中国脑计划开启临床神经科学研究新征程

潘锋

6月30日至7月1日，“中国卒中学会第四届学术年会暨天坛国际脑血管病会议2018”在北京举行，来自国内外的脑卒中防控领域专家学者，围绕当前脑卒中基础研究和临床实践中的热点难点问题展开深入研讨和交流，共同为我国脑血管病防治事业发展献计献策。在本届年会上，国家神经系统疾病医疗质量控制中心正式宣布成立。

年会期间，大会主席、中国科学院院士、北京天坛医院赵继宗教授就我国脑科学研究的有关情况接受了记者采访。赵继宗教授说，我国已具备较好的脑科学研究基础，国家科技创新2030重大项目——“脑科学与类脑研究”，面向国家重大需求，跨越基础研究与临床应用鸿沟，必将显著提升我国临床神经科学的整体发展水平。

当代科技战略制高点

赵继宗教授介绍说，世界卫生组织（WHO）2001年公布的统计数据显示，在人类2万多种疾病中，脑疾病有22种；22种脑疾病中，精神性疾病有9种，神经性疾病有13种。虽然脑疾病仅占人类疾病总量约1.5%，但脑疾病的总负担却高达23%，至今仍然是危害人类健康的重大疾病之一。多年来，医学界、产业界等开展了大量有关脑疾病的诊断和治疗研究工作；同时，世界各国投入巨额资金，付出巨大努力开展了多项脑疾病新药研发工作，但令人非常遗憾的是，上述研究对于改善脑认知疾病结局基本无效，脑认知疾病药物研发临床试验屡遭失败。“为什么人类对脑疾病、对神经性疾病屡战屡败？主要原因是目前我们对与认知相关的脑疾病发病机理还不完全清楚。”赵继宗教授说。

赵继宗教授还介绍说，习近平总书记在中国科学院第十九次院士大会、中国工程院第十四次院士大会上指出，进入21世纪以来，以合成生物学、基因编辑、脑科学、再生医学等为代表的生命科学领域孕育新的变革。社会老龄化进程的加快使得老年痴呆、帕金森病等神经退变性疾病危害日益严重，急需新的预防干预手段；社会生存竞争压力的日益加重，使得焦虑症、抑郁症等精神疾患发病率不断攀升，急需有效的综合治疗技术。深入研究各类脑疾病，尤其是重大脑疾病发病机制并寻找有效的诊断和治疗方法，已成为近10年来全球各国脑科学研究的热点和方向。欧美多国、日本、澳大利亚和中国近年来相继开展了不同方向的脑科学研究，并不断取得研究积累和技术突破；尤其值得注意的是，“透明脑”、“彩虹脑”、光遗传学控制神经元活性等高新技术的引入，正在深刻改变着人类对大脑活动规律及其本质的认识。

赵继宗教授说，脑科学问题是人类社会面临的基础科学问题之一，是人类理解自然和人类本身的“终极疆域”。赵继宗教授介绍了即将启动的国家科技创新2030重大项目“脑科学与类脑研究”情况，该计划也被称为中国脑科学计划。

脑科学与类脑研究面向国家重大需求，通过研究脑认知功能的网络结构和工作原理，研究高发病率脑重大疾病的发病机理，揭示相关遗传基础和治疗新靶点，以期实现脑重大疾病早期诊治和干预。脑科学与类脑研究采取“一體两翼”战略部署，“一体”就是脑环路研究，“两翼”的一翼是健康脑研究，另一翼是类脑研究或智能脑研究。脑科学与类脑研究将聚焦攻克与认知障碍相关的脑重大疾病，如阿尔茨海默氏病（AD）等，通过探索大脑奥秘和脑认知障碍相关脑疾病发病机理，以及开展以人工智能技术为向导的类脑研究，开拓神经性疾病临床基础研究新局面。

在科技部“973”计划、国家自然科学基金等的持续支持下，我国脑科学研究取得了长足发展并具备了较好的研究基础。在基础研究方面，创建了各种人类脑疾病的非人灵长类模型，推动了脑疾病机理研究。脑科学与类脑研究将依托我国以往在这一领域的良好研究基础、揭示脑认知的神经环路结构、功能和机制等，并将有可能实现与国际同行的错位竞争。

赵继宗教授说，我国正面临越来越多的与社会快速发展相伴的脑健康问题，迫切需要加强神经精神疾病转化医学研究，降低脑疾病发病率、致残率和死亡率，临床神经科学发展迎来了新的机遇与挑战。脑科学与类脑研究是未来医学和生命科学最重要的前沿领域之一，该研究以脑重大疾病防治为切入点，还原了临床医学和脑科学研究本质关系，努力跨越基础研究与临床应用的鸿沟，逐渐淡化了神经内科、神经外科、精神科等医学专业之间的界限，使不同专业领域关注的焦点相互连接，创新驱动脑卒中临床基础研究。脑科学与类脑研究的实施将显著提升我国临床神经科学整体发展水平。脑科学研究与信息科学、先进制造、人工智能等的交叉融合，将成为引领我国未来创新型社会和经济转型的重大推动力。

创新卒中认知障碍研究

赵继宗教授说，脑卒中已成为我国居民第一死亡原因。最新发布的中国心血管病报告2017显示，我国心血管病患病人数高达2.9亿，其中脑卒中1300万，冠心病1100万，心血管病造成居民疾病超过40%，高于肿瘤及其他疾病，居首位。我国每年新发脑卒中200万人，每年脑卒中死亡人数165万人，脑卒中死亡占所有死亡人数的22.45%。据世界银行预测，假如不采取更有力措施，中国脑卒中发病人数将直线上升，预计到2030年，中国脑卒中将达到3177万人。不仅如此，很多脑卒中患者还伴有严重的神经功能缺损和认知功能障碍，给社会和家庭带来巨大的经济和精神负担，我国脑卒中防控任务仍然十分艰巨。如何降低脑卒中发病率，减少卒中后患者神经功能缺损和认知功能障碍，是我国脑卒中防治的重要课题。

赵继宗教授介绍，认知有三个层面，一是对外界的认识，包括感觉、直觉、注意、抉择、概念、分类等，这种认知许多物种都具备，可以用多种模式动物研究；二是对自我与非我的认识，如自我意识、同情心、理解他人能力，这种认知可能只有灵长类具备，需要用非灵长类模型进行研究；三是对语言的认识，这种认知只有人类具备，包括句法、文法、无限开放式的语言交流。研究人类语言的神经机制和演化起源，非人灵长类转基因动物是最可靠的模型。有关认知障碍脑疾病研究的发展趋势，脑科学与类脑研究计划认为，老年痴呆与糖尿病、癫痫、脑血管病等疾病的“共病现象”为老年痴呆的治疗提供了新的思路。脑科学与类脑研究部署开展研究脑认知神经机制，研发脑重大疾病诊治新手段和脑智能新技术，为脑卒中临床基础研究开辟了一条新路。

赵继宗教授说，无论是血管阻塞造成的脑梗死，还是血管破裂造成的脑出血或蛛网膜下腔出血，都可能出现不同程度的脑认知功能障碍。临床神经病学是发现和凝练脑重大疾病科学问题的起点，是验证和实践科学发现的终点，是智能医学研发生物工程产品的落脚点，也是脑科学研究的转化基地，从事脑卒中临床工作的医务工作者应积极投入我国脑科学研究中。赵继宗教授认为，可以从脑卒中与痴呆的关系研究、人源性Aβ蛋白对大脑环路影响研究、卒中后半侧空间忽视（unilateral spatial neglect，USN）研究、脑卒中意识障碍评价指标研究和大脑功能区重塑性研究等5个方面，以我国脑科学计划为契机，创新脑卒中认知障碍研究。

脑卒中与痴呆关系研究即血管性痴呆研究，2013年至今一直是国内外临床工作者极为关注的热点研究领域，有关研究论文也越来越多。血管性痴呆病因较多，与脑卒中直接相关的有AD，脑白质缺血与腔隙性脑梗死，微出血与脑出血，脑淀粉样变脑出血等。有研究发现，中老年人大脑微出血与痴呆与认知功能下降相关，MRI微出血灶数超过4个，随访患者认知功能下降。

目前的细胞和动物模型难以满足探索AD早期诊断标志物和神经退行性疾病发展关系研究，通过分析手术中获得的脑淀粉样血管病变脑出血患者的脑组织和脑血管标本，发现其病理性改变与AD相似，因此利用脑淀粉样血管病变脑出血患者的生物学标本，有助发现一些相关标志物，建立人源性Aβ蛋白AD動物模型，开展人源性Aβ蛋白对大脑环路影响的研究。

半侧空间忽视是在感觉性输入和运动性输出的密切关系中产生的，患者表现为不能注意到从对侧来的视觉、听觉和触觉刺激。研究发现，右侧半球损伤会导致左侧半球空间忽视，这种现象大部分发生在右侧脑梗死，而左侧脑梗死这种现象却少见。目前，这种认知障碍的脑环路机制尚不清楚，利用功能磁共振（fMR）对卒中后半侧空间忽视患者开展脑环路研究，有望获得新的脑环路知识。

赵继宗教授介绍，无论是脑出血还是脑缺血，病情严重者都会出现植物人状态。植物状态的患者是否还能清醒，还是终身处于植物状态，脑卒中意识障碍评价是一项重要内容，评价指标研究也是神经科学研究的一个重要课题。临床实践发现，一位35岁的年轻男性右侧脑半球大面积脑出血患者，植物状态后历时3年才清醒，而另一位67岁溶栓患者植物状态后，仅3个月就清醒了。神经电生理检测发现，后者“失匹配负波”时间窗是短的。北京天坛医院与上海中科院神经科学研究所等开展了“多层次汉语语言检测任务脑电研究”，旨在探索脑卒中和脑损伤后昏迷患者能否清醒的客观根据。初步研究显示，当给部分意识障碍患者展示亲属照片，亲属简单汉语声音后，患者表现出显著的4赫兹脑电振荡波，提示其可以听见语言，研究者认为这部分有反应的患者短期有望清醒。

临床研究发现，外科切除大脑功能区的动静脉畸形、脑出血、海绵状血管畸形等，手术后部分患者出现偏瘫、失语，但经过一段时间常规康复后，偏瘫、失语均可以恢复，这一发现为研究大脑功能区重塑提供了佐证，但大脑功能区重塑性的机制是什么，传道束在哪里等问题还有待深入研究。

智能医学初显身手

6月30日下午，本届学术年会举办的一场全球首次神经影像人工智能人机大赛总决赛引起了学界和媒体的高度关注。最终，医疗AI以高出约20%的准确率战胜人类战队。赵继宗教授说，国务院《新一代人工智能发展规划》为促进“AI+医疗”发展指明了方向，人工智能已应用到医学影像识别、疾病辅助诊断、手术机器人、可穿戴设备、基因测序以及医疗大数据等许多方面。脑科学与类脑计划提出，通过脑科学与智能技术的深度融合，开发系列前沿调控神经活动新技术，包括：精细定位深部脑刺激（DBS），深部经颅磁刺激（TMS）、经颅直流电刺激（tDCS），用于揭示脑认知功能原理以及对相关脑疾病进行精准干预。

赵继宗教授认为，脑卒中关联智能医学上有三个方面值得关注和推进。一是神经影像学辅助诊断，人机对话，可使诊断效率更高和更准确。此次神经影像人工智能人机大赛AI获胜，展示了神经影像学辅助诊断的广阔应用前景，但AI技术真正“落地”和实现临床转化，还需要更多的医生参与。另有研究发现，大脑的微出血、微梗死都可能是认知障碍或痴呆的早期表现，此前由于受到技术条件的限制，磁共振无法发现。但最新7.0磁共振技术已可以分辨微出血灶或微梗塞灶，随着FDA批准7.0磁共振上市，也为认知障碍或痴呆早期诊断提供了一个更先进的研究手段。

二是神经调控技术临床转化研究。应用DBS、TMS、tDCS等技术促进脑卒中康复治疗，有助开展脑认知环路探索研究。DBS现在已用于临床治疗，如帕金森病治疗，疼痛治疗，膀胱功能调控和呼吸控制等，待开发的治疗领域有抑郁症、AD、强迫症等。研发成功的同步记录联合MR相容DBS，为建立获取人脑数据平台，揭示脑认知功能原理提供了一个全新的技术方法。迷走神经对保持清醒、警觉性具有重要作用，使用迷走神经刺激器唤醒植物人，也将是脑卒中后意识恢复的一条主要途径。

三是脑机接口在脑卒中患者康复中的应用研究。脑卒中患者很多都会出现偏瘫，传统的治疗方法主要是针灸和按摩，如果机器手、脑机接口能够研发成功并应用于临床，未来使用可穿戴设备替代脑卒中患者的偏瘫肢体，将从根本上颠覆神经科学的康复理念。

赵继宗教授强调说，脑卒中研究需要学科交叉和复合型人才。研发脑卒中等脑重大疾病诊治新手段，需要理工学科专家涉足医学，脑研究需要与计算机科学、临床神经科学、光电子学、材料学、智能控制、数学和药学等学科的多方位、多层次合作。学科交叉和外部技术吸收融合对临床神经科学至关重要。以掌握临床资源为主的医师科研群体，以基础研究为主的科研院所研究员群体，以工程技术研发、新药创制等为主的工程技术研发群体，三方需要根据各自学科发展需求，构建开放、共享、有效协作攻关，在科研成果、神经系疾病药物和医疗器材开发方面加强转化和推广。同时，加强培养医学与工科结合，医学与理科结合的复合型人才，探索青年人才培养的新机制，在学科交叉、学术交流和激励机制上进行新的尝试。

赵继宗教授近几年多次参加国家脑计划研讨会和学术交流会，他发现临床医生的主动性远远不如神经科学基础研究工作者。对此赵继宗教授呼吁，脑科学研究工作不仅仅只是基础科学工作者的事，也是每个临床医生的事。临床医生要先谋先做，主动出击，寻找合作伙伴，与基础科学研究者共同合作，共同为国家脑科学计划做出应有的贡献。

专家简介

赵继宗，中国科学院院士，香港外科医学院荣誉院士，教授、主任医师、博士生导师。国家神经系统疾病临床研究中心主任，首都医科大学神经外科学院院长，世界神经外科联盟（WFNS）执委、提名委员会委员，Dandy神经外科学协会/中国主席，7种国际杂志编委。中国卒中学会会长，中华神经外科杂志英文版主编，中华医学会神经外科学专业委员会第4、第5届主委，中华医学会杂志/英文版副主编。长期从事神经外科学临床和基础研究工作，攻克复杂性脑血管病外科关键技术，在全国推广普及脑出血外科治疗，在国内率先创建具有国际先进水平的微创神经外科技术平台，推动我国神经外科学达到国际先进水准。发表论文489篇，SCI收录189篇。主编出版《颅脑肿瘤外科学》《血管神经外科学》和《微创神经外科学》等专著13部。先后4次获国家科技进步奖二等奖，5次获北京市科技进步奖二等奖。