2021全球脑科学发展报告

一、概述

当前，全球有超过 5000 万阿尔茨海默病患者、3.5 亿抑郁症患者，近 10% 的儿童患有多动症。据世界卫生组织的统计，包括各种神经类和精神类疾病在 内的脑相关疾病，已经超过心血管病、癌症成为人类健康最大的威胁。虽然人 类已经可以“上九天揽月”“下五洋捉鳖”，但对大脑这个由上千亿神经细胞组成的 3 磅重的器官，仍知之甚少。因此，越来越多的科研机构和科学家正在 投入到脑科学的研究中。

（一）内涵与外延

脑科学有狭义和广义之分。狭义的脑科学一般指神经科学，是为了了解神 经系统内分子水平、细胞水平、细胞间的变化过程，以及这些过程在中枢功能 控制系统内的综合作用而进行的研究，主要包括神经发生、神经解剖学、神经 生理学、神经通讯与生物物理学、神经化学与神经内分泌学、神经药理学、记 忆与行为、知觉和神经障碍等九个领域。

广义的脑科学是研究脑结构和脑功能的科学，主要包括脑形态及结构、脑 部分区及功能、脑细胞及工作原理、脑神经与网络系统、脑的进化与发育等领 域的研究，以及对脑生理机能的研究，如脑是如何产生感觉、意识、动机和情 绪的，如何学习和记忆的，如何传递信息的，如何控制行为的，如何进行自我 修复和功能代偿的。总的来说，广义脑科学是从生物脑的角度探究大脑的物理 构成、生物机理和工作机能，是一个认识脑的过程。

脑科学的研究范围不仅仅局限于认识脑，如绘制人脑发育图谱、探究嗅觉 工作机理等，还包括如何更好地保护脑、开发脑、创造脑。保护脑主要包括促 进脑发育、预防脑损伤、治疗脑疾病、延缓脑衰老等方面；开发脑是指开发脑 的未知功能、提高脑的运用效率，以及通过类脑研究，模拟脑的功能和工作原 理，尤其是模拟人脑的信息处理机制；创造脑是指通过构建大脑仿真系统，开 发脑型计算机，打造以数值计算为基础的虚拟超级大脑。

目前，以新一代脑科学研究为核心，以类脑智能研究、神经性疾病与治疗、 脑科学技术与方法、脑科学信息与服务为中间层，以大脑控制、脑机接口、大 脑模拟、人工智能、新药研发、脑控仿生科技、新型教育教学等为应用层的脑科学发展图谱业已形成，并呈现出三大特征：一是神经科学与计算机、微电子、 化学、材料、工程学、物理、数学等学科的交叉融合为脑科学的突破提供了契 机；二是人造大脑成为主要研究目标，包括以模仿计算为主的虚拟超级脑，以 及虚拟大脑与生物大脑一体化的融合超级脑两个研究方向；三是利用信息技术 认识脑、了解脑、开发脑、模拟脑、创造脑、融合脑。

（二）发展历程

脑科学的发展历程可划分为混沌阶段、萌芽阶段、开拓阶段、大发展阶段。

1.混沌阶段（16 世纪之前）

早在古希腊时期，著名医生阿尔克迈翁（Alcmaeon）发现眼睛后部与大脑 相连，从而发现了视神经，但其对脑的认识仍以主观想象为主。另一位医生希 波克拉底认为，人的情绪和感觉均源自于脑，大脑是人类神智的载体。与希波 克拉底相反，亚里士多德则认为神智在心而不在脑。此后，关于神智、灵魂、 精神及元气的争论长达数世纪之久，人们对脑的认知一直停留在感性层面。

2.萌芽阶段（16 世纪初至 19 世纪初）

文艺复兴时期，达·芬奇（L.da Vinci，1452~1519）通过人体解剖绘制出 了大脑的 4 个脑室。1543 年，维萨留斯（A.Vesalius，1514~1564）编著出版的 《人体构造》对脑室进行了完整的描述。1664 年，英国医师托马斯·威利斯 （Thomas Willis，1621~1675）出版《脑的解剖学，兼述神经及其功能》，其中 插图与现在神经解剖学教科书上的解剖结构图基本相同。

进入 18 世纪，生理学研究方法被应用到脑科学研究中。脑的兴奋性与肌肉 反应之间的关系、信息传递工作原理成为研究热点。但在蒙昧、迷信的时代环 境下，人们对脑的研究主要还是以零散的、偶然的发现为主，主动的、有意识 的脑科学研究异常艰难，科学成果自然也寥若晨星。

3.开拓阶段（19 世纪初至 20 世纪 60 年代）

19 世纪，脑科学进入快速发展阶段，取得了一系列开拓性成就，如生物电 的发现、神经元学说的创立、脑功能的定位、神经网络学说的创立等。

20 世纪前后，人们对脑功能的研究取得突破性进展，尤其是乙酰胆碱的发现，加快了脑信息传递机理研究的进程。英国分子生物学家查尔斯·斯科特·谢 灵顿（Charles Scott Sherrington）将神经元之间的结构命名为“突触”，认为突 触是神经元之间信息沟通的“桥梁”。随后，约翰·艾克尔斯（John Eccle）与 理查德·克里德（Richard Stephen Creed）证实了抑制性突触的存在。

20 世纪 50 年代至 60 年代，科学家发现大脑皮层内和皮层下的边缘系统， 组成了一个复杂的神经网络，来控制情绪的生成和表达，以及情绪记忆的形成、 存贮和提取，从而建立起了相对完整的脑功能图谱。

4.大发展阶段（20 世纪 60 年代至今）

20 世纪 60 年代，脑科学正式成为一门独立学科，其研究范围几乎涉及到 生命科学的所有领域。例如，1961 年，贝克西（Békésy, Georg von）因发现而 蜗内部刺激的物理机制而获得诺贝尔生理学或医学奖；1970 年和 1977 年的诺 贝尔生理学或医学奖分别颁给了脑信息传递功能与情绪产生机理的发现者和研 究者，他们发现神经元之间并不直接接触，而是以电脉冲的方式进行信息传递。

20 世纪 80 年代至 90 年代，脑科学在微观领域的细胞分子学研究、宏观领 域的大脑皮层功能研究成就卓然。1981 年，美国科学家斯佩里（Roger W.Sperry） 因证明大脑左右两半球的功能存在显著差异而获得诺贝尔生理学或医学奖； 1986 年，意大利科学家利瓦伊·蒙塔尔奇尼（Rita Levi Montalcini）因发现神经 生长因子而获得诺贝尔生理学或医学奖；1991 年，德国科学家内尔（Erwin Neher）因发现细胞内离子通道、发明膜片钳技术而获得诺贝尔生理学或医学奖， 其在神经突触传递和可塑性领域也非常权威。

此外，脑科学在视觉、听觉、嗅觉、脑损伤等方面的研究，以及在学习、 记忆、语言、睡眠、觉醒等高级功能方面的研究，也取得较大进展。其中，瑞 典科学家维瑟尔（Torsten N.Wiese）与美国科学家休伯尔（David H.Hubel）因 阐明视觉系统形成的机理而共同获得 1981 年的诺贝尔生理学或医学奖。

进入 21 世纪，脑科学研究呈现百花齐放、百家争鸣的局面。科学家们不但 揭开了五觉（视觉、嗅觉、味觉、听觉、感觉）的工作原理、脑信息传递和优 化处理的机制，揭示出精神疾病（如抑郁症、帕金森症、癫痫等）的产生机理， 还成功绘制出大脑的动态发育蓝图，破译了人类大脑的两个组织轴，以及脑神 经元网络结构适应环境的动态机制等。

（三）研究方法

如今，随着基因技术、遗传学技术、光学技术、电信号检测技术、超高分辨 显微成像技术、工程学技术、纳米技术等新兴技术逐渐应用于脑科学领域，生物 解剖学、电生理学、生物化学、分子生物学、脑成像学已成为脑科学的主要研究 方法。这些研究方法极大拓展了脑科学研究的疆界，也将脑科学 研究热潮推向了前所未有的高度。

（四）主要经济体发展战略

目前，全球各主要经济体均高度重视脑科学的发展，推出了各自的脑计划。 总体来看，在脑科学研究领域，美国独领风骚，欧洲、加拿大、澳大利亚、俄罗 斯、日韩等为第二梯队，以色列、中国等新兴力量已崭露头角。

1.美国

2014 年，美国国立卫生研究院（NIH）启动了“通过推动创新型神经技术开 展大脑研究（BRAIN）计划”，开启了“BRAIN 1.0 时代”。2018 年 4 月，NIH 成立脑科学技术 2.0 工作组，并于 2019 年 6 月将《美国脑科学计划 2.0》报告提 交给美国国立卫生院咨询委员会。这标志着美国正式进入“BRAIN 2.0 时代”。 “BRAIN 2.0”的规划期限为 2020 年至 2026 年。

2.欧盟

2013 年，欧盟启动了为期 10 年的人脑计划（Human Brain Project，HBP）， 旨在通过计算机技术模拟大脑，建立一套全新的、革命性的生成、分析、整合、 模拟数据的信息通信技术平台，并促进相应研究成果的应用性转化。但在 2015 年，欧盟人脑计划放弃了在十年内实现人脑计算机仿真的研究目标，转而主攻认 知神经科学和仿脑计算。该计划也进而转变成一个拥有 6 大信息及技术平台、12 个子项目的国际组织。这 6 大信息及技术平台包括：神经信息平台，用于登记、搜索、分析神经科学数据；大脑模拟平台，用于重建并模拟大脑；高性能计算平 台，用计算和储存设备去运行复杂的仿真计算并分析大量数据集；医学信息平台， 用于搜索真实的病人数据，从而理解不同大脑疾病的异同；神经形态计算平台， 借助计算机系统，模仿大脑微回路并应用类似于大脑学习方式的原则；神经机器 人平台，通过将大脑模型与仿真机器人体和周围环境连接起来，并对其进行测试。 在此基础上，该计划成功举办了第 10~12 届欧洲神经科学学会联盟（FENS）的 神经科学大会（FENS 论坛 2016、2018、2020）。

3.日本

2014 年，日本科学家发起神经科学研究计划，即日本脑计划（Brain/MINDS）， 旨在通过研究灵长类动物（狨猴）建立脑发育及疾病发生的动物模型。该计划受 到日本文部科学省、日本医学研究与发展委员会为期 10 年共 400 亿日元（约合 3.65 亿美元）的资助。2018 年，日本成功绘制出了狨猴大脑的 3D 图谱。

同年 9 月，日本正式启动人脑计划（Brain/MINDS Beyond），研究对象从狨 猴大脑拓展到人类大脑，主攻以下 5 个方向：发现和干预初期的神经疾病，分析 从健康状态到患病状态的大脑图像，开发基于人工智能的脑科学技术，比较研究 人类和灵长类动物的神经环路，划分脑结构功能区域并开展同源性研究。

2019 年，日本通过对 2973 个个体进行分析发现，精神分裂症、躁郁症、自 闭症谱系障碍、重度抑郁症患者的胼胝体白质结构存在相似变异，并且与正常个 体差别显著。这为疾病分类提供了新的理论支持，在脑科学研究进程中具有重大 意义。

4.中国

2016 年，旨在探索大脑秘密、攻克大脑疾病、开展类脑研究的中国脑计划 正式启动。该计划以阐释人类认知的神经基础（认识脑）为“主体”，以研发重 大脑疾病诊治新手段和脑机智能新技术为“两翼”，主要解决大脑三个层面的认 知问题：一是大脑对外界环境的感官认知，如注意力、学习、记忆以及决策制定 等；二是对人类及灵长类动物自我意识的认知，即通过动物模型研究人类及灵长 类动物的自我意识、同情心及意识的形成；三是对语言的认知，探究语法及广泛 的句式结构，用以研究人工智能技术。

二、研究现状

当前，全球脑科学研究主要集中在基础研究、应用研究、研究技术开发三个 方面。在基础研究方面，全球每年发表约 10 万篇脑科学相关科研论文，研究阵 营也逐渐由美欧两极向美欧亚三极转变，其中中日韩已成为亚洲地区最具实力的 脑科学高地。在应用研究方面，全球每年脑科学相关专利申请量不足 5000 份， 且呈逐年下降趋势，这说明当前脑科学仍以基础研究为主，还没有进入广泛应用 阶段。在研究技术开发方面，主要以神经医学和脑图谱、脑成像等为主。

（一）发展综述

近五年来，全球脑科学在学科建设、技术创新、研究机构建设、资金投入等 方面均取得了重大进展。

一是学科建设硕果累累。哈佛大学、斯坦福大学、伦敦大学学院、加州大学 旧金山分校、麻省理工学院、哥伦比亚大学、牛津大学、宾夕法尼亚大学、圣路 易斯华盛顿大学、约翰霍普金斯大学位列世界神经科学本科教育前十，专业教育 水平遥遥领先。中国开设神经科学本科专业的院校已逾百所，北京大学、清华大 学、上海交通大学、中国农业大学、南京大学、中国科学技术大学、武汉大学走 在世界前列。

二是研究成果缤彩纷呈。五年来，全球公开发表的论文总量超 45 万篇，申 请的专利总量近 2 万份。美国以 15 万篇科研论文、8000 余份专利申请量位居全 球首位。中国的脑科学研究虽处于起步阶段，但北京、上海已具有在全球脑科学 尖端领域竞争的能力。

三是研究机构规模庞大。美国是神经科学领域的超级大国，其神经科学实验 室数量已达到惊人的 6000 余个，是中国类似实验室数量的 10 倍。欧洲的英国、 德国、荷兰、瑞士、法国，北美的加拿大，亚洲的以色列、日本、韩国，也是神 经科学领域研究机构的聚集地。

四是资金投入持续加码。世界各主要经济体对脑科学发展的扶持力度不断加 码。进入 21 世纪以来，美国对神经科学（脑科学）的扶持资金超 20 亿美元/年， 欧盟、英国、法国、加拿大、日本和韩国也加大了投资力度。上述几个经济体每年支持神经科学的资金规模超 30 亿美元/年，十分可观。

（二）研究现状

目前，中国脑科学研究发展迅速，但与发达国家相比，在论文发表、专利申 请等领域仍然有较大差距。这从中美两国在脑科学领域的学术交流情况便可见一 斑：2019 年，参加第 49 届美国神经科学学会年会（SFN）的嘉宾有 3 万余名， 来自全球 80 多个国家，而参加中国神经科学学会年会的嘉宾仅有 3000 多人。

1.全球

全球在脑科学领域发表论文数量的增长率，在 1991~1995 年、2011~2015 年 出现过两个峰值；在 2015~2020 年虽有下滑，但仍达到了 19.2%，说明该领域研 究热度始终不减。

2.中国

目前，中国脑计划已经取得多项世界级的重大研究成果。

2017 年，北京大学研制成功重量仅为 2.2 克的新一代微型化双光子荧光显微 镜，该显微镜可佩戴在动物的头部颅窗上，实时记录数十个神经元、上千个神经 突触的动态信号，性能优于美国脑科学计划核心团队研发的微型化宽场显微镜。 同年，华中科技大学的骆清铭教授带领团队成功研发出高通量双色精确成像技 术，实现以细胞水平的高分辨率对整个小鼠脑进行 3D 成像和重建。

2018 年，清华大学戴琼海院士领衔的科研团队研制出新型超宽视场、高分 辨率实时显微成像仪器（RUSH），具有 1 厘米×1.2 厘米宽视场、800 纳米高分 辨率、30 帧/秒高帧率、1.69 亿像素/帧的高时空分辨率多维连续成像能力，可将 活体动物脑神经观测数据通量由 1000 万像素/秒提升至 50 亿像素/秒，实现了兼 顾“全局形态”和“细节特征”的多尺度观测。

2019 年，华中科技大学的骆清铭教授团队将单突触狂犬病病毒示踪剂与荧 光微光学切片断层扫描相结合，生成了对雄性小鼠 mPFC 中 GABA 能中间神经 元的直接远程输入的全脑图谱。该研究成果发表在国际顶尖杂志《Nature Neuroscience》上。

中国在脑科学领域发表论文数量的增长率，在 2001~2005 年、2011~2015 年 出现过两个峰值，在 2016~2020 年仍达到了 41.2%，远超同期全球 19.2%的水平， 说明最近五年中国脑科学研究一直处于朝气蓬勃阶段。

（三）研究机构

从 2006~2020 年全球脑科学领域“发表论文量排行”与“专利申请量排行” 两个指标，便可窥得当前全球脑科学领域的主要研究机构。

1.全球

2016~2020 年，全球前 11 大脑科学领域论文发表机构主要分布在美国、加 拿大、英国和中国。其中，美国有 7 家，分别是哈佛大学、约翰霍普金斯大学、 宾夕法尼亚大学、加州大学旧金山分校、加州大学洛杉矶分校、加州大学圣地亚哥分校、斯坦福大学；加拿大有 2 家，分别是多伦多大学和麦吉尔大学；英国的 伦敦大学学院和中国的中国科学院也已上榜。

2016~2020 年，全球脑科学领域主要专利申请人以高校、生物医药企业为主， 高校有加州大学、约翰霍普金斯大学、德克萨斯大学、利兰·斯坦福初级大学， 生物医药企业有 IMMATICS 生物、诺华公司、霍夫曼罗氏公司、布里斯托尔·迈 尔斯·斯奎布公司、基因泰克公司和艾伯维公司。其中，企业专 利申请量是高校专利申请量的 1.4 倍，可见企业是脑科学领域专利申请的主力军。

2.中国

目前，中国在脑科学领域已经形成了三大类研究主体。一是以上海脑科学与 类脑研究中心、北京脑科学与类脑研究中心为代表的中国脑计划南北两个中心； 二是以复旦大学脑科学前沿科学中心、浙江大学脑与脑机融合前沿科学中心为代 表的教育部前沿科学中心11；三是国内高校和科研院所成立的各类研究机构，如 清华大学、北京大学、北京师范大学、中科院深圳先进技术研究院与 IDG 共建 的麦戈文脑科学研究院。这些研究单位每年吸引大批海外脑科学人才回国，促进 了中国脑科学研究的大发展。

2016~2020 年，中国在脑科学领域的主要论文发表机构以医学院为主，高校 和科研院所的论文发表量偏少。中国在脑科学领域的专利申请量总体偏少，与美欧发达国家 相比尚有很大差距。在前 15 名（Top15）专利申请机构或个人中，科研机构为中 国贡献了 71.8%的专利量，企业贡献了 21.4%的专利量，个人贡献了 6.8%的专利 量，这充分说明中国在脑科学领域的研究仍以基础研究为主，且部分领域已进入 产业化应用阶段。

三、应用现状

（一）应用现状综述

脑科学的重要性毋庸置疑，其研究成果的应用推广对全人类来说意义非凡。 但目前其应用领域还十分有限，主要有两大方面，一是在脑科学促进学科融合发 展方面，脑科学与其他学科之间不断交叉拓展、向纵深融合，催生了新兴学科、 新兴科技的诞生和繁荣，如神经教育学、脑机接口的兴起；二是研究成果直接应 用于其他领域，如仿生科技、人工智能、医疗、军事等。

（二）脑科学主要应用领域

1．脑机接口

脑机接口是指在人或动物大脑与外部设备之间创建的直接连接，从而实现脑 与设备的信息交换。脑机接口技术主要应用于人机交互、革命性假肢（神经控制 假肢）、神经预测与新兴疗法、恢复主动记忆和 RAM 重播、神经工程系统设计、 下一代非侵入性神经技术等领域。

在人机交互领域，主要应用包括语音交互、智能操控、真人与虚拟影像互动 等。神经科学家菲尔·肯尼迪（Phil Kennedy）曾研发“侵入式”脑机接口，让 一位严重瘫痪的病人用大脑控制电脑光标以打字“发声”，通过回答“是”或“否” 实现人机交流沟通。

在革命性假肢（神经控制假肢）领域，美国国防部高级研究计划署（DARPA） “革命性假肢”计划已经改造多款世界上最先进的假肢。这些假肢可以通过线路 对手指和脚趾的动作产生反应。下一步，这些假肢将会与佩戴者的神经系统整合 在一起，完全能够对各种神经信号作出反应。

在神经预测与新兴疗法领域，研究人员把个体大脑信息与其他数据融合，进 行大数据分析，并实现个性化的神经预测，主要包括智力测验、认知障碍分析、 脑疾病诊断等，甚至包括犯罪倾向预测等。通过对眼窝前额皮质进行开环的神经 刺激，来调节与抑郁相关的大脑子网，从而缓解中度和重度抑郁。

在恢复主动记忆和RAM 重播领域，主要是开发和测试用于人类临床的无线、 完全可植入的闭环神经接口系统。该接口能够感知由损伤引起的记忆缺陷，并提 供针对性的神经刺激以恢复正常的记忆功能，从而帮助因疾病或创伤导致记忆力 减退的患者恢复记忆。

在神经工程系统设计领域，通过开发一款可植入的神经接口，能够在大脑和 计算机之间建立超过 100 万个神经元级别的双向通信系统，并提供空前的信号分 辨率和数据传输带宽。

在下一代非侵入性神经技术领域，通过开发新一代的高分辨率非侵入式双向 脑机接口，可同时写入和读取多个脑位点的信息，提高士兵与武器装备的高水平 交互能力，以及士兵的超级认知、快速决策和脑控武器装备等超脑和脑控能力。

2．仿生科学

仿生学就是在工程上实现并有效地应用生物功能的一门学科，例如信息接受 （感觉功能）、信息传递（神经功能）、自动控制系统等。仿生学与神经科学交 叉融合，诞生了许多新兴科研领域和科技成果，如疏通血栓的微型机器人即将进 入临床应用，能够杀死癌细胞的微型机器人也已研发成功等。

3．人工智能

脑科学与类脑科学（智能）是人工智能发展的基础。目前，全球人工智能研 究正向机器智能进化，但仍有很多技术难题需要克服，如机器人还不够灵活，仿 真模拟仍没有达到人类那样的协调性和灵活性，还需要大规模的高质量数据样本 进行更加精确的计算。人工智能仍缺乏高级认知能力和深度学习能力，尤其在可 解释性、推理、举一反三等方面，与人脑的学习能力相比还有巨大的差距。现有 算法与期望结果之间的差距，迫切需要对脑科学进行更加深入和精准的研究。

4．医疗领域

目前，包括各种神经类和精神类疾病在内的脑相关疾病，已经超过心血管病 和癌症成为人类健康最大的威胁。例如，婴幼儿脑发育障碍所导致的癫痫、中风、 自闭症，青壮年人群中的抑郁症、躁狂症，老年人神经退行性疾病，颅脑创伤后 的应激综合征、植物人状态、神经损伤修复等。

脑科学的快速发展，为科学家研制新的治疗药物和治疗策略提供了可能。例 如，依据抑郁症病理机制，研发出抗抑郁有效药物——谷氨酸受体（NMDAR） 抑制剂氯胺酮；通过靶向大脑中的小胶质细胞，实现神经保护和再生，帮助修复 和减轻因脑损伤引起的认知缺陷；通过运动诱导 AHN、提高脑源性神经营养因 子（BDNF）水平，可以预防阿尔茨海默病；使用神经营养因子或结合辅助药物 治疗帕金森病。

5．教育领域

脑科学领域的大脑神经突触生长呈倒 U 状模型学说、智力可塑性学说、多 元智能理论和“情感智力”理论等，激发了人们对传统教育的反思。一方面，脑 科学的发展推动着教育观、教育方式和教育体系的转变。教学过程就是学生脑 智力开发的过程。教育必须适应学生身心特点和规律，教学活动必须根据青少年 智力发展情况来开展。科学地进行早期教育和学校教育，才能更好地促进学生脑 发育，达到更好的教学效果。另一方面，脑科学的研究成果也推动着教育评价体 系的转变。不同类型的脑智能是学生个性化发展的基础，不能用单一的标准对学 生进行评价。新型教育评价方式和评价体系的创建，既有助于学生素质的全面发 展，又能使学生的特长得到充分挖掘和发展，并使学生保持良好的心态和进取精 神，最大限度地预防、减少和精准干预学生的心理障碍和心理疾病。

6．军事领域

脑科学在军事领域的应用直接关系到国家安全。其在军事领域的应用主要包 括四个方面：研制类脑军用机器人，以提升军事实力，并有效降低军事投入中 的人员损耗；研发脑控武器装备，以更加智能的方式操控武器；云控制敌方大脑， 扰乱敌方大脑功能，甚至反指导敌方的军事行动；开发军事智联网和脑联网，通 过脑机接口技术实现大脑与外界的信息交流和控制，开启人机、人人、物物、人 物互通有无的智联时代。

美国国防部在以杜克大学神经工程中心为代表的全美 6 个实验室中开展了 “思维控制机器人”研究，美国国防部高级研究计划局（DARPA）则开展了名 为“阿凡达”的尖端军事科研项目，旨在扩展人类机能，控制进攻性武器。此外， “仿脑”技术的问世将大幅提高无人系统的智能化水平，为包括“作战云”服务、 军用机器人在内的多个领域带来颠覆性变革。

未来，人们或可开发出基于脑联网的脑脑协同作战平台，实现战场感知、后 勤保障、武器装备与指挥系统的高度优化与集成。从而使各作战环节和指挥效能 得以最大限度地发挥，在瞬息万变的战场态势中捕获稍纵即逝的先机，实现出奇 制胜。

四、发展趋势

随着脑科学的快速发展，全球需在信息共享、风险防范和道德伦理等方面加 强合作，为脑科学创造更加健康有序、和谐稳定的发展环境。

（一）绘制高分辨率脑图谱将是脑科学研究的重要方向

脑图谱绘制将向微观和宏观两个方向延伸。在微观层面，通过绘制人脑细胞 结构图谱，已从人类大脑皮层“颞中回”鉴定出 75 种兴奋性和抑制性神经元； 通过重建 1000 多个神经元并追踪其在大脑中的分支路径，构建了最大的神经元 数字集合。在宏观层面，模拟出完整的小鼠脑图谱，建立了脑细胞分子、解剖和 生理注释的 3D 通用脑细胞图集，构建了小鼠大脑综合神经环路图；已绘制出人 类小脑的高分辨率图谱。除此之外，脑科学与人工智能技术融合，为建立从机器 感知、机器学习到机器思维、机器决策的颠覆性模型和工作方式提供了可能。

（二）类脑芯片将成为信息技术的重要发展方向

信息技术的快速发展为脑科学研究提供了强大的支撑工具，脑科学的进步反 过来又会推动相关信息技术的发展。例如，近年来类脑计算成为信息技术的重要 发展方向，以人脑为原型的类脑芯片逐渐成为研究热点。这就需要研发基于非常 规计算的芯片架构，使芯片具备类脑功能，以满足新型智能体的脑机融合需求。 构建类脑计算机不仅有助于更加高效地处理、利用海量脑数据，从而更好地实现 脑机融合，进一步完善类脑芯片的设计与实现，研发基于非常规计算架构、具备 类脑功能的、新型的智能体与机器人。

（三）治疗脑疾病的新方法将受到资本市场的青睐

目前，脑科学的产业化应用主要有三个方向，一是神经监测与成像检测，二 是神经疾病治疗与调节，三是脑控制与模拟。其中，治疗脑疾病的新型药物无疑 将极大造福人类，因而受到资本市场的青睐。近十年来，脑科学领域的融资活动 主要集中在脑疾病治疗与药物研发、脑信息监测与检查两大方向。如美国蒙特利 医疗公司（Monteris Medical）开发了可帮助外科医生消融脑肿瘤或脑部病变组 织的 NeuroBlate®系统，因而受到资本市场的追捧，融资金额已超过 1.2 亿美元。

（四）加强国际合作是推动脑科学健康发展的重要途径

为推动各国脑计划协同合作，美国、欧盟、日本、中国、加拿大、澳大利亚、 韩国于 2017 年组建了国际脑科学计划（International Brain Initiative，IBI）组织。2019 年 3 月，中国科技部在上海主办了 IBI 的国际脑科学计划协调会议。与会各 国研讨了 IBI 的发展方向、运行模式和实施路径，就推动脑科学国际合作、促进 脑科学新发现与技术进步、提升人类福祉等问题进行了探讨。未来，IBI 将建立 有利于研究成果转化应用的创新合作机制，重视人脑与认知相关的数据隐私及多 方数据共享，建立符合科学伦理的监管机制，推动脑科学领域成果的教育与普及。

报告链接：2021全球脑科学发展报告

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