发信人: bxy (bxy), 信区: Biology
标 题: 神经科学：中国与世界长期有良好接面的脑研究综合学科
发信站: The unknown SPACE (Mon Apr 1 10:14:09 2002) WWW-POST

神经科学：当代科学前沿激动人心的脑研究综合学科
华盛顿大学 饶毅
美国国立健康研究院 鲁白
弗吉尼亚大学 梅林
对于脑的好奇心，人们长久已有。对于人脑的好奇更是与对于人本身的好奇紧密相
关。对神经系统的科学研究大部分是本世纪进行的。神经科学这门综合学科在过去二十
多年中有显著的进展，深化了我们对神经系统的奥妙的了解，改善了对神经系统疾病的
预防、诊断和治疗，促进了相关学科的发展。这里，我们简单介绍神经科学的一些进展
，使人们了解神经科学为什么是令人兴奋的一个前沿学科，并自然意味着：加强中国的
神经科学研究，是保持中国科学与世界科学趋势并进的必要一环。
脑的高级功能
脑的高级功能是生命科学中，乃至所有科学中，最令人感兴趣的问题之一。
学习记忆这个领域，从巴甫洛夫的工作以后较长时间进展缓慢，但在最近二十年中
有较多进展。先在低等动物中，后在高等动物中，神经生物学家们对学习记忆的细胞和
分子生物学原理终于有了一定的了解。在七十年代和八十年代，以美国哥伦比亚大学的
肯德尔为代表的科学家们，用低等动物海兔研究了一些简单行为的学习记忆过程。他们
找到了这些行为所需要的神经环路，揭示了其学习记忆所依赖的细胞和亚细胞结构(特定
的突触)，发现了神经信息的变化，并证明了第二信使cAMP的重要性。在高等动物中，七
十年代，英国的布理斯和挪威的洛默发现长期性增强作用(LTP)，被认为是神经可塑性的
细胞机理。其后二十多年内，LTP已在脑内多个部位观察到，并有证据显示是与一些学习
记忆的行为有联系。八、九十年代，以旧金山加州大学的尼科和斯坦福大学的华裔科学
家钱永佑为代表的电生理学家们推进了人们对LTP的神经生理的了解。九十年代，以麻省
理工学院的日裔科学家利根川和哥伦比亚大学的肯德尔为主的科学家们，用分子生物学
结合神经生物学，研究高等动物学习记忆的分子机理，发现了一些影响学习记忆的基因
，也再次发现cAMP的重要性，提示低等动物和高等动物的学习记忆原理有一部分相似性
。肯德尔对低等动物和高等动物学习记忆的研究贡献被普遍认为是诺贝尔奖的热门候选
者。近年，一些以前人们认为在发育中起营养性作用的分子，也被发现影响LTP的出现，
从而提出它们可能参与脑的可塑性过程。从分子、细胞水平到整体、行为水平，学习记
忆整个领域呈现一片活跃。应该指出的是，已故的中国神经生物学家、美国科学院院士
、中国科学院上海生理研究所的冯德培曾在神经可塑性领域作出重要贡献。三十年代，
冯德培在当时的中国生命科学研究中心－北平协和医学院－工作时，发现强直后增强作
用(PTP),这一工作实质上是第一个细胞水平的神经可塑性发现。近六十年后，冯德培到
肯德尔处访问时，肯德尔让大家“向神经可塑性的先驱致敬”。九十年代，冯德培实验
室又在LTP方面作出成绩。目前，中国神经科学界，包括上海脑研究所，还在继续进行学
习记忆的研究。
无创性成象技术在神经科学的成功应用，使人们对脑的高级功能研究进入了前所未
有的境界。生命科学上有这样一个事实：很多“生物”学的知识是从“死物”身上、或
者从活的部件上所得到。在“有投枪就用投枪”的情况下，这样的研究方式也告诉了我
们很多结果。可是我们大家都知道，脑功能的奥妙之一在于其整体和活体起的作用是与
局部和死的系统有质的不同。所以神经科学家特别期待观察活体脑的机会。现代无创性
成象技术终于第一次使这个幻想成为现实。正电子发射断层扫描(PET)是通过监测发射正
电子的分子在脑内的分布，来了解脑内功能活动。这些发射正电子的分子是由人为导入
，根据需要可以观察血流、也可以观察脑内神经递质等分子。以美国华盛顿大学雷克尔
为代表的科学家们，将PET应用于脑功能多方面研究，使人们真的得以窥视活体脑的工作
。比如，有报道：音乐家和一般人在听音乐时用的脑区是不一样的；也有发现，同一词
汇，人把它作为动词想时和作为名词想时用的脑区不一样。在以前，神经科学的内行与
外行一样，对这类无从着手研究的理论性题目都是只能进行思辨的，无创性成象技术才
第一次把它们置于真正的科学基础上。功能性核磁共振(fNMR)是另一已成功应用的无创
性成象技术。在脑内，fNMR主要检测有氧对无氧血红蛋白的比例，从而观察脑内局部区
域血流量，而脑血流量能显示脑局部区域活动情况。它的用处与PET的重叠，但它无需使
用人工的同位素，这样更是安全，虽然它能检测的分子也受限制。这些无创性成象技术
都能用于疾病的诊断和早期诊断，所以为科学家和临床医生都提供了强有力的手段。
脑和神经系统的疾病
脑和神经系统的疾患是现代社会占比重越来越大的健康问题，在中国这种不断老化
的人群中更是迫切希望能得到解决或控制。神经科学的综合研究，为多个脑疾患的诊断
和治疗提供了可能和希望。不仅如此，对神经系统疾患的研究还为其它疾病，如各种癌
症，提供了一些有普遍意义的结果和教益。
老年性痴呆是以前在中国不被重视的问题。也许就是因为其常见，很多人以为老年
的脑功能病理衰退是正常“老化”。现代神经科学告诉我们，老年痴呆是异常的病变。
在过去科学不发达的漫长岁月里，人的寿命是不长的，这样在进化的过程中就没有把造
成老年性痴呆的疾病基因筛选、淘汰掉。现在人的寿命延长后，老年性疾病也就增加得
很快。九十年代的神经遗传学和分子神经生物学研究开始揭示了老年性痴呆的分子基础
。以现在美国华盛顿大学的英国科学家戈娣和现在弗罗里达大学的英国科学家哈狄在九
十年代初的发现为领先，迄今已经有四个基因被证明参与老年性痴呆的发病，其中三个
中间任何一个坏了都不光造成发病，而且提早发病年龄。这三个基因是多个遗传因素的
一部分，如果中国研究出现在已知的这几个基因和将来会知道的其他有关基因在中国人
群的致病性突变位点，在理论上就可以进行产前诊断，以避免在老化人群中老年性痴呆
发病率的不断增高。利用分子遗传学，神经科学家们也建立了用于药物筛选的老年性痴
呆的动物模型。
因为美国国立健康研究院科学家的工作，在1997年也终于发现了第一个造成巴金森
氏病的基因，现在世界神经科学界正在探索这个基因的重要性，并希望找到更多的致病
基因。长期困扰人类的精神病，在过去几年中也有进展，已经有几个研究小组开始逼近
精神分裂症的基因了。中风是常见的脑疾患之一，它的分子和细胞生物学机理在过去十
几年被仔细研究。以华盛顿大学的韩/华裔美国科学家崔为代表的神经科学家们，发现了
钙离子和谷胺酸受体在中风导致的脑细胞死亡中的作用。中风的细胞和整体动物模型的
建立，为筛选治疗药物提供了扎实的基础。
对于神经系统疾患的研究还显著影响了其它领域。一个好的例子是视网膜母细胞瘤
基因的研究。视网膜母细胞瘤是儿童的眼睛里的一种肿瘤。八十年代，当时在加州大学
的华裔科学家李文华等找到了它的致病基因Rb。其后十几年对这个基因的研究，发现Rb
的研究结果对很多个肿瘤发病都有意义。而且，Rb的产物是调节细胞基本过程－细胞周
期－的重要分子，因此，Rb的研究又把细胞生物学与肿瘤发生紧密的联系起来了。这样
，对于一个特定的神经系统疾患的研究对细胞生物学和肿瘤生物学都起了推动。
去年的诺贝尔奖是发给旧金山加州大学的神经病学家普鲁辛勒。他研究的是一种神
经退行性病变，他提出这种病是由蛋白质造成的传染病，病原蛋白质可以通过改变蛋白
质结构，使正常蛋白质转化成致病蛋白质。他的假说，在八十年代很不为人接受，因为
一方面大家公认传染病都需要含核酸的病原体，另一方面，人们难以理解蛋白质结构改
变如何参与致病，所以，普鲁辛勒的假说最初多年是为人嘲笑的。过去十年中，越来越
多的研究支持其假说，虽然至今仍未完全证明。如果他是对的话，对分子生物学和生物
化学都带来突破，开辟新的领域。
脑发育的分子原理
脑的奥妙不仅在于它的功能，还在于：如此复杂的器官是如何形成和发育的。
高等动物脑形成的第一步是神经诱导，这是诺贝尔奖获得者、德国发育生物学家斯
伯曼和学生早在1924年发现的。过去七十年中很多发育和神经生物学家希望找到神经诱
导的分子，他们中间包括英国生化胚胎学家李约瑟，但大家的努力都没成功。李约瑟转
向中国科技史研究，也许与这种努力遇到不顺有部分关系。在过去四、五年中，终于有
几个美国实验室报道发现了神经诱导的基因，这些基因的产物分子可以诱导蛙的胚胎组
织走上形成神经系统的道路。虽然这些结果仍有待在多种动物中进一步证明，人们普遍
认为神经诱导的分子机理已开始被解决。有一些基因的产物可以造成多个头部的形成，
也被认为是参与确定头与身体其它部位的关系的分子，虽然它们不是直接控制神经发育
的基因。
神经发育过程有营养性因子参与。第一个神经营养性因子叫作“神经生长因子”，
是五、六十年代在美国华盛顿大学的意大利裔女神经生物学家、诺贝尔奖获得者莱薇－
蒙太琪妮发现的。她最初与华盛顿大学的德裔犹太生物学家、有神经胚胎学之父之称的
汉伯格合作，以后与当时华盛顿大学的生化学家、诺贝尔奖获得者科恩合作，经过较长
时间才分离纯化到神经生长因子。长期以来，神经生长因子是唯一的一个神经营养性因
子，但它只影响部分神经细胞。人们一直想找到更多的神经营养性因子。八、九十年代
中，包括在生物技术公司和学术界工作的神经生物学家们多方努力，通过分子生物学方
法，发现了多个神经营养性因子，它们对神经系统多个不同细胞有营养性作用。近年，
有一些神经营养性因子被用于临床实验。在当前，它们被认为是治疗神经退行性病变、
神经损伤、和中风等多种以前束手无策的脑疾患的最佳希望。
结语
神经科学是一个包含较广，综合性强的学科，它的进展也是多方面的，不可能在此
都介绍到。但是，从以上简介，我们可以看到，神经科学在分子、细胞到整体各个层次
有全面的推进。这种推进，对基础科学和临床应用都带来了实质的利益。从上面这些前
沿介绍，大家也可以看到，神经科学还不能回答一般大众可以提出的对脑功能的好些问
题，也还有好些脑疾患不能有效治疗。这些不足，正好说明神经科学是一个有广阔前景
的学科。
从三个方面：神经系统的重要性、学科已有的在当代迅速发展势头、和学科未来深
远的前景，都显示同样一个信息：神经科学是科学前沿激动人心的前途远大的学科。在
这样的背景下，应该方便理解为什么神经科学在国际上造成了许多兴奋、得到国际科技
界的重视、和一般人群的支持，也容易令人想到中国神经科学研究发展规模需要跟上世
界发展趋势。



--
※ 来源:．The unknown SPACE bbs.mit.edu．[FROM: 156.111.86.159]