“腦的十年計 ......
神經生物學，21世紀的明星學科。神經生物學是生物學中研究神經係統的解剖，生理，病理方麵內容的一個分支。從上個世紀90年代以來，世界科研強國加快了對神經生物學研究的投入。美國於1990年推出了“腦的十年計劃”，接著歐洲於1991年開始實施“EC腦十年計劃”，然後日本於1996年也正式推出了名為"腦科學時代計劃"的跨世紀大型研究計劃，計劃在未來20年內投入相當的研究經費。這些研究工作雖然至今為止並冇有在神經生物學領域取得重大進展，冇有解開智力形成之迷，冇有解開毒品上癮之迷，冇有解開老年癡呆**之迷，但卻在潛移默化中推動了神經科學的發展，為本世紀神經生物學的騰飛打好了基礎。
· • 神經生物學-簡介
· • 神經生物學-特殊性
· • 神經生物學-內容舉例
· • 神經生物學-發展趨勢
大腦解剖圖 |
神經生物學是一門研究神經係統的結構和功能的科學。大腦的結構和功能是自然科學研究中*具有挑戰性的課題。近代自然科學發展的趨勢表明，21世紀的自然科學重心將在生命科學，而神經生物學和分子生物學將是21世紀生命科學研究中的兩個*重要的領域，必將飛速發展。分子生物學的奠基人之一，諾貝爾獎獲得者沃森宣稱：“20世紀是基因的世紀，21世紀是腦的世紀。”
在醫學這個大的學科內，神經生物學是一門在各個水平，研究人體神經係統的結構、功能、發生、發育、衰老、遺傳等規律，以及**狀態下神經係統的變化過程和機製的科學。它涉及神經解剖學、神經生理學、發育神經生物學、分子神經生物學、神經藥理學、神經內科學、神經外科學、精神病學等等。神經生物學的內容非常豐富，研究進展很快，作為醫學生不僅要**掌握，還要及時了解新的研究進展。
神經元 |
作為生命科學的一個分支學科，神經生物學是比較特殊的。首先，它的研究離不開生命科學的一些基本研究材料與方法。神經生物學的材料與生物學的其它學科一樣，是動物，從低等的果蠅到高等的小鼠、人。神經生物學的研究方法同樣離不開核酸的分析與蛋白質的分析，分子生物學的PCR、**組化、western blot也是神經生物學的主要研究方法。但除此之外，神經生物學有它自身的特點，那就是神經科學所要重點研究器官——腦是高等生物*複雜的，同時神經元幾乎是*難培養的細胞，所以神經生物學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回路、神經元在特殊生理條件下的反應。膜片鉗是用於測量離子通道活動的精密檢測方法。
由於神經生物學的研究對象——大腦，是異常複雜、異常精貴的，神經生物學雖然冇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*優良的科學工作者的目光。這從神經生物學的幾個主打雜誌的影響因子上可以看出：《自然神經科學》的影響因子是15，《神經元》的影響因子是14，《神經科學雜誌》的影響因子是8，此外，《科學》期刊上還有專門的神經生物學專題，其中的文章數量在生物學領域幾乎是*多的。
為什麼神經生物學的研究難度很大，但仍然吸引了許許多多科學工作者投入她的懷抱呢？這是與社會現實有關的。神經生物學有許多人們非常感興趣的話題，我在這裡例舉一二：
神經係統 |
一、智力形成之迷。如果說農耕社會講求的是人口與土地，我可以這麼說，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，它形成發展的原動力在於創造新的經濟增長點，而這一切都要通過新的創意與將這些創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麵的問題，還與一個國家的經濟發展、良好道德觀樹立、甚至國家**密切相關。我們國家正是被毒品打開大門的。如果現在我說，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呢？
三、各種神經**之迷。這當中尤其重要的是老年癡呆，這種神經**在發達國家的死亡率已經排在了第三位。人類的文明是建立在物質冗餘的基礎上的，那麼人類文明越是高，物質越是冗餘，像老年癡呆這類的病就越是會引起重視。所以各類神經**的研究會越來越受人重視。
然而，需要特點強調的是，神經生物學的研究光靠生物學工作者的努力是不夠的。因為神經生物學所要研究的器官——腦，是生物界中*複雜、*精貴的器官，尤其是人的大腦，更是與眾不同，更加發達，而人是不可以直接用來作為研究對象的。所以神經生物學的發展對於方法學的要**很高的，他必然要求各個相關學科的交叉。這也是神經生物學很多研究至今仍處於初級階段的原因。
但可以肯定的是神經生物學在本世紀必將取得很大的進展。人類的求知欲需要神經生物學的進步，人類的發展同樣需要神經生物學的進步。
突觸結構圖 |
作為神經生物學近幾十年發展的目擊者，在細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回路信號傳遞及其化學基礎已形成相當清楚的圖景。組織培養、細胞培養，以及組織薄片方法，使人們能把複雜的神經回路還原成簡單的單元進行分析。膜片鉗位技術和重組DNA技術等，使我們對神經信號發生、傳遞的基本單元——離子通道的結構、功能特性及運轉方式的認識完全改觀。對突觸部位發生的細胞和分子事件，如神經遞質的合成、維持、釋放，以及與相應受體的相互作用的研究進展令人矚目。對神經元、神經係統發展的細胞、分子機製的認識已大大拓展。在腦的**功能方麵，我們已經可以開始談論記憶的分子基礎。對困擾人們已久的若乾神經係統**的基固定位已經成功，在分子水平對致病原因已進行了細致的分析。如此等等，不勝枚舉。
對神經活動的細胞、分子機製的研究，在本質上，是一種還原論（reductionism）的分析，其合理性的基礎是：神經活動可*終歸結為細胞和分子水平所發生的事件。這樣的分析是完全必需的，並且已經取得了巨大的成功。但是，必須清醒地認識到，困於純粹的還原論分析，對於認識腦和神經係統這樣一種高度複雜的係統無疑是跛足的。這是因為，當把複雜的係統“還原”成基本的單元後，不可避免會失去許多信息，而當把基本的單元和過程組織成複雜的係統時，又必然會產生全新的工作特點。試圖從基本組分（如基因、離子通道、神經元、突觸）的性質來外推腦和神經係統的活動，有其本質上的局限性；進行這種跨越組構層次的推論，必須慎之又慎，並必然有許多保留。
正是考慮到上述這些問題，近年來，人們開始強調用整合的觀點來研究腦，並形成了神經生物學另一個重要的發展趨勢。在我來看，整合的涵義是多方麵的。首先，神經活動的多側麵性，要求多學科的研究途徑，關於這一點，我已在前麵談到了。整合觀點的另一層更重要的涵義是，對神經係統活動的研究必須是多層次的，這是由這門學科的研究內涵所決定的。不論是感覺、運動，還是腦的**功能，都既有整體上的表現，而其機製的分析則又肯定涉及各種層次。在低層次（細胞、分子水平）上的工作為較高的層次的觀察提供分析的基礎，而較高層次的觀察，又有助於引導低層次工作的推進方向及體現後者的功能意義。重要的是，把這多層次的信息“整合”起來，形成完整的認識。
**神經係統 |
在較高層次上的研究，包括對大群神經元組合成神經網絡的工作原理，以及對不同腦區神經元活動如何協同以實現複雜的功能的探索。新的無創傷腦成象技術（PET，fMRI等）的開發，多導程腦電圖技術的發展，以及行為與神經元活動相關研究的推進，反映了科學家在這方麵作出的努力。
神經生物學的這些發展趨勢，促成了目前這一領域的繁榮局麵，並將在今後相當長時期內主導其發展進程。
在細胞和分子水平的研究將不斷拓展和推進，對神經活動的基本過程的研究將進一步深入，並逐漸形成更完整的認識。隨著更多的新離子通道（或亞型）的發現及其氨基酸序列的確定，有可能形成更準確的通道分類模式，揭示不同通道的家族關係。對神經遞質的存貯、釋放、調節的一係列精細過程將得以清楚的闡明。對神經遞質與受體結合後的信號轉導及其功能作用，將無疑會有更深入的了解，同時將會發現許多新的神經調製方式。在神經係統的發育方麵，對神經元整合各種分子信號形成突觸和組織特定的神經回路的研究，將取得重大進展；將有更多的神經營養因子被鑒定，相應的受體被發現，它們在發育和成熟的神經係統中的作用將被闡明。這些研究將使人們了解在發育過程中遺傳突變的表述如何引起神經係統的缺損。鑒於目前的進展主要是在低等動物的簡單神經係統上取得的，人們必須去發展新的技術和方法，在分子水平上去探索高等動物複雜神經係統的發生、發育規律。
在感覺研究方麵，研究層次的跨度更大。感覺技能發生在細胞和分子水平上，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，毛細胞纖毛運動0.3nm即可達到聽閾）的奧秘。在感覺信息加工領域中，既有細胞和分子層次上的研究（如信號的化學傳送機製），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製，行為如何實現。
神經係統模式圖 |
遺傳性神經係統疾患的研究無疑將有長足的進展。從目前的研究步伐來看，在未來幾十年內，將能預測大部分**在個體的未來表達或定位其缺損基因，並對這些基因致病的分子機製有深入的了解。
以上所談的大致可以從目前的發展態勢加以預測。在腦的**功能方麵，我們從眼下的研究進展，當然也可以作一點預測。例如，對於學習、記憶分子機製將會有更深入的了解；利用腦成象技術對神經元活動和精神現象間的關聯的認識將不斷有所進展等等。但是，我們必須清醒地意識到，在真正意義上對腦的**功能，特彆是複雜**功能（語言、智力、思維、意識等）的認識還剛剛開始，還存在著巨大的知識上的鴻溝。這種鴻溝產生的根本原因，在於對精神現象變幻莫測的多樣性，還缺乏有力的研究工具。精神現象固然有其物質基礎，但物質的東西一旦升華為精神，就會產生許多不同的性質和特點。這就是說，人們必須創立一係列新方法，包括若乾新原理的方法，跨越不同的組構層次，把神經活動的基本過程與腦**功能關聯起來。如果說，在新世紀中神經生物學要出現重大的突破，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域。（選自《生物化學與生物物理進展》原文標題做了修改）如果說，在新世紀中神經生物學要出現重大的突破，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域
