雖然有令人信服的據(jù)，但爭論仍在繼續(xù):最近的研究結(jié)果表明，至少在成年靈長類動物中，海馬區(qū)的神經(jīng)再生不發(fā)生或很少發(fā)生然而，與過去的藥物相比，今天的新藥需要更長的治療時間，并且不容易被FDA批準(zhǔn)。[52]與過去30年癌癥治療的發(fā)展類似，神經(jīng)系統(tǒng)疾病治療領(lǐng)域的后續(xù)進(jìn)展將大多由公眾和政府支持的資金推動。美國“腦計劃”從根本上推動了技術(shù)的發(fā)展，對神經(jīng)系統(tǒng)疾病的診斷和治療產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。其他針對特定疾病的項目有望加速研究和成果轉(zhuǎn)化，如美國衛(wèi)生與公眾服務(wù)部攻克阿爾茨海默病的國家計劃(美國衛(wèi)生與公眾服務(wù)部& # 39；一項由英國領(lǐng)導(dǎo)的癡呆研究項目補充了國家計劃，該項目致力于利用聯(lián)邦基金研究阿爾茨海默病[53]。。然而，一項最新研究表明，健康老年人的海馬體中存在穩(wěn)定的神經(jīng)再生類腦器官利用病毒方法測量和操縱神經(jīng)元活動的實驗，將是研究神經(jīng)回路形成和維持中經(jīng)驗依賴可塑性的關(guān)鍵。隨著體內(nèi)操縱細(xì)胞結(jié)構(gòu)技術(shù)的發(fā)展神經(jīng)發(fā)育的研究范圍小到細(xì)胞中的生化過程，大到大腦在幾十年的過程中會發(fā)生什么變化。雖然有許多有前途的領(lǐng)域，但我們認(rèn)為，未來半個世紀(jì)的重要成就將在單細(xì)胞分化、神經(jīng)發(fā)生和類器官方向。，神經(jīng)科學(xué)家將更好地理解突觸形成的機(jī)制，并將結(jié)構(gòu)可塑性與突觸可塑性和行為聯(lián)系起來。
系統(tǒng)神經(jīng)科學(xué)的快速發(fā)展受到測量行為和將行為與神經(jīng)活動聯(lián)系起來的方法的限制。神經(jīng)科學(xué)家研究不同功能回路的能力也受到行為測量和定義的限制，這些行為通常由人類觀察者手動或半自動定義，導(dǎo)致其節(jié)點過于簡化，細(xì)節(jié)被忽略除了加深我們對神經(jīng)發(fā)育的理解，類腦器官還為研究人員提供了一個研究人類大腦獨特性的系統(tǒng)，使他們能夠研究自閉癥和精神分裂癥等難以在動物模型中研究的疾病[35]。擁有形成持續(xù)數(shù)月甚至數(shù)年的功能回路的能力，神經(jīng)科學(xué)家將能夠通過比較健康細(xì)胞系和遺傳缺陷細(xì)胞系對時間和環(huán)境壓力因素的反應(yīng)，研究基因、年齡和環(huán)境對大腦功能的影響。最終，類腦器官將成為篩選神經(jīng)藥物和檢驗基因治療效果的標(biāo)準(zhǔn)模型，并進(jìn)一步使人們能夠研究通過自發(fā)腦組織替代技術(shù)恢復(fù)受損大腦的方法。。，這為這個問題增加了爭議。這一持續(xù)的爭議可能與在尸體組織處理中使用不同固定方法的技術(shù)限制、錯誤神經(jīng)干細(xì)胞標(biāo)記物的檢測或僅嚙齒動物模型的研究有關(guān)。

現(xiàn)在我們已經(jīng)了解了大腦中的一些系統(tǒng)是如何單獨工作的，并且已經(jīng)發(fā)明了更好的方法來監(jiān)測和控制神經(jīng)元在時間和空間中的活動，下一步就是要了解神經(jīng)元群和遙遠(yuǎn)的大腦區(qū)域如何共同工作來產(chǎn)生行為。高密度多點電極將在這一問題中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

除了研究神經(jīng)系統(tǒng)本身，還要思考如何組織和優(yōu)化現(xiàn)有的研究體系。借鑒空間科學(xué)的發(fā)展，我們認(rèn)為跨學(xué)科的研究手段是神經(jīng)科學(xué)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。目前，神經(jīng)科學(xué)研究由幾個國家的幾個機(jī)構(gòu)資助，但由不同國家的研究機(jī)構(gòu)聯(lián)合完成大規(guī)模、跨領(lǐng)域項目的例子越來越多。例如，大腦計劃和人類大腦計劃資助各個學(xué)科的科學(xué)家研究人類大腦。

但在過去的二十年里，新的遺傳方法使研究人員能夠在動物模型中更準(zhǔn)確地操縱神經(jīng)回路。對這些回路的研究加深了人們對知覺加工、運動控制和記憶的理解。到目前為止，大多數(shù)研究只是孤立地研究這些回路，因此我們對多腦區(qū)與回路相互作用產(chǎn)生的行為過程的了解仍然有限。例如，運動控制、感知處理和決策的回路是如何相互作用的？知覺加工如何影響準(zhǔn)備好的行為？

除了治療方面的進(jìn)展，我們還將把生物學(xué)機(jī)制的研究應(yīng)用于神經(jīng)和精神疾病的診斷。具體來說，病因和分子機(jī)制將被納入目前基于癥狀的診斷方法中。例如，基因鑒定用于診斷脊髓性肌萎縮癥，分子變化用于診斷包括阿爾茨海默病在內(nèi)的癡呆，無需神經(jīng)病理學(xué)檢查[54][55]。行為追蹤器和AI等技術(shù)進(jìn)步將幫助我們更好地了解正常和異常神經(jīng)系統(tǒng)的功能，并治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病。人工智能在人類血漿中發(fā)現(xiàn)了生物標(biāo)記復(fù)合物，有助于診斷阿爾茨海默病[56]。這項技術(shù)將用于分析藥物治療中藥物分子與生物分子的結(jié)合效價，然后加速藥物發(fā)現(xiàn)。此外，新發(fā)現(xiàn)的與正電子發(fā)射斷層掃描(PET)成像技術(shù)兼容的示蹤劑有望成為一種有價值的診斷和預(yù)防措施[57]。

神經(jīng)科學(xué)學(xué)會年會參與人數(shù)從最初的1395人發(fā)展到3萬多人，其旺盛的生命力顯示了其作為科學(xué)交流與合作高地的價值[65]。隨著神經(jīng)科學(xué)對未知的不斷探索，學(xué)會團(tuán)結(jié)科學(xué)家，協(xié)調(diào)工作，將在人腦研究中發(fā)揮越來越重要的作用。

在未來的50年里，它們將在理解神經(jīng)元簇如何引導(dǎo)行為雖然在日常生活中可能不明顯，但世界各地的公司都在將神經(jīng)科學(xué)的結(jié)論應(yīng)用到從辦公室結(jié)構(gòu)到營銷策略的商業(yè)活動中。隨著認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)的發(fā)展，這種趨勢會更加明顯[63]?？纱┐魃窠?jīng)科學(xué)產(chǎn)品有望快速提供用戶反饋，以便商家為其進(jìn)行個性化推薦[64]。神經(jīng)科學(xué)在給商業(yè)公司帶來利潤的同時，也要警惕其逾越倫理底線。甚至意識方面發(fā)揮重要作用。意識是大腦深度研究中的一個重要課題，因為這種對自身和周圍世界的感知可能會驅(qū)動認(rèn)知功能(如規(guī)劃行為和決策)，并受到疾病和其他影響大腦的條件的調(diào)節(jié)。利用最近實現(xiàn)的細(xì)胞分辨腦功能成像技術(shù)此外，對動物社會行為的測量還處于初級階段。未來50年，行為神經(jīng)生物學(xué)所用的研究方法會越來越像功能性分離神經(jīng)回路的方法。計算機(jī)技術(shù)通過自動化的高通量無偏行為分析Brainbow是一種選擇性標(biāo)記分化和增殖神經(jīng)元的技術(shù)[15][16]。這項基于Brainbow的新技術(shù)使研究人員能夠監(jiān)測神經(jīng)祖細(xì)胞，以及它們?nèi)绾涡纬蓮?fù)雜的回路來形成神經(jīng)系統(tǒng)。盡管斑馬魚還遠(yuǎn)未成為主流，但自20世紀(jì)90年代中期以來，作為神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的一個模式，斑馬魚正在獲得更多的關(guān)注。閱讀并點擊圖片。，將極大地推動該領(lǐng)域的研究。現(xiàn)有的神經(jīng)精神疾病(如焦慮和抑郁)模型通常過于簡單，在社會環(huán)境中持續(xù)穩(wěn)定地檢測行為的能力將建立這些疾病的新動物模型。類似的方法(如使用家庭實驗室、在線實驗室和神經(jīng)反饋)有望揭示以前未檢測到的疾病癥狀和預(yù)測人類疾病風(fēng)險的行為指標(biāo)神經(jīng)元的基因表達(dá)特征是研究特定細(xì)胞命運、遷移路徑和連接方式的基礎(chǔ)。此外，通過全基因組測序檢測體細(xì)胞突變來確定細(xì)胞譜系[13][14]，會發(fā)現(xiàn)人類與其他物種腦細(xì)胞分布的異同。近年來，病毒介導(dǎo)的基因編輯技術(shù)使我們能夠在體內(nèi)進(jìn)行光學(xué)測量，并操縱選定神經(jīng)元的發(fā)育。這對于系統(tǒng)神經(jīng)生物學(xué)家來說是一個很大的好處。這些新技術(shù)將基于環(huán)的實驗推到了聚光燈下，并迅速闡明了神經(jīng)元的相互連接和特定神經(jīng)元群的作用。。[46][47][48][49][50]。，認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)家將開始解開目前仍知之甚少的特定大腦區(qū)域的復(fù)雜性，如小腦、前額皮質(zhì)和海馬，以及多個大腦區(qū)域如何相互合作。例如，更高分辨率的腦成像技術(shù)將通過對回路功能的新認(rèn)識，為神經(jīng)調(diào)節(jié)干預(yù)(如經(jīng)顱磁刺激和超聲神經(jīng)調(diào)制)鋪平道路。這些基于神經(jīng)回路的調(diào)節(jié)方法可用于通過調(diào)節(jié)具有不同功能的神經(jīng)中樞來治療神經(jīng)精神疾病神經(jīng)教育學(xué)是一門將發(fā)展與認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)和教育策略結(jié)合起來的新學(xué)科[61]，它使我們能夠了解患有閱讀障礙、注意缺陷多動障礙和其他疾病的學(xué)生是如何學(xué)習(xí)的。這些知識被用來制定適合這些學(xué)生的課程。而認(rèn)知心理學(xué)和認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)在普通基礎(chǔ)教育和高等教育中還沒有得到廣泛應(yīng)用[61]。進(jìn)一步的研究將有助于我們決定何時應(yīng)該教授某些數(shù)學(xué)概念，以及如何安排教學(xué)計劃以與生物節(jié)律相協(xié)調(diào)。在未來50年，我們預(yù)計神經(jīng)教育學(xué)將得到更廣泛的應(yīng)用。
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結(jié)合活細(xì)胞成像技術(shù)，類腦器官可以大大加速驅(qū)動細(xì)胞命運、神經(jīng)元遷移和突出延伸的復(fù)雜信號模式的研究。為系統(tǒng)建模和其他目的而發(fā)明的計算方法目前僅用于發(fā)育神經(jīng)生物學(xué)，但這些方法將使研究人員能夠研究時間和空間中看似無限的不同信號的復(fù)雜相互作用。這些信號決定了細(xì)胞的命運，神經(jīng)元的遷移和神經(jīng)回路的形成，但迄今為止大多數(shù)仍然只是單獨研究。

在過去的50年里，隨著膜片鉗電生理學(xué)、PCR和基因組測序的發(fā)展，人們對思維、欲望和行為的細(xì)胞和分子過程有了更好的理解。相信未來50年，技術(shù)會有更大的進(jìn)步，理念會有更多的共識。這些進(jìn)展將有助于回答以下問題:大腦中數(shù)百億個單獨的神經(jīng)元是如何協(xié)同工作產(chǎn)生行為的？什么樣的腦部變化會引發(fā)疾?。渴鞘裁醋屓祟惖拇竽X獨一無二？

光遺傳學(xué)——大腦說，“要有光?！毖芯咳藛T發(fā)明了一種用光刺激神經(jīng)元的新工具。這項發(fā)明使我們能夠更好地繪制大腦中神經(jīng)元的連接，并有望戰(zhàn)勝失明、疼痛和癲癇。

通過這些方法獲得的數(shù)據(jù)將通過新發(fā)明的手段進(jìn)行分析，如光遺傳學(xué)[5]、化學(xué)遺傳學(xué)[6]和基因編碼鈣指示劑可視化[7]，以檢測、干擾和定義不同的細(xì)胞群。

1969年，神經(jīng)科學(xué)學(xué)會(Society for Neuroscience，SfN)，作為一個鏈接各個領(lǐng)域神經(jīng)科學(xué)家的組織，正式成立。在該學(xué)會成立50周年之際，其見習(xí)顧問委員會撰寫此文，回顧神經(jīng)科學(xué)在過去50年的重要研究，并展望未來50年可能出現(xiàn)的新成果。

發(fā)育神經(jīng)生物學(xué)以細(xì)胞和分子神經(jīng)生物學(xué)為基礎(chǔ)，研究內(nèi)外因素如何影響神經(jīng)元、神經(jīng)回路和大腦的發(fā)育，進(jìn)而影響疾病風(fēng)險和人類行為。

在過去的50年里，科學(xué)發(fā)現(xiàn)揭示了特定疾病對神經(jīng)系統(tǒng)功能的影響。我們很高興人類已經(jīng)走過了自閉癥、抑郁癥、精神分裂癥、癡呆癥患者被羞辱、被邊緣化、被特定機(jī)構(gòu)收留的時代。如今，立法者和社會迫切需要神經(jīng)科學(xué)家來解釋這些疾病的發(fā)病機(jī)制，并找出如何有效地預(yù)防、監(jiān)測和治療這些疾病。未來50年，我們預(yù)測相關(guān)研究將解決以下問題:在神經(jīng)系統(tǒng)變得異常之前，大腦在細(xì)胞和分子水平上發(fā)生了哪些變化？如何才能了解多因素導(dǎo)致的神經(jīng)系統(tǒng)疾病的復(fù)雜性，從而制定針對性的治療方案？如何在早期進(jìn)行干預(yù)，抑制癥狀和病程？

最后，我們將使用神經(jīng)接口技術(shù)直接參與神經(jīng)系統(tǒng)的活動，結(jié)合實時記錄和調(diào)節(jié)神經(jīng)回路技術(shù)以及表現(xiàn)行為和神經(jīng)活動的集成無偏方法。隨著這項技術(shù)的快速發(fā)展，腦機(jī)接口可以成功控制假肢，盲人可以初步感知視覺圖像。隨著這些技術(shù)的發(fā)展，神經(jīng)接口將使假肢得到更廣泛的應(yīng)用，拓寬感知反饋，并可能改善認(rèn)知功能下降的個體的記憶能力。

細(xì)胞的分子組成復(fù)雜多樣，現(xiàn)有的方法檢測疾病引起的分子變化既費力又不準(zhǔn)確。顯微鏡在未來50年的發(fā)展[8]將使研究人員能夠以前所未有的分辨率觀察亞細(xì)胞系統(tǒng)，并增強我們對分子相互作用的理解。能夠檢測和調(diào)控生物表觀遺傳過程和分子末端的工具的出現(xiàn)，將使我們能夠了解表觀遺傳基因組、基因組、轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組變化和行為之間的關(guān)系[9]。

未來50年，我們希望新技術(shù)最終可以用無創(chuàng)成像技術(shù)在體內(nèi)標(biāo)記新的神經(jīng)元，或者在不同哺乳動物的體外樣本中發(fā)現(xiàn)新的神經(jīng)元。努力解決這一問題可以幫助我們更深入地理解靈長類動物大腦皮層發(fā)育的復(fù)雜機(jī)制。此外，通過分析關(guān)于發(fā)育神經(jīng)元的各種組學(xué)研究的結(jié)果，我們期望能夠發(fā)明一種精確控制神經(jīng)發(fā)生的方法來調(diào)節(jié)疾病過程，并了解神經(jīng)發(fā)生在心理學(xué)和神經(jīng)疾病中的作用。

過去，神經(jīng)科學(xué)家用還原論來理解人腦的功能?，F(xiàn)代對人腦的科學(xué)認(rèn)知已經(jīng)從1909年的47個大腦區(qū)域發(fā)展到僅大腦皮層就有98個區(qū)域神經(jīng)科學(xué)是一個廣闊的領(lǐng)域。成人大腦中大約有860億個神經(jīng)元和幾乎相同數(shù)量的非神經(jīng)元細(xì)胞，因此神經(jīng)科學(xué)作為研究大腦的科學(xué)如此復(fù)雜也就不足為奇了。在神經(jīng)系統(tǒng)中，神經(jīng)元穿過頭骨到達(dá)身體最遠(yuǎn)的部位感受刺激并做出反應(yīng)。神經(jīng)科學(xué)將始終試圖理解這一過程，并開發(fā)其無窮的潛力。。起初，神經(jīng)科學(xué)家只能使用切除和藥理學(xué)來研究動物大腦特定區(qū)域的功能。

上述許多新技術(shù)的應(yīng)用將依賴于新的細(xì)胞靶向技術(shù)。這項技術(shù)將簡化神經(jīng)通路的精確調(diào)節(jié)、基因治療和藥物輸送的過程。隨著代表大腦健康的生物標(biāo)志物的發(fā)現(xiàn)，這些進(jìn)展有望大大加深我們對大腦疾病的了解，并創(chuàng)造新的治療方法。

FDA最近批準(zhǔn)了一系列治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病的藥物:es氯胺酮用于治療大多數(shù)抑郁癥，brexanolone用于治療產(chǎn)后抑郁癥，siponimod用于治療多發(fā)性硬化[51]。這些藥物使我們有可能在50年后進(jìn)入“神經(jīng)療法”的新時代。

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神經(jīng)科學(xué)的影響已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了診所，延伸到教室、法庭甚至雜貨店。雖然沒有強有力的據(jù)，但神經(jīng)技術(shù)有望出現(xiàn)在人們的家中，提高人們的認(rèn)知能力[59][60]。

回答這些問題的兩把鑰匙是完善的連接組學(xué)研究和全面的哺乳動物腦細(xì)胞圖譜。同時，正在發(fā)展的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組學(xué)/蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)將揭示不同生物之間腦細(xì)胞的多樣性[1][2]。

回顧過去50年，展望下半個世紀(jì)。

此外，虛擬現(xiàn)實環(huán)境、基于模型的分析和人工智能與新的記錄和調(diào)節(jié)方法相結(jié)合，可以用于研究多感官輸入如何整合并轉(zhuǎn)化為輸出和行為(如動作、思想和決策等)。).利用斑馬魚和秀麗隱桿線蟲，研究人員可以在監(jiān)測它們行為的同時，對它們的神經(jīng)系統(tǒng)活動進(jìn)行成像。這種方法將用于研究多個功能電路如何串聯(lián)結(jié)合自動化高通量技術(shù)和創(chuàng)新的視覺電生理技術(shù)[3][4]，神經(jīng)科學(xué)將開始探索不同細(xì)胞群如何實現(xiàn)發(fā)育過程和生理功能的差異。通過這種方式，我們不僅可以確定正常和病理大腦中不同類型細(xì)胞的作用，還可以發(fā)現(xiàn)人類區(qū)別于其他哺乳動物的細(xì)胞機(jī)制。。隨著高密度電極和其他方法被用于越來越多的神經(jīng)元成像，我們應(yīng)該專注于解碼這些神經(jīng)元作為一個整體在編碼什么，而不僅僅是任務(wù)反應(yīng)神經(jīng)元或支持特定假設(shè)的神經(jīng)元。為了解決這個問題，統(tǒng)計和計算方法，如機(jī)器學(xué)習(xí)，將變得非常重要，并開辟了神經(jīng)工程的一個新領(lǐng)域。

氯胺酮有望快速治療抑郁癥，并揭示情感障礙的發(fā)病機(jī)制。然而，這種具有迷幻效果的藥物仍有許多亟待克服的困難。閱讀相關(guān)點擊圖片

自2013年出現(xiàn)以來，類腦器官已經(jīng)成為神經(jīng)科學(xué)家用來研究包括發(fā)育和衰老在內(nèi)的無數(shù)過程的模型[24][25][26][27]。雖然我們提出了制造類腦器官和誘導(dǎo)多能干細(xì)胞的方法[28][29]在過去的50年中，神經(jīng)科學(xué)一直在爭論成人大腦中是否存在神經(jīng)元再生。這個有爭議的問題最早出現(xiàn)在神經(jīng)科學(xué)學(xué)會成立之前的1969年[17]，但直到八九十年代才引起人們的重視。當(dāng)時，越來越多的研究報道在包括人類在內(nèi)的許多物種的腦室下區(qū)和顆粒下層發(fā)現(xiàn)了新的細(xì)胞[18][19][20]。
，但一些方法上的缺陷阻止了它們發(fā)揮全部潛力。神經(jīng)科學(xué)在法庭上越來越常見，因為它被用來解釋犯罪行為[62]。隨著研究人員更多地了解決策的神經(jīng)機(jī)制，它的作用將變得更加重要。人類的神經(jīng)影像技術(shù)將被開發(fā)出來，以幫助確認(rèn)有罪，甚至預(yù)測再犯的可能性。除了加大治療腦部疾病的研究投入，還需要研究如何預(yù)防這些疾病。世界上神經(jīng)系統(tǒng)疾病的高發(fā)病率是社會的沉重負(fù)擔(dān)。因此，通過簡單的生活方式干預(yù)(運動、飲食、認(rèn)知訓(xùn)練和社會參與)來發(fā)現(xiàn)能夠降低患病風(fēng)險的關(guān)鍵機(jī)制，將是未來50年的研究重點。對遺傳和環(huán)境因素的研究同樣會影響未來的公共衛(wèi)生政策和醫(yī)療項目。體內(nèi)實驗的結(jié)果將得到干細(xì)胞誘導(dǎo)的類腦器官研究結(jié)果的補充。這種腦器官是一種發(fā)育中的人腦模型。在新的分子和成像技術(shù)的幫助下，我們有望發(fā)現(xiàn)人類大腦發(fā)育早期特定細(xì)胞群的功能。未來50年的研究將進(jìn)一步幫助我們理解信號通路、可塑性機(jī)制和膠質(zhì)細(xì)胞等非神經(jīng)元因素調(diào)控的突觸形成及其過程(Dityatev et al .，2010) [10] [11] [12]。。后續(xù)的技術(shù)進(jìn)步將解決類腦器官中的血管和支撐結(jié)構(gòu)問題，使類腦器官能夠長得更大更快，其復(fù)雜程度更接近發(fā)育中的人腦。這些發(fā)展將開啟體外研究的新時代，并使研究人員能夠研究發(fā)育神經(jīng)生物學(xué)的所有方面。

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顯然，未來50年，我們不僅會對大腦有更全面的了解，還會看到神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域研究方法的改變。神經(jīng)科學(xué)家必須意識到多樣性在這些變化中的重要性。到目前為止，研究對象主要是不同物種的雄性[58]右利手個體。此外，大多數(shù)臨床試驗和基因研究測試歐洲人。這些系統(tǒng)性缺陷部分是由于神經(jīng)科學(xué)家本身缺乏多樣性。因此，神經(jīng)科學(xué)缺乏對女性大腦和性別差異的了解，F(xiàn)DA和EMA批準(zhǔn)的藥物在非白人人群中的療效下降。展望未來，我們需要注意研究人員和研究對象的多樣性。

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