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当代前沿科学正在揭示:脑怎样工作

发布日期:2006-11-27  点击量:

编者按:脑科学是当今国际最热门的科学研究领域之一。大脑是怎样工作的?千百年来人们一直试图揭开这个秘密。进入21世纪以来,脑与认知科学突飞猛进的发展为揭示人喜怒哀乐的精神世界提供了更多可能。许多国家相继将脑科学研究列入国家科学发展的重要领域。我国在发布的 “国家中长期科学与技术发展规划”中,将“脑科学与认知科学”纳入国家重点支持的八大前沿科学领域。

那么,当今脑科学的最新进展如何?它有什么科学与应用价值?为什么国家要重点支持这门学科?为帮助大家解答这些疑问,本刊约请北京师范大学认知神经科学与学习研究所所长、北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室学术委员会主任董奇教授,以及该实验室的多位专家向我们介绍脑与认知科学领域的研究进展。

记者:脑与认知科学研究哪些内容?这门学科有什么意义与价值?为什么国家对该领域如此重视?

董奇:简单地讲,脑与认知科学是揭示人脑工作的奥秘,探索智能的产生、发展与运作的一门科学。过去,对人脑的研究主要在脑科学(神经科学)与认知科学两个领域开展,前者主要侧重物质层面的研究,后者侧重功能层面的研究。上个世纪90年代以来,两个领域融合在一起;同时,通过与心理学、医学、信息科学、语言学、教育学甚至哲学等其他多个学科相互交叉,产生了一门新兴学科——脑与认知科学。脑与认知科学研究的范围既包括神经系统内分子水平、细胞水平及细胞间的变化过程,也包括知觉、学习、记忆、推理、语言理解、知识获得、注意、情感等统称为“意识”的高级心理现象。

脑与认知科学是人类认识大脑和自身,从对外部世界的探索转向对人类自身的探索,从对物质世界的探索转向对精神世界的探索的一把金钥匙。它对于探索意识的产生、智能的运作、大脑的衰老等一系列人类面临的重大问题都具有重大的科学价值。

这门学科的应用价值更是不可忽视。我国3亿多儿童每天的教育与学习亟待实现科学化,而教育的科学化离不开对脑与认知科学的研究。各类高发生率的认知功能障碍,例如阅读障碍(约6%左右)、计算障碍(约5%)、注意缺陷障碍(约7%);以及情绪及社会认知障碍,包括抑郁症、焦虑症、自杀等正在威胁着儿童和青少年的身心健康,给社会经济与发展带来巨大压力。这些认知及精神障碍的诊断、分类、矫治、预防都要依赖脑与认知科学的研究进展。

总之,对脑与认知科学的研究将有助于实现人才强国的战略,促进教育的科学化、现代化,促进人口的健康,也将有助于相关产业掌握参与国际竞争的主动权——这也是国家为什么如此重视这门学科的根本原因。

记者:如何开展脑与认知科学研究?主要的研究手段有哪些?

董奇:对大脑的研究,过去主要是通过正常人脑损伤后产生的各种认知功能障碍间接推断大脑的活动机制,这极大地限制了人们对大脑活动机制的了解。具有高度时间、空间分辨率的现代脑成像技术使科学家能够在不损伤大脑的情况下探察正常大脑认知活动的机制,因此被公认为目前脑与认知科学的最佳研究手段,显示出强大的生命力与广阔的发展前景。尤其是功能磁共振成像技术(fMRI),对于该技术的研究曾6次获得诺贝尔奖。我国有两台专门用于研究的功能磁共振成像系统,一台在中科院脑与认知科学国家重点实验室,另一台在北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室。

记者:目前国际上脑与认知科学的发展情况如何?

董奇:自诞生以来,脑与认知科学受到国际社会的高度重视,发展非常迅速,各国政府先后出台了一系列措施。20世纪90年代,美国率先提出了“脑十年计划”。该计划得到了“国际脑研究组织”(IBRO)的认同,在该组织的倡议下,国际社会出台了一系列重要举措。例如欧共体于1991年成立“欧洲脑的十年”委员会,1994年成立“欧洲神经科学学会”,1996年2月成立“国际脑研究联盟”。1995年夏,在日本京都召开的第四届神经科学大会上,“国际脑研究组织”宣布21世纪是“脑科学时代”,日本政府则同时宣布实施“脑科学时代计划”,把“创造脑、了解脑和保护脑”列为脑研究的三大目标,投资总额高达200亿美元。此外,仅在欧洲和北美就有60多所大学建立了专门的认知科学研究组织与机构,并开设相关课程。

记者:脑与认知科学在我国的发展状况如何?

董奇:我国政府高度重视该学科的发展,在“国家中长期科学和技术发展规划”中,“脑科学与认知科学”被列为八大前沿科学问题之一,并特别强调了对“脑发育、可塑性与人类智力的关系”的研究。2005年3月,科技部在该领域布局成立了两个国家重点实验室,即中科院脑与认知科学国家重点实验室和北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室。目前两个实验室已经对该领域的研究发挥了辐射作用。此外,国家还在该领域布局了多个重大或重点项目,例如973计划中的“脑功能和脑重大疾病的基础研究”和“脑发育和可塑性的基础研究”;攀登计划中的“儿童脑高级功能开发与素质教育的若干重要问题”等。然而,与其他国家相比,我国的脑与认知科学研究存在着起步晚、队伍规模小等问题,还有很长的路要走。

记者:北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室是我国脑与认知科学领域仅有的两个国家重点实验室之一,请您介绍一下该实验室的情况。

董奇:北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室主要从事儿童青少年认知发展与学习的脑科学研究,主要研究方向包括脑与语言学习、脑与数学认知、脑与基本认知、社会认知神经科学、神经建模和脑科学的教育应用六个方向。实验室致力于解决“学习与脑的可塑性”等重大科学问题,希望能为建立我国基于脑的教育、认知障碍矫治方法、人力资源开发等产业提供科学依据,促进我国亿万儿童青少年的智力和心理健康发展,提升我国人口素质和综合国力——正如我们在口号中所说的那样——“改变大脑,改变世界”。

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