登录窗口
作者登录 审稿登录 编辑登录 读者登录
订阅 | 旧版入口 | English
 
  • 首页
  • 期刊简介
  • 编委会
  • 作者投稿
  • 订阅指南
  • 联系我们
  • 过刊目录
首页>智库扫描>程和平院士:科技铸器开启脑科学研究新范式
程和平院士:科技铸器开启脑科学研究新范式
发布时间:2023-04-28   
   来源:科技日报   作者:程和平
点击数量:353次

程和平 中国科学院院士、北京大学国家生物医学成像科学中心主任

脑科学研究刚刚起步,更大的成果正等着我们去探索,未来这个世纪可能会被称为脑科学的世纪。

为脑科学研究打造装备

脑科学研究包括“读、释、写、仿”四个方面,是一门高度交叉的新兴前沿学科。

“读”就是获取大脑信号处理过程中的动态变化,即“读取”脑信号。“释”是在获取海量数据后,解码脑信号。光靠能够捕捉脑信号的仪器和经典的数据分析技术是不够的,这时就需要借助深度学习训练神经网络等类脑人工智能技术,反过来帮助我们来解读脑信号。

“写”是通过施加刺激,如脑机接口,来干预脑、调控脑。“仿”的意思很广,我这里的“仿”主要是指脑模拟,模拟一个核团、一个区域,从而发现或验证脑机制、发现新原理,并推动人工智能的发展。个人认为,脑科学对临床脑医学、未来脑科学产业的发展是大有帮助的。

我是给脑科学研究打造装备、给脑科学“打工”的,主要工作是研发观测装备,搭建新型平台, 并通过平台探索脑科学等复杂科学的研究范式。

为开发“读”工具,我们团队于2017年成功研发了一种高速、高分辨率的微型化双光子显微镜,探头重量仅为2.2克,其在自由行为小鼠大脑皮层上实现了神经元和神经突触稳定、清晰的记录。2021年,第二代微型化双光子显微镜问世,其成像视野较第一代扩大了7.8倍,工作距离扩展至1毫米,并实现了三维空间中近千个神经元的功能成像。微型化双光子显微成像技术的突破,开启了研究大脑神经元结构和功能的新范式。

2023年2月,我们团队在《自然方法》杂志在线发表了最新研究成果——重量仅为2.17克的微型化三光子显微镜。新研制的微型化三光子显微镜一举突破了此前的成像深度极限,显微镜激发光路可穿透小鼠大脑皮层和胼胝体,实现对小鼠海马CA1亚区的直接观测记录,神经元钙信号最大成像深度可达1.2毫米,血管成像深度可达1.4毫米,为揭示大脑深部神经机制提供了又一“利器”。

为满足国家载人航天及空间脑科学研究的需求,我们团队自主研制出空间站双光子显微镜,并于2023年2月对其进行了在轨验证实验并取得成功。此次实验实现了多项“第一”,包括世界上首次实现双光子显微镜在轨正常运行、国内首次实现飞秒激光器在轨正常运行、国际上首次在轨观测航天员细胞结构和代谢成分信息,该成果为未来利用中国空间站平台开展脑科学研究提供了重要的技术手段。

生命科学需要新型研究平台

为支撑中国“脑计划”,基于我国科学家主创的前沿技术,我们建成了“南京脑观象台”,其具备“读、释、写、仿”四项功能。该平台由相关领域专家领衔建设,正在开展脑科学“探索计划”项目,主题涉及皮质工作记忆、睡眠、自闭症、抑郁症、神经药理学和神经元再生等。

还有一个好消息。作为国之重器,“多模态跨尺度生物医学成像设施”的建设正在如火如荼地进行,预计于今年底投入试运行,2024年完成国家验收。严格来说,多模态跨尺度生物医学成像设施就是“生命观象台”,它把几十种模态,两两融合、三三融合,最多可以做到六七种融合的模态,进而形成一些新的研究范式,其能够帮助我们更好地理解大脑。

依托此成像大设施,我们已启动“早鸟项目”,面向全国科技界滚动征集合作立项建议,计划在未来3—5年内发起生命科学领域的大科学计划,充分发挥“科技航母”的战略价值。

大科学时代的生命科学特别需要新工具、新型研究平台。工具和平台需要学科支撑,也需要产业支撑,更需要创新人才支撑。

未来,更多新工具的开发以及新范式的探索,特别是大科学时代有组织的科研新范式,将为提升我国生物医学研究的整体水平、实现高端生物医学仪器装备的“中国创造”提供强有力的战略支撑和保障。





推荐文章
  • 油气安全战略与“双碳”战略:关系与路径
    百年变局叠加世纪疫情给全球能源安全敲响警钟,深刻理解能源转型...
  • 2023年中国经济增长速度的预测分析与政策建议
    受新冠肺炎疫情及采取的对应措施等因素的影响,2022年中国经...
  • 《2022研究前沿》——11个大学科领域发展趋势与重点研究问题
    2022年12月,中国科学院科技战略咨询研究院、中国科学院文...
  • 《2022技术聚焦》——20个高影响力专利技术焦点分析解读
    2022年,中国科学院科技战略咨询研究院研制《2022技术聚...
  • 新时代科技强国战略
    科技强国是现代化强国的核心要义,科技现代化是中国式现代化的重...
  • 科技改革十年回顾与未来走向
    文章从科技宏观治理、攻关应急体制机制、科研人员全职业生涯、科...
专题
  • 专题:生物制造——回顾与展望
  • 专题:智慧农业的发展与思考
  • 专题:人工智能与公共安全
  • 专题:纪念中国科学院学部成立70周年
  • 专题:人工智能与未来社会
  • 专题:科技创新与产业创新深度融合
  • 专题:高端制造的现状与未来思考
  • 专题:国家关键技术战略的认识与对策
  • 专题:大力推进科研范式变革
  • 专题:国家公园现代化治理体系建设
  • 专题报道
  • 专题:新时期重大科技基础设施建设理论与实践
  • 专题:“十五五”区域协调发展与国土空间发展格局优化
  • 专题报道
  • 专题:黄河流域科技创新研究与对策
  • 专题:科技创新引领现代化产业体系建设
  • 专题:前沿科技伦理风险及其治理
  • 专题:中国能源发展战略研究
  • 专题:科技预算绩效评价的理论与实践
  • 专题:中国生态文明建设进展与成效
  • 专题:技术经济安全理论与实践
  • 专题:开放科学发展趋势与治理策略
  • 专题:综合防治荒漠化 打赢“三北”攻坚战
  • 专题:科技创新支撑“一带一路”高质量发展
  • 专题:主要“一带一路”共建国家气候变化影响和适应研究
  • 专题:跨越“中等技术陷阱”与实现中国式现代化
  • 专题:构建自立自强的信息技术体系
  • 专题:新材料科学发展战略思考与创新实践
  • 专题:智库双螺旋法应用及实证研究
  • 专题:海洋观测探测与安全保障技术
  • 专题:中国空间科学——战略与突破
  • 专题:科技与金融融合逻辑与建议
  • 专题:数据要素市场化配置问题探究
  • 专题:中国战略性关键矿产资源安全研究
  • 专题:“双循环”格局下中国区域创新
  • 专题:哲学助力科技创新
  • 专题:绿色“一带一路”建设的挑战与应对
  • 专题:服务碳中和目标的海洋负排放技术路径与战略思考
  • 专题:哲学与科学
  • 专题:生物多样性保护与生态文明
  • 专题:生态草牧业高质量发展
  • 专题:建党百年·青年说
  • 专题:碳中和目标背景下的能源转型
  • 专题:科技助力“黑土粮仓”建设
  • 专题:科技伦理治理的战略研究
  • 专题:有组织的基础研究
  • 专题:新时代科学基金运行体系与管理研究
  • 专题:融合科学与开放数据
  • 专题:黄河流域生态保护和高质量发展
  • 专题:科技领航黄河三角洲农业高新技术产业示范区高质量发展
  • 专题:湾区比较研究
  • 专题:荒漠化治理与可持续发展
  • 专题:“十四五”规划的区域战略与空间治理
  • 专题:长江经济带高质量发展
  • 专题:公共卫生应急体系建设的战略思考
  • 专题:环境污染与人体健康
  • 专题:科技评价——实践与展望
  • 专题:畜牧业可持续发展
  • 专题:水声信号处理和声呐技术·发展现状和展望
  • 专题:中国高性能计算发展战略
  • 专题:行星科学——新学科·新梦想
  • 专题:国际新形势下知识产权保护研究
  • 专题:中国科技70年·回顾与思考
  • 专题:战略生物资源的保护与利用
  • 专题:2030年可持续发展目标的理论、指标与实践
  • 专题:土壤与可持续发展
  • 专题:知识产权转化与运营
  • 专题:“丝绸之路经济带”中亚能源地缘配置与国家安全
  • 专题:科学普及问题政策研究
  • 专题:分子模块设计育种
  • 专题:环境微塑料污染与管控策略
  • 专题:中国科学院·改革开放四十年
  • 专题:传统工艺的认知与振兴
  • 专题:国家生态保护与建设工程生态成效评估
  • 专题:心理学与社会治理
  • 专题:大气灰霾追因与控制
  • 专题:中国微生物组计划
  • 专题:“一带一路”建设对策研究
  • 专题:土壤微生物组
  • 专题:建成遗产
  • 专题:作物病虫害的导向性防控
  • 专题:青藏高原综合科学研究进展
  • 专题:气候变化的全球治理
  • 专题:科技促进农业供给侧结构性改革
  • 专题:生物传感与器官芯片
  • 专题:“十三五”区域发展战略研究
  • 专题:分布式可再生能源和智能微网
  • 专题:2015/2016超级厄尔尼诺事件研究
  • 专题:精准扶贫重大战略与政策研究
  • 专题: 生物安全——新问题、新挑战
  • 专题:绿色设计
  • 专题:空间科技助力“一带一路”建设
  • 专题:信息化变革科研模式
  • 专题:“一带一路”生态风险与地缘战略
  • 专题:脑科学与类脑智能
  • 专题:现代智库建设及其思想传播
  • 专题:知识产权强国建设
  • 专题:海岸科学与可持续发展
  • 专题:心理健康研究与服务
  • 专题:当代国家凝聚力研究
  • 专题:海洋科学发展现状与展望
  • 专题:云计算创新发展战略
  • 专题:在线社交网络分析理论和技术
  • 专题:西藏经济社会与科技协同发展
  • 专题:土壤与生态环境安全
  • 专题:可持续发展从行动走向科学
  • 专题:创新发展政策研究
  • 专题:土壤与可持续发
  • 专题:落实全面深化改革的科技思考
  • 专题:生物计算机研究进展
  • 专题:科教国际化发展战略
  • 专题:互联网产业发展战略
  • 专题:标准化发展战略
  • 专题:土壤重金属污染治理
  • 专题:可持续发展的难点与热点
  • 专题:生态系统服务与评估
  • 专题:知识产权战略与创新驱动发展
  • 专题:我国空间科学发展的挑战和机遇
  • 专题:知识产权的法制保障
  • 专题:城镇化战略研究
  • 专题:现代农业
  • 专题:大气灰霾追因与控制
  • 专题:知识产权管理
  • 专题:科研信息化
  • 专题:农业物联网
  • 专题:国家创新平台建设
快速通道
作者登录
编辑登录
审稿登录
读者登录
过刊浏览
点击排行
下载排行
引用排行
RSS
E-mail
文件检索
返回首页

 
 
您是第34799885位访问者!
1996-2021 中国科学院版本所有 备案序号: 京ICP备05002857
地址:北京三里河路52号 邮编 100864 Email:bulletin@cashq.ac.cn
技术支持:北京勤云科技发展有限公司