虽然有令人信服的据，但争论仍在继续:最近的研究结果表明，至少在成年灵长类动物中，海马区的神经再生不发生或很少发生然而，与过去的药物相比，今天的新药需要更长的治疗时间，并且不容易被FDA批准。[52]与过去30年癌症治疗的发展类似，神经系统疾病治疗领域的后续进展将大多由公众和政府支持的资金推动。美国“脑计划”从根本上推动了技术的发展，对神经系统疾病的诊断和治疗产生了深远的影响。其他针对特定疾病的项目有望加速研究和成果转化，如美国卫生与公众服务部攻克阿尔茨海默病的国家计划(美国卫生与公众服务部& # 39；一项由英国领导的痴呆研究项目补充了国家计划，该项目致力于利用联邦基金研究阿尔茨海默病[53]。。然而，一项最新研究表明，健康老年人的海马体中存在稳定的神经再生类脑器官利用病毒方法测量和操纵神经元活动的实验，将是研究神经回路形成和维持中经验依赖可塑性的关键。随着体内操纵细胞结构技术的发展神经发育的研究范围小到细胞中的生化过程，大到大脑在几十年的过程中会发生什么变化。虽然有许多有前途的领域，但我们认为，未来半个世纪的重要成就将在单细胞分化、神经发生和类器官方向。，神经科学家将更好地理解突触形成的机制，并将结构可塑性与突触可塑性和行为联系起来。
系统神经科学的快速发展受到测量行为和将行为与神经活动联系起来的方法的限制。神经科学家研究不同功能回路的能力也受到行为测量和定义的限制，这些行为通常由人类观察者手动或半自动定义，导致其节点过于简化，细节被忽略除了加深我们对神经发育的理解，类脑器官还为研究人员提供了一个研究人类大脑独特性的系统，使他们能够研究自闭症和精神分裂症等难以在动物模型中研究的疾病[35]。拥有形成持续数月甚至数年的功能回路的能力，神经科学家将能够通过比较健康细胞系和遗传缺陷细胞系对时间和环境压力因素的反应，研究基因、年龄和环境对大脑功能的影响。最终，类脑器官将成为筛选神经药物和检验基因治疗效果的标准模型，并进一步使人们能够研究通过自发脑组织替代技术恢复受损大脑的方法。。，这为这个问题增加了争议。这一持续的争议可能与在尸体组织处理中使用不同固定方法的技术限制、错误神经干细胞标记物的检测或仅啮齿动物模型的研究有关。

现在我们已经了解了大脑中的一些系统是如何单独工作的，并且已经发明了更好的方法来监测和控制神经元在时间和空间中的活动，下一步就是要了解神经元群和遥远的大脑区域如何共同工作来产生行为。高密度多点电极将在这一问题中发挥关键作用。

除了研究神经系统本身，还要思考如何组织和优化现有的研究体系。借鉴空间科学的发展，我们认为跨学科的研究手段是神经科学可持续发展的关键。目前，神经科学研究由几个国家的几个机构资助，但由不同国家的研究机构联合完成大规模、跨领域项目的例子越来越多。例如，大脑计划和人类大脑计划资助各个学科的科学家研究人类大脑。

但在过去的二十年里，新的遗传方法使研究人员能够在动物模型中更准确地操纵神经回路。对这些回路的研究加深了人们对知觉加工、运动控制和记忆的理解。到目前为止，大多数研究只是孤立地研究这些回路，因此我们对多脑区与回路相互作用产生的行为过程的了解仍然有限。例如，运动控制、感知处理和决策的回路是如何相互作用的？知觉加工如何影响准备好的行为？

除了治疗方面的进展，我们还将把生物学机制的研究应用于神经和精神疾病的诊断。具体来说，病因和分子机制将被纳入目前基于症状的诊断方法中。例如，基因鉴定用于诊断脊髓性肌萎缩症，分子变化用于诊断包括阿尔茨海默病在内的痴呆，无需神经病理学检查[54][55]。行为追踪器和AI等技术进步将帮助我们更好地了解正常和异常神经系统的功能，并治疗神经系统疾病。人工智能在人类血浆中发现了生物标记复合物，有助于诊断阿尔茨海默病[56]。这项技术将用于分析药物治疗中药物分子与生物分子的结合效价，然后加速药物发现。此外，新发现的与正电子发射断层扫描(PET)成像技术兼容的示踪剂有望成为一种有价值的诊断和预防措施[57]。

神经科学学会年会参与人数从最初的1395人发展到3万多人，其旺盛的生命力显示了其作为科学交流与合作高地的价值[65]。随着神经科学对未知的不断探索，学会团结科学家，协调工作，将在人脑研究中发挥越来越重要的作用。

在未来的50年里，它们将在理解神经元簇如何引导行为虽然在日常生活中可能不明显，但世界各地的公司都在将神经科学的结论应用到从办公室结构到营销策略的商业活动中。随着认知神经科学的发展，这种趋势会更加明显[63]。可穿戴神经科学产品有望快速提供用户反馈，以便商家为其进行个性化推荐[64]。神经科学在给商业公司带来利润的同时，也要警惕其逾越伦理底线。甚至意识方面发挥重要作用。意识是大脑深度研究中的一个重要课题，因为这种对自身和周围世界的感知可能会驱动认知功能(如规划行为和决策)，并受到疾病和其他影响大脑的条件的调节。利用最近实现的细胞分辨脑功能成像技术此外，对动物社会行为的测量还处于初级阶段。未来50年，行为神经生物学所用的研究方法会越来越像功能性分离神经回路的方法。计算机技术通过自动化的高通量无偏行为分析Brainbow是一种选择性标记分化和增殖神经元的技术[15][16]。这项基于Brainbow的新技术使研究人员能够监测神经祖细胞，以及它们如何形成复杂的回路来形成神经系统。尽管斑马鱼还远未成为主流，但自20世纪90年代中期以来，作为神经科学领域的一个模式，斑马鱼正在获得更多的关注。阅读并点击图片。，将极大地推动该领域的研究。现有的神经精神疾病(如焦虑和抑郁)模型通常过于简单，在社会环境中持续稳定地检测行为的能力将建立这些疾病的新动物模型。类似的方法(如使用家庭实验室、在线实验室和神经反馈)有望揭示以前未检测到的疾病症状和预测人类疾病风险的行为指标神经元的基因表达特征是研究特定细胞命运、迁移路径和连接方式的基础。此外，通过全基因组测序检测体细胞突变来确定细胞谱系[13][14]，会发现人类与其他物种脑细胞分布的异同。近年来，病毒介导的基因编辑技术使我们能够在体内进行光学测量，并操纵选定神经元的发育。这对于系统神经生物学家来说是一个很大的好处。这些新技术将基于环的实验推到了聚光灯下，并迅速阐明了神经元的相互连接和特定神经元群的作用。。[46][47][48][49][50]。，认知神经科学家将开始解开目前仍知之甚少的特定大脑区域的复杂性，如小脑、前额皮质和海马，以及多个大脑区域如何相互合作。例如，更高分辨率的脑成像技术将通过对回路功能的新认识，为神经调节干预(如经颅磁刺激和超声神经调制)铺平道路。这些基于神经回路的调节方法可用于通过调节具有不同功能的神经中枢来治疗神经精神疾病神经教育学是一门将发展与认知神经科学和教育策略结合起来的新学科[61]，它使我们能够了解患有阅读障碍、注意缺陷多动障碍和其他疾病的学生是如何学习的。这些知识被用来制定适合这些学生的课程。而认知心理学和认知神经科学在普通基础教育和高等教育中还没有得到广泛应用[61]。进一步的研究将有助于我们决定何时应该教授某些数学概念，以及如何安排教学计划以与生物节律相协调。在未来50年，我们预计神经教育学将得到更广泛的应用。
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结合活细胞成像技术，类脑器官可以大大加速驱动细胞命运、神经元迁移和突出延伸的复杂信号模式的研究。为系统建模和其他目的而发明的计算方法目前仅用于发育神经生物学，但这些方法将使研究人员能够研究时间和空间中看似无限的不同信号的复杂相互作用。这些信号决定了细胞的命运，神经元的迁移和神经回路的形成，但迄今为止大多数仍然只是单独研究。

在过去的50年里，随着膜片钳电生理学、PCR和基因组测序的发展，人们对思维、欲望和行为的细胞和分子过程有了更好的理解。相信未来50年，技术会有更大的进步，理念会有更多的共识。这些进展将有助于回答以下问题:大脑中数百亿个单独的神经元是如何协同工作产生行为的？什么样的脑部变化会引发疾病？是什么让人类的大脑独一无二？

光遗传学——大脑说，“要有光。”研究人员发明了一种用光刺激神经元的新工具。这项发明使我们能够更好地绘制大脑中神经元的连接，并有望战胜失明、疼痛和癫痫。

通过这些方法获得的数据将通过新发明的手段进行分析，如光遗传学[5]、化学遗传学[6]和基因编码钙指示剂可视化[7]，以检测、干扰和定义不同的细胞群。

1969年，神经科学学会(Society for Neuroscience，SfN)，作为一个链接各个领域神经科学家的组织，正式成立。在该学会成立50周年之际，其见习顾问委员会撰写此文，回顾神经科学在过去50年的重要研究，并展望未来50年可能出现的新成果。

发育神经生物学以细胞和分子神经生物学为基础，研究内外因素如何影响神经元、神经回路和大脑的发育，进而影响疾病风险和人类行为。

在过去的50年里，科学发现揭示了特定疾病对神经系统功能的影响。我们很高兴人类已经走过了自闭症、抑郁症、精神分裂症、痴呆症患者被羞辱、被边缘化、被特定机构收留的时代。如今，立法者和社会迫切需要神经科学家来解释这些疾病的发病机制，并找出如何有效地预防、监测和治疗这些疾病。未来50年，我们预测相关研究将解决以下问题:在神经系统变得异常之前，大脑在细胞和分子水平上发生了哪些变化？如何才能了解多因素导致的神经系统疾病的复杂性，从而制定针对性的治疗方案？如何在早期进行干预，抑制症状和病程？

最后，我们将使用神经接口技术直接参与神经系统的活动，结合实时记录和调节神经回路技术以及表现行为和神经活动的集成无偏方法。随着这项技术的快速发展，脑机接口可以成功控制假肢，盲人可以初步感知视觉图像。随着这些技术的发展，神经接口将使假肢得到更广泛的应用，拓宽感知反馈，并可能改善认知功能下降的个体的记忆能力。

细胞的分子组成复杂多样，现有的方法检测疾病引起的分子变化既费力又不准确。显微镜在未来50年的发展[8]将使研究人员能够以前所未有的分辨率观察亚细胞系统，并增强我们对分子相互作用的理解。能够检测和调控生物表观遗传过程和分子末端的工具的出现，将使我们能够了解表观遗传基因组、基因组、转录组和蛋白质组变化和行为之间的关系[9]。

未来50年，我们希望新技术最终可以用无创成像技术在体内标记新的神经元，或者在不同哺乳动物的体外样本中发现新的神经元。努力解决这一问题可以帮助我们更深入地理解灵长类动物大脑皮层发育的复杂机制。此外，通过分析关于发育神经元的各种组学研究的结果，我们期望能够发明一种精确控制神经发生的方法来调节疾病过程，并了解神经发生在心理学和神经疾病中的作用。

过去，神经科学家用还原论来理解人脑的功能。现代对人脑的科学认知已经从1909年的47个大脑区域发展到仅大脑皮层就有98个区域神经科学是一个广阔的领域。成人大脑中大约有860亿个神经元和几乎相同数量的非神经元细胞，因此神经科学作为研究大脑的科学如此复杂也就不足为奇了。在神经系统中，神经元穿过头骨到达身体最远的部位感受刺激并做出反应。神经科学将始终试图理解这一过程，并开发其无穷的潜力。。起初，神经科学家只能使用切除和药理学来研究动物大脑特定区域的功能。

上述许多新技术的应用将依赖于新的细胞靶向技术。这项技术将简化神经通路的精确调节、基因治疗和药物输送的过程。随着代表大脑健康的生物标志物的发现，这些进展有望大大加深我们对大脑疾病的了解，并创造新的治疗方法。

FDA最近批准了一系列治疗神经系统疾病的药物:es氯胺酮用于治疗大多数抑郁症，brexanolone用于治疗产后抑郁症，siponimod用于治疗多发性硬化[51]。这些药物使我们有可能在50年后进入“神经疗法”的新时代。

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神经科学的影响已经远远超出了诊所，延伸到教室、法庭甚至杂货店。虽然没有强有力的据，但神经技术有望出现在人们的家中，提高人们的认知能力[59][60]。

回答这些问题的两把钥匙是完善的连接组学研究和全面的哺乳动物脑细胞图谱。同时，正在发展的单细胞转录组学/蛋白质组学技术将揭示不同生物之间脑细胞的多样性[1][2]。

回顾过去50年，展望下半个世纪。

此外，虚拟现实环境、基于模型的分析和人工智能与新的记录和调节方法相结合，可以用于研究多感官输入如何整合并转化为输出和行为(如动作、思想和决策等)。).利用斑马鱼和秀丽隐杆线虫，研究人员可以在监测它们行为的同时，对它们的神经系统活动进行成像。这种方法将用于研究多个功能电路如何串联结合自动化高通量技术和创新的视觉电生理技术[3][4]，神经科学将开始探索不同细胞群如何实现发育过程和生理功能的差异。通过这种方式，我们不仅可以确定正常和病理大脑中不同类型细胞的作用，还可以发现人类区别于其他哺乳动物的细胞机制。。随着高密度电极和其他方法被用于越来越多的神经元成像，我们应该专注于解码这些神经元作为一个整体在编码什么，而不仅仅是任务反应神经元或支持特定假设的神经元。为了解决这个问题，统计和计算方法，如机器学习，将变得非常重要，并开辟了神经工程的一个新领域。

氯胺酮有望快速治疗抑郁症，并揭示情感障碍的发病机制。然而，这种具有迷幻效果的药物仍有许多亟待克服的困难。阅读相关点击图片

自2013年出现以来，类脑器官已经成为神经科学家用来研究包括发育和衰老在内的无数过程的模型[24][25][26][27]。虽然我们提出了制造类脑器官和诱导多能干细胞的方法[28][29]在过去的50年中，神经科学一直在争论成人大脑中是否存在神经元再生。这个有争议的问题最早出现在神经科学学会成立之前的1969年[17]，但直到八九十年代才引起人们的重视。当时，越来越多的研究报道在包括人类在内的许多物种的脑室下区和颗粒下层发现了新的细胞[18][19][20]。
，但一些方法上的缺陷阻止了它们发挥全部潜力。神经科学在法庭上越来越常见，因为它被用来解释犯罪行为[62]。随着研究人员更多地了解决策的神经机制，它的作用将变得更加重要。人类的神经影像技术将被开发出来，以帮助确认有罪，甚至预测再犯的可能性。除了加大治疗脑部疾病的研究投入，还需要研究如何预防这些疾病。世界上神经系统疾病的高发病率是社会的沉重负担。因此，通过简单的生活方式干预(运动、饮食、认知训练和社会参与)来发现能够降低患病风险的关键机制，将是未来50年的研究重点。对遗传和环境因素的研究同样会影响未来的公共卫生政策和医疗项目。体内实验的结果将得到干细胞诱导的类脑器官研究结果的补充。这种脑器官是一种发育中的人脑模型。在新的分子和成像技术的帮助下，我们有望发现人类大脑发育早期特定细胞群的功能。未来50年的研究将进一步帮助我们理解信号通路、可塑性机制和胶质细胞等非神经元因素调控的突触形成及其过程(Dityatev et al .，2010) [10] [11] [12]。。后续的技术进步将解决类脑器官中的血管和支撑结构问题，使类脑器官能够长得更大更快，其复杂程度更接近发育中的人脑。这些发展将开启体外研究的新时代，并使研究人员能够研究发育神经生物学的所有方面。

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显然，未来50年，我们不仅会对大脑有更全面的了解，还会看到神经科学领域研究方法的改变。神经科学家必须意识到多样性在这些变化中的重要性。到目前为止，研究对象主要是不同物种的雄性[58]右利手个体。此外，大多数临床试验和基因研究测试欧洲人。这些系统性缺陷部分是由于神经科学家本身缺乏多样性。因此，神经科学缺乏对女性大脑和性别差异的了解，FDA和EMA批准的药物在非白人人群中的疗效下降。展望未来，我们需要注意研究人员和研究对象的多样性。

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