大脑是人体最复杂的器官,破译大脑运转密码、揭开生命之谜,是令无数科学家殚精竭虑的艰难课题。脑科学已成为21世纪最前沿的研究领域,而以色列脑科学研究发展快速、成绩斐然,治癌抗癌药物和治疗方法取得新进展,一批有关人类精神疾病、心脏病等疑难疾病的研究成果涌现。

发展的助力——良好的国内环境

以色列的脑科学研究为什么能够在其建国的短短数十年内发展得如此迅速且成果喜人呢?其背后的原因错综复杂,但毋庸置疑的是脑科学的发展离不开以色列国内良好的发展环境。

  1. 政府支持

以色列脑科学研究的发展得到了政府的高度重视和大力支持,将脑研究纳入优先发展领域。以色列前总统西蒙·佩雷斯(Shimon Peres)更是对此极为重视:他和特拉维夫大学Sagol神经科学学院以及以色列大脑委员会(IBC)共同倡议成立了以色列脑科技(IBT)。IBT是一个致力于推动以色列神经科技产业并将该国建设成为全球大脑技术创新中心的非营利组织。

为了迫使以色列将大脑研究作为重中之重,佩雷斯总统还建立了一个全国最优秀的科学大脑的志愿智库。此外,佩雷斯总统还提供了总额为200万新谢克尔的费用,以资助在本-古里安大学、特拉维夫大学、Bar Ilan大学、耶路撒冷希伯来大学和魏兹曼研究所神经病学系学习的学生。他坚信以色列最好、最深远的资产就是它的脑力,并认为在未来的十年内,许多大脑的秘密将被揭开。

  1. 奖项激励
  • 神经科技突破性研究与创新奖(BRAIN Prize)

该奖项由以色列脑科技(IBT)组织成立,旨在奖励在神经科学领域对对人生活产生重大影响或有巨大潜力的团队或个人,奖金为100万美金。

  • 数学神经科学奖(Mathematical Neuroscience Prize)

这是由以色列脑技术(IBT)设立的一个奖项,用以奖励在神经科学理论数学领域有潜力的研究人员,奖金额度为10万美金。

以色列脑科学研究机构

众所周知,脑科学是一项多学科、多领域交叉的又极其复杂的课题,所以就需要强有力的机构和专家进行推进。而以色列的脑科学研究机构就集中于其国内乃至在世界都处于领先地位的许多学术性大学或机构。

  1. 希伯来大学的脑科学研究中心(ELSC)

希伯来脑神经科学研究一直是希伯来大学最成功的领域之一。而希伯来大学的脑科学研究中心旨在革新当前的神经科学研究,建立一个由顶级科学家组成的强大的跨学科小组,共同探讨基因功能、脑神经回路及行为之间的关系。该中心的脑科学研究人员在细胞,分子和电路功能,学习和运动控制,计算和理论神经科学以及人类感知等许多领域都取得了国际上的成就。

  • 研究领域:

感觉和感知 (Sensation and Perception)

科学家们正在研究感觉输入如何与人类的运动计划相结合,包括研究视觉障碍人士的大脑的视觉区域是如何排列的。这种类型的大脑重组,对脑损伤后神经元再生的可能性具有重要意义。

运动计划和控制 (Movement Planning and Control

通过研究人类如何将视觉信息转化到脑部运动区域,采用脑机接口,即通过大脑接口控制人造机器人肢体,使人们有可能解开受大脑运动皮层命令控制的机器人肢体,使瘫痪或截肢的人们恢复生活质量。

计算神经科学(Computational Neuroscience)

理解大脑如何运作、感知、启动行动并引起意识觉醒。结合理论物理学,高等数学和最先进的计算机技术,创建了强大的工作神经网络模型,并最终发现控制神经元,神经网络和整个大脑行为的基本规律。发现这些规律将使我们能够修复受损的大脑,建立新的人工智能。希伯来大学的科学家从一开始就在这个前沿领域发挥了先锋作用,并继续取得显著的进展。

意识与认知(Consciousness and Cognition)

科学家正在研究信息是如何进入意识和认知的。研究人员使用先进的EEG和fMRI脑图工具来了解当人类意识到某些事情时大脑中会发生什么。此外,还包括针对大脑的学习和分类新信息的能力和信息处理的中断研究(如,诵读困难和精神分裂症)。

神经紊乱(logical Disorders)

希伯来大学的科学家在精神分裂症,抑郁症和老年痴呆症等疾病方面正在取得一些进展,并开始揭示这些疾病的机制。

  • 科学家介绍:

Haim Sompolinsky教授

2013年被以色列脑技术(IBT)授予第一届年度数学神经科学奖,奖金为10万美元。Sompolinsky教授擅长建立数学模型,描述集体行为和大脑中神经回路的信息处理,揭示组织的基本原理、大脑的动力学和功能,通过多尺度镜头观察大脑,跨越分子,细胞和电路水平。他说,“计算神经科学是一个充满活力和雄心勃勃的领域,它使用数学理论和模型来应对最艰巨的挑战-从回答有关大脑及其与精神的关系的基本问题到回答寻求医治大脑的衰弱性疾病。”

  1. 魏兹曼科学研究所

魏兹曼科学研究所的研究人员早已将研究神经退行性疾病和神经紊乱,包括那些倾向于老年人的疾病作为优先项目; 其中一些研究领域包括帕金森氏症、肌萎缩性侧索硬化症(ALS或渐冻人症)、由于创伤或中风引起的神经退化,尤其是阿尔茨海默病。

  • 研究成果:

压力和Alon Chen教授着重讲述了压力在衰老和年龄相关疾病中的作用。他已经表明,激素水平随着年龄的增长而变化,会增加阿尔茨海默氏症的发病风险,现在正在探索这种荷尔蒙调节系统的机制。陈教授还在研究压力如何导致抑郁症和焦虑症,这些症状通常与年龄相关的神经退行性疾病如帕金森氏症有关。

扭转阿尔茨海默氏症和神经变性的症状。发现免疫系统与大脑之间的联系的Michal Schwartz教授旨在减缓、阻止甚至逆转阿尔茨海默病、帕金森病、ALS和多发性硬化症(MS)等疾病的进展。她与Ido Amit教授一起,最近开发了一种抗体,帮助恢复老鼠的认知能力和脑细胞,从而实际上扭转了衰老的一些影响。两位科学家正在将这项研究制成一种疫苗,以减缓大脑老化的过程。

嗅出老年痴呆症。Noam Sobel教授研究人类嗅觉系统的许多复杂性,其错误功能可能是神经和认知恶化的早期征兆; 例如,一个众所周知的老年痴呆症的症状是错误的巧克力的气味橙子。基于这些知识,他设计了能够提供阿尔茨海默症早期诊断的嗅觉仪(产生气味的装置)。

  • 科学家介绍:

Yadin Dudai

Yadin Dudai是魏兹曼研究所的神经生物学院院长,是以色列科学大脑智库的带领人,是国际知名的记忆专家,他在大脑和记忆领域拥有200多种专业刊物。虽然他以学习和记忆方面的知识而闻名,但当他在西摩·本泽尔(Seymour Benzer)团队时,他也是行为可塑性神经遗传学领域的奠基人之一。

他还与理查德·莫里斯(Richard Morris)和蒂姆·布利斯(Tim Bliss)一起获得2013年度IPSEN奖,是以色列科学与人文科学院院士(2014年)的成员。

突出贡献:识别了第一个果蝇学习突变体,这是记忆遗传分析概念的关键证据; 发现了果蝇的记忆巩固,使其适合进行遗传分析,并且显示出巩固的普遍性; 分离单基因突变对基因编码与固结的影响; 阐明哺乳动物大脑皮层的记忆编码、巩固和实验性记忆消除的分子结构,以味觉关联为模型; 发现了记忆检索后引导联想记忆趋于稳定性的规则(“主导轨迹”模型); 以及数据驱动的假设。

  1. 特拉维夫大学 Sagol神经科学学院

特拉维夫大学的Sagol神经科学学院是以色列第一个和唯一一个多门学科交叉研究的神经科学学院,整合生命科学、医学、社会科学、精确科学和工程学院以及亚当斯脑部超级研究中心,从而拓展以色列和世界范围内神经科学发展的前沿。

  • 研究成果:

2017年12月31日,Uri Ashery教授团队的一项新研究表明,高压氧治疗能够显著改善小鼠的阿尔茨海默病。(“我们正处于一场大脑研究革命的边缘。科学家们现在意识到跨学科对话是必不可少的。”——Uri Ashery,Sagol神经科学学院神经生物学系教授。)

2017年12月21日,Ron Shamir教授最近的研究发现了基于血液的帕金森病征兆。

2017年12月21日,Liad Mudrik博士和Shamgar Ben-Eliyahu在探究脑部秘密时发现,通过大脑活动,心理压力对免疫系统的反应和癌症治愈几率的效应影响。

Oded Rechavi博士赢得Blavatnik奖

以色列科学家利用组织工程恢复了他们的神经功能和感觉,使脊髓断裂的瘫痪小鼠恢复行走。

  1. 巴伊兰大学Leslie & Susan Gonda多学科脑研究中心

该中心的研究侧重于研究各个层次的大脑-从成人和儿童行为到认知过程的大脑机制(包括神经元建模的实现和人脸探索无意识处理机制),以及分析神经细胞内重要分子的功能。研究方法涵盖了个人访谈,电生理学,从分子生物学到抽象数学建模等所有技术。

  1. 海法大学

海法大学在许多学科领域中处于前沿,拥有许多创新研究中心与机构,其中包括:心理压力研究中心;信息处理与决策研究中心;进化研究所;情感跨学科研究中心;大脑与行为国际研究中心。

  • 研究成果:

发现老年痴呆症与脑特定蛋白质分子活跃程度之间的联系,能在不损害大脑认知情况下控制该分子,为改善人类记忆、治疗和延缓老年痴呆症找到新方法;

研发出一种生物分子可减少患糖尿病的痴呆症患者的发病风险;

初步揭示导致坏死性筋膜炎的发展机理,为找到可治疗和遏制这种潜在致命细菌的科学方法打开了大门;

发现一种可导致抑郁症的新机理,为研发新型快捷抗抑郁药物提供了可能;

发现大脑可能衰老的信号,这种独特的信号是认知能力下降和老龄化之间“缺失的一环”,这一发现有助于找到减缓或逆转老年人认知功能衰退。

  1. 本 – 古里安大学

学校最吸引人的尖端研发中心之一是ABC机器人学中心。它实现了农业、生物和认知机器人学多学科罕见的融合。此外,神经退行性/变性疾病(Neurodegenerative Diseases)也是其研究的主要方向,以此能够改善或治疗神经元死亡和相关疾病。

  • 研究成果:

研究发现包括帕金森病,阿尔茨海默病和亨廷顿病在内的许多神经退行性疾病,都是由于神经退行性过程而发生的,并且发现神经元丢失的细胞机制可提供新的诊断和治疗进展。

  1. 以色列理工学院脑研究中心-神经系统科学与工程

该中心在以色列境内(以及外)在神经工程领域拥有无与伦比的地位,并被公认为应用工程方法和原理研究神经系统的领导者。

  • 研究亮点:

Moussa BH Youdim开发了雷沙吉兰,一种由Teva Pharmaceuticals作为Azilect(TM)销售的用于治疗神经退行性疾病的药物。

  • 研究成果:

以色列理工学院开发出“试管脑组织”,用3D视图观察神经活动;发现给他汀类药物加入适量石榴汁可显着降低胆固醇水平,延迟心脏病或者中风。

以色列脑科学研究相关公司

除了相关的科研机构,许多以色列的公司也嗅到了脑科学发展的“商机”,一批公司相继成立,也研发出诸多成果、造福人类。

  1. BrainsGate

BrainsGate成立于2000年,是一家致力于为中枢神经系统(CNS)疾病患者开发创新疗法的医疗器械公司,总部位于以色列的凯撒利亚。它开发了一种用于神经刺激的新技术——蝶腭神经节,一个位于鼻子后面的控制着血液流向大脑的小神经中枢,可增加脑血流量。这项技术在许多中枢神经系统疾病中都有潜在的应用。该公司目前正专注于治疗急性缺血性中风,目前正处于临床试验阶段,有24小时的治疗窗口期,并有望获得初步疗效。其他正在研究的应用包括阿尔茨海默氏症、血管性痴呆及药物输送到大脑。

  1. INSIGHTEC

INSIGHTEC,成立于1999年,开发和销售Exablate平台,该平台为多种肿瘤科和妇科适应症提供了无创性治疗方法。Exablate平台采用了革命性的MRgFUS技术,结合了由磁共振成像(MRI)引导的高强度聚焦超声,借助于磁共振成像的引导,可以安全地消融靶组织,确保高效的治疗和最小的副作用。INSIGHTEC正在不断投资和扩展其现有的临床应用范围和科研潜力,范围从功能性神经外科到肿瘤科和妇科。迄今为止已进行了超过13000例的ExAblate治疗,MRgFUS技术为120多个医疗机构中的全球知名医生所接受。本公司已获得了众多的创新奖项–其中包括《华尔街日报》和《时代》杂志。INSIGHTEC是通用电气、Elbit Imaging、约克资本管理公司、GEOC恒通投资有限合伙公司和MediTech Advisors共同拥有的公司。

  1. ElMindA

EIMindA是一家致力于打造一个智能的、数据驱动的、人人都可以使用的大脑医疗保健系统的以色列公司:通过整合大数据存储库和深度学习算法,采用最先进的BNA(大脑网络激活)技术,以测量大脑不同部位的连接和通信方式,对大脑相关疾病的诊断、监控和治疗进行革命性的变革。EIMindA已经开发出了一种新的功能性脑成像和治疗支持模式,在空间上捕捉到脑电活动。这一技术揭示了大脑的动态神经心理功能和潜在的网络连接能力,能够诊断和治疗广泛的神经和精神疾病,同时也给神经刺激带来了突破。该公司于2017年初被选为陪同以色列总理内塔尼亚胡到中国进行正式访问的最具创新力的公司之一。

  1. BrainStorm Cell Therapeutics –对抗帕金森病和肌萎缩侧索硬化症(ALS)

BrainStorm Cell Therapeutics成立于2004年,是一家开发突破性干细胞解决方案的临床公司,被称为NurOwn。根据Eldad Melamed医生和Daniel Offen医生的研究,NurOwn是通过从患者体内提取干细胞并通过分化驱动它们,使其专门用于支持神经细胞再生和保护。该公司专注于治疗肌萎缩侧索硬化症(ALS,通常称为Lou Gehrig病)、帕金森病(PD)和多发性硬化症(MS)以及神经系统疾病导致从轻微的触觉、视觉和移动困难症状到更严重的后果,包括瘫痪,甚至死亡。

  1. Alpha Omega Engineering Ltd

Alpha Omega (简称AO) 是一家活跃于神经监测和刺激并用于治疗神经系统受损或紊乱疾病的公司,目前,AO被认为是植入深部脑刺激器(DBS)的神经外科设备领域的领导者。在世界各地有大约100家声誉良好的医院和300个神经科学实验室。其技术和产品核心是:将电极准确安全地放入大脑、记录神经活动、处理神经信号、准确地刺激神经元目标和无线技术。

  1. Aposense Ltd.

Aposense 是一家在以色列公开上市的生物制药公司(TASE:APOS),专门从事开发新型药物和分子成像的公司,致力于在细胞凋亡的基础上引入新的成像和治疗药物。应用领域:多种疾病类别,包括肿瘤学、神经学和心脏病学。

  1. NAN Instruments Ltd.

 

Nan Instruments 有限公司是一家提供记录脑部电路活动和神经元系统仪器的公司。该公司生产的电极定位系统的独特设计为客户在XYZ飞机上操作电极提供了强有力的工具。此外,该公司还提供一套可以处理100个电极的模块化系统。

脑科学研究的未来前景及应用

诚然,脑科学研究已成为本世纪最前沿的研究领域,尤其是跨学科的脑部研究已成为一个重要趋势。大脑作为人体最复杂的机体器官,其复杂程度难以想象,其功能之强大也远未被我们所认识。脑科学研究的终极目的是了解大脑、预防和治疗脑部疾病和开发人工智能。

  1. 了解大脑

由两部分组成:一是阐明行使“感知”、“情感”和“意识”的脑区结构和功能;二是阐明脑通信功能。

  1. 脑疾病预防和治疗

目标就是要征服脑疾病:一是控制脑发育和衰老的过程;二是神经性和精神性疾病的康复和预防。脑科学研究成果应用的首要目标是脑疾病的诊断和治疗,通过研究大脑的工作机理,以及通过建立动物模型研究大脑神经回路技术,从而更好地诊断以及治疗大脑疾病。随着脑科学的发展,一些困扰人类已久的脑疾病,如自闭症、心理障碍、抑郁症、上瘾及神经衰退性疾病、阿尔茨海默综合征、帕金森等都有望被最终攻克。

  1. 人工智能

通过开发仿脑计算机,研发人工智能。由两部分组成:一是发展脑型器件和结构;二是脑型信息产生和处理系统的设计和开发。脑科学研究成果将促进人工智能等技术的研发,这一领域的研究突破将引领新一轮的科技革命,并促使经济社会发展呈现出崭新的局面。

  1. 人工智能的广泛应用

在健康医疗领域,可以将传感器植入瘫痪患者脑部,患者就能够用大脑意念操控机械手臂,这大大便利了患者的日常生活。大脑传感技术依靠一个由数百个接触点组成的传感器实现,每个接触点对应大脑中特定的位置,能够即时“解码”从脑细胞和神经中传来的信号。信号被传递到电脑之后,由特定软件对照人体运动模式进行解码分析,并生成操作机械手臂的代码。

在工业创新领域,宝马公司的研发人员就借此成功改装了一辆宝马i3电动汽车,使其能够仅凭一个人的意念来远程驾驶。在展示中,通过将脑电波翻译成驾驶指令,可以控制这辆车在一个曲线跑道上行驶。

脑科学在中国的发展

在中国,脑科学研究也得到了越来越高的重视。“脑计划”也已作为重大科技项目被列入“十三五”规划,其战略部署为“一体两翼”。“一体”,就是以阐释人类认知的神经基础(认识大脑)为主体和核心,“两翼”,是指脑重大疾病的研究及通过计算和系统模拟推进人工智能的研究。

在2017年11月初,由中国前首富陈天桥设立的脑科学慈善研究机构——陈天桥雒芊芊研究院(TCCI)又牵手复旦大学附属华山医院、上海周良辅医学发展基金会,共同组建上海陈天桥国际脑疾病研究所(下称“上海脑疾病研究所”)。上海脑疾病研究所的性质是非营利性的独立法人,预计总投入5亿元人民币,一期投入5000万元人民币。这也是陈天桥在中国脑科学研究方面的第一笔重大投资。值得一提的是,陈天桥在4月曾对第一财经表示,未来每年将在脑科学研究方面投资大约1亿美元。

在国内,已有多家企业将脑科学技术进行产业化,主要有以神念科技为主的脑电传感芯片提供商以及视友科技、宏智力、回车电子科技等企业。

2017年11月18日“IBSS 2017第二届国际脑科学峰会”在深圳市虚拟大学创业园举行。

相信在不久的将来中国的脑科学也能够有所发展和壮大。

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