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全球脑科学领域发展情况分析

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作为重要的前沿技术领域,脑科学和类脑智能领域研究成为全球近年来科学研究的新方向。加强脑科学研究,一方面对脑疾病的诊断治疗将有关键性贡献;另一方面,对人脑认知神经机制的理解可能为新一代人工智能算法和器件的研发带来新热点,为信息智能领域的产业升级带来颠覆性的变革突破。

01 核心研究方向

脑科学主要有三大研究方向:

(1)脑图谱技术:以脑认知原理(认识脑)为主体,阐述脑功能神经环路的构筑和运行原理,绘制人脑宏观神经网络、模式动物微观神经网络的结构性和功能性全景式图谱。

(2)脑诊断技术:促进智力发展、防治脑疾病和创伤(保护脑),围绕高发病率重大脑疾病的机理研究,揭示相关的遗传基础、信号途径和治疗新靶点,实现脑重大疾病的早期诊断和干预。

(3)类脑智能技术:发展类脑计算理论,研发类脑智能系统(模仿脑)。基于对脑认知功能的网络结构和工作原理的理解,研究具有更高智能的机器和信息处理技术。

02 各国布局与支持重点

近十年来,脑计划上升为有关国家的科技战略重点或力推的核心科技发展领域,世界各国普遍重视脑科学研究,相关科技规划集中推出,西雅图艾伦脑科学研究所、谷歌公司等一大批研究机构和企业纷纷加入这一快速兴起的领域。总体而言,围绕脑科学的国际竞争日趋激烈。

表1: 国际脑科学相关规划计划及关注领域举例

 

 

来源:火石创造根据公开资料整理

我国的脑计划于2016年正式启动,被称为“中国脑计划”(CBP),即脑科学和类脑研究,旨在探索大脑秘密、攻克大脑疾病和开展类脑研究等。围绕脑与认知、脑机智能和脑的健康3个核心问题,统筹安排脑科学的基础研究、转化应用和相关产业发展,形成“一体两翼”布局。主要解决大脑三个层面的认知问题:大脑对外界环境的感官认知、人类及灵长类动物自我意识的认知和对语言的认知。2021年在“十四五”规划纲要中明确提出瞄准生命健康、脑科学等领域实施一批具有前瞻性、战略性的国家重大科技项目。

03 国内技术创新代表机构

近五年,全球公开发表的脑科学领域论文总量超45万篇,申请的专利总量近2万份,其中美国以15万篇科研论文和8000余份专利申请量位居全球首位。我国与发达国家相比,在论文发表和专利申请方面有较大的差距,仅从国内的发明专利和国内发表的研究论文情况来看,从2012年-2022年Q1(截止至2022年3月底)的近十年间,我国脑科学领域共有24件有效专利(其中发明专利13件)获授权及37件专利(发明专利)在申请审查中,以及912篇研究论文发表。通过统计我国脑科学领域发明专利授权和申请数量,发现近三年技术发展呈增长态势,在研究论文方面,2018年达峰值,近几年呈下降趋势。

 

 

图1:2011-2022年我国脑科学有效专利及论文发表趋势

数据来源:火石创造数据库

我国在脑科学主要研究机构已经形成了几大主体,以脑科学和类脑研究中心(北京、上海)、教育部前沿学科中心(复旦大学、浙江大学等)和高校研究院所组成的研究机构(如高校共建的麦戈文脑科学研究院等)为主力军,其余各地著名高校在专利和论文产出方面也发挥着重要作用。

表2: 我国脑科学主要研究机构

 

 

来源:火石创造数据库

时间截止至2022年3月底

04 国内重点发展区域

我国各地区也纷纷制定相关扶持计划。上海市已将脑科学与人工智能列为市重大科技项目,同时成立了“脑科学协同创新中心”,推进脑科学研究和转化应用;北京市也启动了“脑科学研究”专项,重点布局“脑认知与脑医学”和“脑认知与类脑计算”两个任务。许多高校和科研机构在脑科学领域都有实际举措,发力最为突出的是北京、上海、深圳和成都等城市,天津、湖北、浙江、重庆、厦门等省市也在陆续启动区域脑科学计划,加快脑科学创新中心建设。

表2: 我国部分地区脑科学主要布局情况

 

 

来源:火石创造根据公开资料整理

排名不分先后

05 产业发展方向和代表企业

学科交叉已经逐渐成为科技创新的源泉。脑科学与物理学、工程学、材料学和人工智能等学科和技术的深度交叉融合,为产业发展带来了更多机遇,相关产品和技术也应运而生。总体来看,脑科学技术大致有三个产业发展方向:监测与检测(神经监测与成像等)、治疗与调节(神经精神类疾病药物研发、神经调节、神经 反馈、认知评估与增强等)、控制与模拟(神经操控、神经假体与模拟、脑机接口、类脑计算等)。

 

 

图2: 脑科学产业发展重点方向和部分国内外代表企业

来源:根据公开资料整理,排名不分先后

参考文献:

[1]面向未来的中国科学院脑科学与类脑智能研究[J].王力为,许丽,徐萍,于汉超,孔明辉,沈毅,张永清.中国科学院院刊,2016:747-750.

[2]神经科学与类脑人工智能发展:新进展、新趋势[J]. 张学博,阮梅花,袁天蔚等.生命科学,2020,32(10):993-1013.

[3]2021全球脑科学发展报告,中国电子学会.

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