腦科學問題是人類社會面臨的基礎科學問題之一，是人類理解自然和人類本身的“終極疆域”。有專家預測性地指出，21 世紀將是腦科學的時代。腦科學的發展已達到令人矚目的地步，圍繞腦科學的大國間博弈日趨激烈。作為建設中的科技強國，中國神經科學和類腦智能已經進入必須有所作為、不進則退的關鍵時期，需要全面把握腦科學領域發展動向、大趨勢、國內外關鍵差距，及時提出具有高度針對性的對策。
國際神經科學發展基本態勢
腦科學正孕育眾多顛覆性技術
腦科學是在當代多學科交叉會聚背景下，傳統經典學科重新崛起的重大研究領域的典型代表。與遺傳學、化學、物理學、材料學、工程學、計算科學、數學、心理科學、社會學以及其他基礎學科的高度跨學科交叉，高通量工具和新型成像技術，NBIC（納米科技、生物技術、信息技術、認知科學）會聚技術、生物大數據概念的提出等，為記憶、思維、意識和語言發生等重大神經問題提供了全新的研究思路和有效方法。Tony Hey等提出目前人類正處於神經生物學這一研究方向的起點，預計神經元群體信息學將湧現出一批新方法、工具及亞學科。並堅信計算方法將帶來更有效的理解神經系統表示方法和語言，而這些方法和語言對神經生物學家深入理解神經系統的感覺、學習和決策的神秘機制將是必不可少的工具。
中國科學院《科技發展新態勢與面向2020年的戰略選擇》提出，目前發達國家紛紛加大腦科學的研究投入，探索思維和智力的本質，直面神經發育的缺陷、神經退行性疾病、心理病患和精神健康，以及發展腦式計算等問題。國際上，腦科學的發展正處在革新的十字路口，即從強調個體細胞的結構與功能到強調特定的腦功能神經連接通路和網絡結構的解析以及模擬，將致力於人類腦神經全基因組關聯研究，建立神經連接組學的標準，積累大數據，研發一系列新技術，包括各種神經影像技術、腦-機接口、神經科學生物銀行、功能性移植腦刺激、虛擬現實及遠程監控技術等。
腦科學對經濟社會發展影響越來越大
美國國防情報局（DIA）委託美國科學院開展的《新興認知神經科學及相關技術》報告指出，未來20 年，與腦科學有關的科技進步很可能對人類健康、認知、國家安全等多個領域產生深遠影響。
闡明腦科學的內在規律，越來越需要開展多學科、多層次的研究
準確地理解大腦的正常功能機制和神經精神疾病的發生發展過程，需要整合宏觀-介觀-微觀的信息，在時間和空間上都貫通起來，對一些重大問題的研究必須在不同層次上進行。腦認知功能是通過大腦內大量神經元極端複雜的連接以模塊化的多層次結構實現的。這一複雜性在微納米尺度表現為突觸連接的分子構架與信號傳遞，在百微米尺度表現為大腦皮質功能柱等局域神經迴路與信息編碼，而在宏觀尺度則表現為不同腦區的連接與認知功能的實現。這樣才有可能形成完整的認識，有利於問題的闡明。
腦科學相關技術本身存在“兩用性”風險越來越值得關注
腦科學相關技術本身同時存在“兩用性”風險，在醫療衛生、軍事、教育等方面的應用可能會引起一系列安全、倫理和法律問題。美國生物倫理總統諮詢委員會（PCSBI）2014 年5 月發佈的《大腦重要性：綜合神經科學、倫理學和社會的方法》報告指出，由於對人腦的研究涉及到了自我身份認同這一核心問題，神經科學研究項目的倫理風險已經達到最高，倫理學家和科學家應該在研究計劃的最初階段共同探討這個問題，進行雙方對話，並提出將倫理道德概念系統化地融入神經科學研究中以降低風險的系統建議。
英國納菲爾德生命倫理學理事會在《新穎神經技術面臨的倫理問題》指出，有5種與新穎神經技術相關且值得特別注意的倫理事務：1）保障安全，出於干預風險；2）保護隱私，存在無意識的影響；3）促進自主性，支持患者的醫療決策和患者對於自己是誰的身份認同；4）促進平等性，獲取創新產品方面也有很重要的公共利益，阻止社會恥辱感和歧視；5）保護和促進公眾對新穎神經技術的理解和信任。
主要發達國家及中國的戰略部署
近年來，神經科學和類腦人工智能上升為有關國家的科技戰略重點或力推的核心科技發展領域。世界各國普遍重視腦科學研究，相關科技規劃集中推出（表1）。西雅圖艾倫腦科學研究所（Allen Institute for Brain Science）、谷歌公司等一大批研究機構和企業，紛紛加入這一快速興起的領域。總體看，圍繞腦科學的國際競爭博弈日趨激烈。
表1 國際腦科學相關規劃計劃及關注領域例舉
美國全面佈局，重視疾病應用導向及重大技術的攻關
美國推進腦科學領域全面佈局，重視應用導向和重大技術攻關。“神經科學研究藍圖”主要由美國國立衛生研究院（NIH）資助，其在腦科學研究中的投入穩步增長。“神經科學研究藍圖”框架整合NIH主任辦公室及其下屬15個研究所（中心）的力量，針對單個機構無法完成的重大科學問題，共同開展研究，推動研究的交叉。在其努力下，腦科學領域出現了新的科研組織形式（多元化大團隊、公私合作、新型研究機構），如號召大規模組織學術機構（無論大小）和實驗室共同參與構建神經科學數據集；由NIH代表的政府機構、工業界和基金會共同參與的阿爾茨海默症的神經影像學行動計劃（ADNI），其中心目標是確定阿爾茨海默症發病機制，並應用於提高臨床試驗。有別於傳統的學術研究組織——西雅圖艾倫腦科學研究所重點研發和提供神經科學研究工具和設施，這些新型組織形式的共同特點是科學交流頻繁，並實施嚴格的數據公開、共享政策。
新實施通過推動創新型神經技術開展大腦研究（BRAIN）計劃。2013 年4月，美國總統奧巴馬宣佈啟動了BRAIN計劃，並計劃首年投入1億美元資助該計劃推進。美國國防高級研究計劃局（DARPA）、美國國立衛生研究院（NIH）、美國國家科學基金會（NSF）分別承擔技術工具開發、腦機產品發明、基礎設施建設的工作；此外美國食品藥品監督管理局（FDA）、美國情報高級研究計劃局（IARPA）和美國能源部（DOE）陸續加入。民間機構負責配合BRAIN計劃研究，推動神經科學的研究成果轉化。據不完全統計，美國4傢俬營機構、5家企業、11所大學或基金會參與了BRAIN計劃的研究工作，其在神經科學方面的投資力度並不低於BRAIN計劃的國家撥款。
歐盟和歐洲國家重視神經疾病研究，開展大腦模擬研究及應用
表2 歐洲人類腦計劃簡要內容
德國神經科學研究計劃目前主要集中在德國聯邦教育與研究部（BMBF）開展的“國家伯恩斯坦計算神經科學研究網絡項目”，目前研究網絡至少包括4個研究中心，分別負責神經信號確認與變異領域研究、認知動態過程領域研究、適應性認知領域研究、負責時間與空間認知領域研究。研究網絡內有20多個地區200多個來自不同研究機構的研究團隊。
日本和韓國注重長期重大科技計劃和整體佈局
日本長期大力推動腦科學佈局，目前已經從“認識大腦”“保護大腦”“創造大腦”轉型升級到技術“融合腦”“腦疾病”。日本曾於1996 年推出“腦科學時代”計劃綱要，提出在未來20 年內，以每年1000億日元的支持強度，大力推進腦研究，使日本的腦科學達到甚至領先於國際水平。該計劃實際投資額約為每年80億~90億日元（約1100萬美元）。2008年，日本進一步提出“腦科學研究戰略研究項目（SRPBS）”，並確定四大領域：1）腦科學與教育、社會（“社會腦”）；2）腦科學與身心健康（“健康腦”）；3）腦與信息產業（“信息腦”）；4）基礎技術開發。隨後，2014 年出臺為期10 年的“Brain/MINDS 計劃”，則聚焦於以狨猴大腦為模型研究腦功能和腦疾病的機制。
韓國立法確定腦科學研究的戰略地位、實施2個10年推進計劃。韓國在1997年發佈“腦科學研究推進計劃（1998—2007）”，並在2007 年12月發佈第二輪“腦科學研究推進計劃（2008—2017）”的戰略計劃。僅從經費規模看，第一次推進計劃10 年總投資3180 億韓元（約2.7 億美元），而新的推進計劃10年投資預計將達到15000 億韓元（約13 億美元），資助力度大大增強。新的戰略計劃特別加強腦研究各領域間的合作及融合研究，進而提出“腦認知”“腦融合”2個新的發展領域。
國際神經信息學協調委員會重視神經信息技術發展
國際神經信息學協調委員會（INCF）成立於2005年8月，截至目前共有比利時、捷克、芬蘭、法國、德國、印度、意大利、日本、荷蘭、挪威、波蘭、瑞典、瑞士、英國、美國15個成員國。INCF旨在建立一個有關神經系統所有數據的全球知識管理系統和網絡協同研究環境，組織全世界最頂尖的研究機構和科學家，開展全球性腦科學科研大協作。任務是協調全球神經信息學工作、制定神經信息學的發展計劃、工作指南、數據標準和共享規範。2010年，INCF發佈2011—2015戰略計劃，這項計劃提出繼續實施完善數字化大腦圖譜、神經結構的本體學、多尺度模型和最小元數據標準四大項目。
中國戰略部署
黨和國家高度重視神經科學的發展。習近平總書記在全國科技創新大會、兩院院士大會、中國科協第九次全國代表大會上的講話中指出：“腦連接圖譜研究是認知腦功能並進而探討意識本質的科學前沿，這方面探索不僅有重要科學意義，而且對腦疾病防治、智能技術發展也具有引導作用。”在十八屆五中全會上，習近平總書記指出：“從更長遠的戰略需求出發，我們要堅持有所為有所不為，在航空發動機、量子通信、智能製造和機器人、深空深海探測、重點新材料、腦科學、健康保障等領域再部署一批體現國家戰略意圖的重大科技項目。”
總體上，神經科學地位關鍵，對於搶抓未來15~30年智能科技革命和人類超智能社會發展先機，保障中華民族創新素質與智力、護航“健康中國2030”戰略，為國民經濟三大產業的轉型升級、國防科技下一輪變革提供戰略性科技支撐，都具有戰略性影響和全局性意義，必須高度關注。
神經科學方向技術預測與發展戰略路線圖研究進展
戰略性、引領性科技領域亟需戰略路線圖研究
從國家戰略與技術預見的功能看，中國正在實施創新驅動發展戰略，期望通過大力提高自主創新能力，來實現經濟社會的科學發展，而在實施創新驅動發展過程中，日益凸顯戰略路線圖的必要性、重要性和緊迫性。而日臻完善的技術預見，完全能夠肩負起戰略導航這一重要職能。戰略性技術路線圖和技術預見作為重要的創新管理工具，以創新規律為引導，以滿足經濟社會發展預見性戰略需求為目標，能夠從紛紜複雜的科學—技術—產業—經濟—社會動態互動關係中，找出關鍵性科技發展路徑。
從科技戰略與學科發展階段看，全球新一輪科技革命和產業變革加速推進，科技前沿群體性突破和顛覆性創新不斷湧現，神經科學處於關鍵變革期。十八屆五中全會把創新發展理念置於五大理念之首，提出要把創新擺在國家發展全局的核心位置，充分發揮科技創新在全面創新中的引領作用，體現了中央對科技創新前所未有的高度重視。同時，科技創新進入歷史新階段，未來科技發展戰略要從緊跟發達國家轉變為在全面把握世界科技發展態勢的基礎上加速趕超引領的步伐。通過技術預測，科學把握科技創新的新形勢，用前瞻的眼光識別技術發展機會，找準創新突破口，明確創新主攻方向，對於深入實施創新驅動發展戰略、建設世界科技強國非常關鍵。
國內外神經科學相關技術預見特點
國際上關於神經科學專題性的技術預見工作還未見報道，多屬於綜合性技術預見。例如，日本已經完成第十次技術預見（2015年）；歐盟發佈《歐盟委員會應當做好抓住未來機遇的準備——2030年前瞻前景圖》，前瞻7大領域到2030年的未來科技趨勢及其對歐洲的影響；英國的技術預見採用靈活的滾動項目組織形式，已經完成“認知系統”“技術與創新未來”“未來的識別技術”等項目。從具體預見內容看，美國國立衛生研究院的《腦科學2025》、歐盟人類大腦計劃、韓國腦計劃和日本腦計劃在某些程度上也採用、印證技術預見的一些原理或重大技術預見活動的部分成果。例如，歐盟2030年前瞻全景圖提出的“綜合、精準的模型將促進神經科學發展，也將催生新穎、低功耗的神經形態多處理器系統和腦啟發的機器人、更強大的新超級計算機、先進的機器學習與決策理論和系統”，在歐洲人類腦計劃中就有所呼應。
21世紀以來，中國逐漸興起系統性的技術預見活動。國內方面神經科學相關的技術預見通常包含在中期、中長期和長期三類尺度的綜合性預見計劃中。例如，國家自然科學基金委員會和中國科學院學部歷時2年多聯合開展研究的重要成果《未來10年中國學科發展戰略·腦與認知科學》（2012年出版），以10年為尺度，全面總結了近年來腦與認知科學的研究現狀和研究動態，客觀分析了學科發展態勢，從學科的發展規律和研究特點出發，前瞻性地思考了學科的整體佈局，提出了腦與認知科學的重要科學問題、前沿方向及中國發展該學科領域的政策措施等。中國科學院《中國至2050年重大交叉前沿科技領域發展路線圖》則以未來10年（2010—2020年）、未來10~25年（2020—2035年）、未來25~40年（2035—2050年）尺度，集中探討了包含“腦與認知科學及其計算建模”在內的5個重大交叉前沿領域的重要性、研究現狀、發展態勢和麵臨的挑戰，提出了發展戰略目標，分析了有關領域近期和中長期的發展戰略及主要可能的突破，併為中國在這些領域的發展提出了若干政策建議。科技部自2013年以來開展了第五次國家技術預測，完成中外技術競爭對比分析、預測調查、領域關鍵技術遴選工作，形成三跑並存、跟跑為主的科技發展水平總體判斷，包括生物領域在內的14個領域各自遴選出的10項重大突破類和10項重大效益類備選國家關鍵技術，為中央科技創新重大決策提供了有力支撐。“中國工程科技2035發展戰略研究”組織開展了未來20年中國工程科技技術預見活動，提出未來20年中國工程科技需要發展及可能實現的技術清單，選擇關係全局和長遠發展的重點技術方向和關鍵技術，其中就遴選出“人工智能及大腦模擬關鍵技術”等。
總體看，國內外相關技術預測有一定基礎，圍繞神經科學的技術預測判斷科學性和預見性都很強，但隨著當前國內外科技經濟形勢深刻變化，客觀上迫切需要開展神經科學為核心的技術預測活動。
中國科學技術協會“神經科學方向預測及技術路線圖研究”及研究方法
2016年，中國神經科學學會承擔了中國科學技術協會“神經科學方向預測及技術路線圖研究”項目，目標是在總結學科發展規律和特點、分析比較學科的國內外發展現狀基礎上，以神經科學與中國未來經濟社會發展前景關係的系統性刻畫和描繪為重點，預測學科和相關技術的未來發展趨勢，分析中國神經學科的重點發展方向和研究領域以及推動學科發展的有效機制，提出學科及相關領域發展路線圖，為謀劃學科佈局、搶佔科技發展制高點以及促進相關產業發展和民生建設提出戰略決策諮詢建議。
系統分析背景資料
運用數據挖掘、文獻分析等方法收集大量的文獻數據，通過對數據的分析初步明確行業或領域內的重大發展趨勢、對未來發展可能產生重大影響的戰略規劃或計劃，以及可能的候選關鍵技術。相關文獻材料主要分為4類：戰略規劃或計劃；學術研討會報告、智庫報告或行業諮詢報告；圖書專著和專業期刊資料。
目前，採集的戰略規劃或計劃信息主要包括美、歐、日等國家或地區及其重點研究機構的腦神經科學的戰略規劃與重大計劃、科技創新戰略等，例如美國的《通過推動創新型神經技術開展大腦研究倡議》、美國DARPA《保障國家安全的突破性技術》、美國國立衛生研究院《腦科學2025：科學遠景》、歐盟《人類腦計劃向歐盟的報告》和《類腦計劃框架合作協議》、日本《用於疾病研究的綜合性神經技術和大腦圖譜》，對相關國家的人工智能戰略規劃也進行了簡要分析。同時，對中國的相關戰略規劃也進行了信息掃描和採集，例如《“十三五”國家基礎研究專項規劃》《北京市科學技術委員會“腦科學研究”專項實施方案》、“上海腦科學與類腦人工智能發展願景”、類腦智能技術及應用國家工程實驗室等。
採集的學術研討會報告、智庫報告或行業諮詢報告主要涉及相關科技智庫、科技項目資助機構、行業組織和社會組織等關於神經科學或人工智能方面的比較系統的論述與觀點。例如G7—科學院聯合體的腦研究宣言，美國生物倫理總統諮詢委員會《大腦重要性》系列報告、美國科學院《新興的認知神經科學及相關技術》、美國工程院《21世紀人類面臨的14大科技挑戰》、英國皇家學會《腦浪潮》系列報告、美國國家科學基金會《白皮書：阻礙腦科學進步的主要障礙》、美國信息技術與創新基金會《萬億美元產業機遇：腦科學研究如何促進健康與繁榮》、國際阿爾茨海默病協會《全球阿爾茨海默症報告2016》、歐洲腦科學理事會《歐洲腦科學研究共識》、愛思唯爾公司《腦科學與神經科學研究全球動向報告》等。同時，對部分與未來人類社會相關的技術預見報告也進行了信息採集，例如歐盟委員會《應當做好抓住未來機遇的準備——2030年前瞻前景圖》、美國國家情報委員會（NIC）的《全球趨勢2035》報告等。
還對重要神經科學研究基礎設施相關信息、重要期刊的神經科學專題綜述信息進行採集，例如《Neuron》2016年第92卷11月期關於世界主要國家腦（神經）研究計劃的系列文章、《中國科學院院刊》2016年31卷第7期“腦科學與類腦智能”專題文章、《中國科學：生命科學》2016年46卷第2期“中國腦科學和智能科技的發展戰略專題”等。此外，參考借鑑了部分內部資料，包括：中國計算機學會多媒體專業委員會《類腦計算的研究進展與發展趨勢》、中國科學院院士上海浦東活動中心《關於推進腦科學與人工智能融合發展的相關建議》、國家自然科學基金委員會“認知神經科學前沿及交叉”雙清論壇、上海市軟科學研究計劃項目“腦科學與人工智能技術的路線圖專題研究”的部分成果等。
情景分析與技術體系圖繪製、調研穿插融合
利用情景分析法識別出創新的主要影響因素，並根據主要影響因素的變動情況制定出多個情景。先繪製領域內技術發展的路線圖，應用簡潔的圖表描述技術變化步驟或相關技術環節之間的邏輯關係，發現領域內的熱點技術。之後利用德爾菲法對專家進行匿名問卷調查收集意見，確保所發現的熱點技術具有可行性。這3種方法相結合使用進行產業技術路線圖制定和技術預見起到互補的作用，為領域內技術發展方向的確定提供了理論支持，為技術預見方法的發展提供了新的視角。
專家訪談貫穿路線圖研製過程
本研究對參與調研專家的選擇突出專業性、權威性和全面性，為充分發揮技術預見專家網絡優勢，遴選包括來自政府界、產業界、學術界、行業協會、創新中介組織和社會公眾等不同利益體中的專家，以求調查結果能反映科技研究、技術應用、經濟社會需求及產業發展等多方面意見。通過廣泛徵集和推薦，共錄入各領域專家近100名。在情境分析階段、在技術遴選階段和政策建議階段，通過與專家的充分交流與溝通，分析、預測和選擇期望情景和可能的技術路線。
基金項目：中國科學技術協會學科發展引領與資源整合集成工程項目（2016XKYL03）
致謝：中國神經科學學會專家會員以及多家單位和業界專家學者參與支持本課題研究工作。
參考文獻（略）
注：本文發表於《科技導報》2018 年第10 期，敬請關注。
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