杨 眉 董文军 董 珏
李 婷
1 引言
脑科学，从狭义角度讲是神经科学，是为了了解神经系统内分子水平、细胞水平、细胞间的变化过程，以及这些过程在中枢功能控制系统内的整合作用进而阐明脑和神经系统疾病发病机制进行的研究[1] ；从广义角度讲是研究脑的结构和功能的科学，还包括认知神经科学、脑与信息系统交互等交叉领域。
自20世纪60年代起，细胞、分子生物学研究的迅速崛起，从细胞和分子水平研究脑和神经系统的工作机理逐渐成为脑科学发展的主要趋势。进入21世纪，随着计算生物学、大脑成像技术等方面的迅猛发展，脑科学与其他学科的交叉融合成为新浪潮的又一亮点。随着全球人口老龄化时代的到来，帕金森病、多系统萎缩、阿尔茨海默症、脊髓小脑共济失调、运动神经元病等神经系统变性疾病的发病率呈逐年上升趋势，日益威胁着人类的健康，给社会带来严重的负担。脑科学领域的研究之所以愈来愈受国际社会的重视，不仅对人类认识自然与认识自身具有重大的科学意义，还将为整个人类社会带来深远影响。
综合多国发展规划和调研报告的研究重点，脑科学领域主要包含5个方面：① 脑功能的细胞和分子机理（神经发育、神经干细胞分化等）研究；② 脑重大疾病的发生发展机理及治疗方法（神经性疾病和精神性疾病）；③ 成瘾机制研究；④ 人类智力与脑的高级认知功能（行为、认知和系统神经科学）；⑤ 脑与信息系统交互研究（脑机接口）。
2 主要国家发展战略
1989年，美国率先推出全国性的脑科学计划，并将20世纪最后10年（1990—1999）命名为“脑的十年”（Decade of the Brain），在全球掀起脑科学研究的第一次热潮，欧共体、日本等国家与地区紧随其后，分别推出“欧洲脑的十年”、“脑科学时代”。进入21世纪，脑科学研究在政策关注度和资助经费方面经历了短暂的回落。然而，随着交叉学科新兴概念的提出和新技术的发展，脑科学研究的第二轮热潮席卷全球，各国及地区纷纷推出脑科学研究的中长期发展规划，力求抢占科技制高点。
2.1 美国
美国在脑科学领域的研究起步早，投入高。经过长期的发展和积累，美国在此领域具有很强的基础研究和技术实力，各类规划不仅关注脑的结构与功能、脑部疾病的发生发展机理等基础研究，还非常重视相关技术的开发。
2004年，美国国立卫生研究院（National Institutes of Health,NIH）提出“神经科学研究蓝图”框架计划，通过整合15家NIH研究所或中心的资源与专家力量，展开脑科学领域的交叉性研究，期冀开发新工具、创建共享研究资源、培养跨学科研究人员。2009年，“蓝图”推出大挑战项目——“人脑连接组学”项目（Human Connectome Project, HCP），旨在通过系统收集数百个个体的脑成像数据，利用先进的脑成像技术绘制健康成人大脑的线路图，深入了解形成大脑功能的连接方式，并开辟人类神经系统研究的新途径。2011年，“蓝图”推出的“神经治疗网络”行动计划，主要用于资助神经疾病药物、开展新药临床试验[2]。同年，美国神经科学学会（Society for Neuroscience，SFN）提出了“神经科学10年计划：从分子到脑健康”，该计划重点研究基础神经科学以及与疾病相关的神经科学。
2013年，美国正式启动“使用先进革新型神经技术的人脑研究”（Brain Initiative）计划，希望引入新技术与新方法，用全新角度理解人类大脑的工作进程，研究人类大脑中神经元是如何相互作用的，并据此对大脑工作原理进行更深层次的阐述。与此同时，此计划也将为医学工作者在开发治疗如阿尔兹海默症、帕金森症等脑部疾病的有效疗法上提供最直接的帮助。美国国立卫生研究院（NIH）继2014年对该计划投入4 600万美元资助后，又于2015年10月1日开启了第二轮8 500万美元的资助计划[3]。
2014年和2015年，美国国家科学基金会（National Science Foundation, NSF）均将认知科学和神经科学研究纳入“理解脑”计划（Understanding the Brain），推动科学理解脑在行为和语言活动中的复杂性。此外，在美国2015财年及2016财年提交国会预算请求中涉及的研究重点包括大脑神经技术和诊断隐藏脑损伤。
2.2 欧盟及其成员国
作为脑科学研究的主力军，欧盟一直致力于研发新的大脑疾病的治疗方法，并能建立一套全新的、革命性的信息通信技术（information and communications technologies, ICT）。2011年，欧盟研究者发起“欧盟人脑计划”（The Human Brain Project,HBP）的预研究项目（HBP–PS），为期一年（2011年5月至2012年4月），汇聚神经认知学、医学和计算科学领域的专家一同开发一种新的ICT，为将来研究大脑并在此基础上开展各项应用做基础，且该计划于2013年入选欧盟旗舰型“未来和新兴技术”（Future and Emerging Technologies, FET）项目之一。作为一项预计耗时10年、投资近12亿欧元、联合欧洲26个国家以及数百个研究室，且致力于发展一个汇集多ICT平台系统的项目，HBP将极大加速人类在人脑结构及其功能方面的理解，助推人类更好的研究大脑疾病并发现更优化治疗方案，同时也会帮助人类开发基于人脑机理的革命性的信息通信技术[4]。在联盟的整体推动之下，英国、法国和德国也做出相应的布局与规划。
2.2.1 英国
作为英国最大、全球第二大的生物医学研究基金会，维康信托（Wellcome Trust）在2010年发布了其10年发展战略——《绝佳的机遇：英国维康信托基金会2010—2020年战略计划》（Strategic Plan for 2010—2020: Extraordinary Opportunities），该计划将“理解人类大脑”列为五大挑战领域之一，支持研究以提高对大脑功能的理解，并支持探寻治疗大脑以及精神疾病的更有效的方法。此项研究面临的挑战是，不仅需要描绘神经细胞如何起作用以及如何在复杂网络中相互作用，才能促使特定的认知和行为功能，还需一种可以将基础和临床生物学，与社会科学、人文科学以及艺术相互联系的有效整合方法[5]。
2.2.2 法国
2009年，法国在重新调整科技领域布局时，将神经科学列为十大主题领域之一。2010年，法国国家生命科学与健康联盟（Alliance Nationanle Pour Les Sciences de la vie et de al Santé,AVIESAN）的神经科学、认知科学、精神学和神经病学主题研究所（ITMO）发布战略报告，并指出该所神经科学领域的主要研究围绕三大主题，分别是：① 大脑系统、感觉、认知和行为；② 神经发育、表观遗传学、神经塑性与神经系统修复；③ 转化研究与治疗研究。而两大跨学科研究主题为理论与计算神经科学、神经流行病学与医学—经济学研究[6]。
2.2.3 德国
德国将生命科学界定为“引领性先进学科”，而“计算神经科学”是生命科学研究的前沿学科之一。从2004—2014年，德国联邦教育与研究部（BMBF）在计算神经科学领域启动9个计划：① 伯恩斯坦计算神经科学中心一期工程；② 伯恩斯坦神经认知科学基础研究重点项目；③ 伯恩斯坦新技术研究重点项目；④ 国家“国际神经信息学合作团队”网站；⑤ 伯恩斯坦计算神经科学奖；⑥ 伯恩斯坦计算神经科学合作项目；⑦ 伯恩斯坦计算神经科学青年研究团队；⑧ 伯恩斯坦计算神经科学协调项目；⑨ 伯恩斯坦计算神经科学中心二期工程。2004年，BMBF启动国家伯恩斯坦计算神经科学研究网的建设工作，该研究网包括4个分研究中心：① 伯恩斯坦柏林研究中心，负责神经信号确认与变异领域研究；② 伯恩斯坦弗莱堡研究中心，负责认知动态过程领域研究；③ 伯恩斯坦哥廷根研究中心，负责适应性认知领域研究；④ 伯恩斯坦慕尼黑研究中心，负责时间与空间认知领域研究[7]。
2.3 日本
自20世纪90年代起，日本就大力推进脑科学领域的研究。以“了解脑、保护脑和创造脑”为主导目标和核心内容的“脑科学时代”计划从1996年推出并于1997年实施，日本期冀能在实施该计划的20年后促其在脑科学领域的研究水平达到世界水平[8]。
2014年，日本宣布了“大脑研究计划”（Brain/MINDS, Brain Mapping by Integrated Neurotechnologies for Disease Studies），该计划为期10年，由日本理化学研究所（RIkagaku KENkyusho/Institute of Physical and Chemical Research, RIKEN）主导完成，旨在通过对狨猴这种灵长类动物的大脑研究来加快帕金森病、老年性痴呆、人类精神分裂症等人类疾病的研究[9]。同年，日本政府发布的“颠覆性技术激励范式变革计划”（ImPACT），将脑部信息的可视化及控制技术、基于量子网络相连的人工大脑的高度智能化社会列为其创新研究开发推进课题[10]。
2.4 韩国
韩国于20世纪90年代末就已发布其第一轮脑科学计划——脑科学研究推进计划（1998—2007）。而第二轮脑科学研究推进计划（2008—2017）于2007年12月正式发布，倾向于加强脑科学与其他领域间的合作，进而提出脑认知、脑融合这两个新的发展领域[11]。
2013年，韩国教育科学技术部宣布成立脑科学研究院，该院是依据韩国在1998年5月出台的《脑科学研究促进法》成立的国立科研机构，采取开放型的研究体系，汇集韩国国内产学研各界在脑科学研究领域的科研力量，并给予人才引进和使用方面最大独立性和自主权。该院将致力于脑认知、脑医学和脑药学等领域的科学研究，以应对韩国所面临的老龄化社会问题，发展国家的医疗福利事业，并使韩国在2017年跻身世界脑科学研究强国之列[12]。
2.5 中国
中国在脑科学领域的研究起步较晚，自20世纪90年代后期起，逐步开始资助脑科学相关研究。
2006年，国务院发布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020）》中，“脑科学与认知科学”被列入基础研究科学前沿问题之一，强调要加强研究脑功能的细胞和分子机理，脑重大疾病的发生、发展机理，脑发育、可塑性与人类智力的关系，学习记忆和思维等脑高级认知功能的过程及其神经基础，脑信息表达与脑式信息处理系统，人脑与计算机对话等[13]。“十二五”规划期间，《国家“十二五”科学和技术发展规划》《国家基础研究发展“十二五”专项规划》《医学科技发展“十二五”规划》《“十二五”生物技术发展规划》《国家自然科学基金“十二五”规划》等多个规划也分别将“脑科学与认知科学”列入重点方向。2014年，科技部发布的《国家重点基础研究发展计划和重大科学研究计划2015年度项目申报指南》将“脑细胞和神经回路成像”列入综合交叉学科领域重要支持方向，支持研究对脑细胞和神经回路进行成像研究的新方法和新工具，探索脑功能、脑疾病的形成机制[14]。同年发布的《国家高技术研究发展计划（863计划）2015年度项目申报指南》将“脑神经功能重塑及临床应用关键技术”研究列入生物和医药技术领域征集项目，并下设5个研究方向，分别是：① 活体多尺度结构成像与功能识别关键技术与装置研究；② 高分辨率光遗传调控新技术与新器件研发；③ 神经损伤后重建的周围神经移位新技术；④ 脑神经多模态定量化关键技术；⑤ 视神经炎诊断、视神经功能评价设备的开发[15]。
2015年3月27日，由上海科委主导，十多家单位共同参与的“上海脑科学与类脑智能发展愿景”项目顺利启动，未来主要目标在如下几个方面：解析复杂数据、模拟脑工作，探究记忆、学习、决策等原理，模拟智能交互，大数据挖掘，智能医疗诊断等方面[16]。
3 脑科学研究及技术发展全景展示
为全面了解脑科学研究领域发展状况，从最近10年间（2005—2014）发表的核心期刊论文和专利申请数量两方面进行数据统计和定量分析，检索策略详见6。
期刊论文选取近10年所有相关学科（Neuroscience、Psychiatry、Clinical neurology和Neuroimaging）的SCIE期刊论文（文献类型为article、review和letter）共计364 575篇，其中高被引论文2 815篇。
专利数据由于药物和保健品之间存在很多重叠，为了挑选出对脑重大疾病有显著疗效的治疗药物和方法，从2005—2014年间所有相关IPC分类号的专利申请（352 995项）当中筛选出主分类号为核心类目的专利，涉及127 850项专利申请，可归并为36 100个专利族[17]，其中发明专利34 859族，后续的分析均从专利族的角度进行分析。
3.1 领域发展概况
考察脑科学领域科学研究和技术应用的总体趋势，以发表期刊论文数量的年度分布情况（见图1）揭示科学研究发展趋势，专利申请数量的年度分布情况（见图2）揭示技术应用趋势。统计显示，最近10年间期刊论文及发明专利申请数量呈现出稳定增长的总趋势，个别年份有较大攀升但随后即趋于稳定（发明专利申请在2008年出现大幅攀升，实用新型专利申请在2009年出现大幅攀升）。
图1 脑科学领域期刊论文数量年度分布
图2 脑科学领域专利申请数量年度分布
3.2 主要国家科技实力分析
国家科技实力主要体现为研究实力和技术实力两个方面，本节以期刊论文产出数量来表征研究实力，发明专利申请数量表征技术实力。在研究实力方面（见图3），美国遥遥领先于其他国家，发表期刊论文130 761篇，约占发文总量的36%；德国和英国处于第二梯队，中国和主要发达国家的差距较大。在技术实力方面（见图4），中国发明专利申请量14 612件，位居第一；第二梯队依次是美国（4 159）、日本（2 416）和韩国（1 337），俄罗斯、法国和德国处于第三梯队，瑞典、加拿大和丹麦属于第四梯队。
图3 脑科学领域主要国家期刊论文产出
图4 脑科学领域主要国家专利产出
图5 近3年论文与专利产出主要国家分布
近3年（2012—2014）发表期刊论文和发明专利申请数量前5位的国家，如图5所示，期刊论文的国家分布相对分散，除美国外其他各国期刊论文百分比没有特别大的落差；发明专利申请比较集中，中、美、日、韩四方专利申请量约占90%。总体国家分布表现为3种类别：美国的期刊论文和专利申请数量都比较多，日本和韩国的论文和专利占比较为接近，说明其科学研究和技术应用发展较为均衡；中国的科学研究与主要发达国家差距较大，但比较重视技术应用；英国、德国、加拿大和意大利的期刊论文数量较多但专利申请较少，表明其科学研究较有优势但技术应用相对发展缓慢。
3.3 主要机构竞争力分析
机构竞争力主要包括研究实力和技术实力两方面。其中，研究实力包括研究活跃度和研究影响力两方面，研究活跃度以期刊论文数量来表征，研究影响力采用总被引次数、高被引论文数量及高被引论文百分比来表征；技术实力包括技术活跃度和技术影响力两方面，技术活跃度以发明专利申请和授权数量来表征，技术影响力以发明专利总被引次数和授权率来考察。
脑科学领域研究活跃度最高的20个机构如表1所示，60%的机构位于美国，包括10所高等学校和2个医疗相关机构，表明美国在脑科学领域拥有雄厚的研究实力。英国有3家机构位列其中，伦敦大学的论文产出和高被引论文数均处于首位，伦敦大学学院和伦敦国王学院分别位于第四和第六位。加拿大有两家高等学校进入前20位，其中多伦多大学论文产出位居第三；法国、澳大利亚和荷兰各有1个机构位列其中，论文产出均超过3 000篇。
表1 脑科学领域主要机构信息（基于期刊论文）
（续表）
脑科学领域发明专利申请总量位于前20位的机构见表2（根据授权率降序排列）。从国家分布看，日本有4家，中国3家，美国和瑞士各3家，丹麦2家。其中，法国的赛诺菲-安万特的授权发明专利最多，美国的雅培实验室授权率最高，瑞典的阿斯利康的发明专利总被引次数最高。中国有3家机构位列其中。
表2 脑科学领域主要机构信息（基于发明专利）
（续表）
4 新兴研究领域分析
人类大脑活动复杂多样，脑科学研究领域分支众多、难以尽述。其中，精神分裂症的分子遗传学研究、光遗传和脑机接口3个分支是各国脑科学研究领域中都非常关注的新兴研究主题。本节即选取这3个领域进行进一步深入分析。
4.1 新兴研究领域发展概况
为考察3个新兴研究领域科学研究和技术应用的总体趋势，以期刊论文年度分布情况（见图6）揭示科学研究发展趋势，专利申请与授权数量年度分布情况（见图7）揭示技术应用发展趋势。综合来看，精神分裂症的分子遗传学科学研究起步最早，2005年的期刊论文产出超过400篇，发明专利超过300项；此后论文产出稳步增长，2010—2014年持续保持较高的发文量（超过700篇/年），但发明专利却在2008年以后呈下降趋势。脑机接口领域在2005—2014年间论文产出平稳增长，2011年增幅最大，在2014年论文产出达506篇；发明专利申请在2008年之后逐年上升，但增幅低于论文产出。光遗传领域在2010—2014年间论文产出增长迅速，2014年论文产出达到455篇，但发明专利数量较少，说明这一领域尚处于科学研究阶段，并未进入技术应用时期。
图6 各细分技术领域期刊论文年度分布
图7 各细分技术领域发明专利年度分布
4.2 新兴研究领域热点主题分析
为考察新兴研究领域的热点主题，了解各领域的发展动态，应用CiteSpace和TI对2005—2014年间期刊论文及发明专利中出现的主题词进行聚类分析。
领域1：精神分裂症的分子遗传学研究
期刊论文主题聚类见图8，论文研究主题聚合为3个主题簇，分别是：簇#0，以慢性疲劳综合征、重性抑郁障碍、DISC1基因、单核苷酸多态性、双相情感障碍、分裂情感性障碍、抑郁症等为中心词；簇#1，以迟发性运动障碍、联合分析、药理学为中心词；簇#2，以精神分裂症、易感基因、染色体6p22.3的基因，肌养素结合蛋白dysbindin基因等为中心词。图9展示了专利热点主题地形图，图中可见4个明显的白色山峰，分别是“焦虑症\情绪障碍\应激障碍”、“脑\创伤\多发性硬化症”、“诊断精神分裂症”、“脂肪\核酸\多不饱和”。相关主题词可以划分为四大类：慢性心境障碍（焦虑症\情绪障碍\应激障碍、狂躁症\精神病\急性应激障碍、焦虑症\恐慌\贪食症），神经精神状况（妄想症\恐慌\焦虑症、注意缺陷多动障碍、双相情感障碍\妄想\分裂障碍），Kearns-Sayre综合征（脑\创伤\多发性硬化症、细胞\脊\多发性硬化症），微生物和酵母（脂肪\核酸\多不饱和、基因\防止\准备\涉及\表达、蛋白\细胞\充足\表达\异源、宿主细胞）。
图8 精神分裂症的分子遗传学领域期刊论文主题聚类
期刊论文的热点主题主要包含高频词和突变词（见表3）。其中，高频词都是自2005年起就已经出现，并且与学科领域密切相关。突变词代表在某一年受到较多关注的研究主题，在图8中以红色光圈表示。例如，在2010年“常见变异体”吸引了较多研究者的关注，其突变值为30.87；而在2011年，“全基因组关联”成为研究热点。近3年出现的突变词多集中在基因研究方面，主要包括CACNA1C基因、精神分裂症易感基因ZNF804A、基因拷贝数变异和罕见变种等。
图9 精神分裂症的分子遗传学领域专利主题聚类
表3 精神分裂症的分子遗传学领域科学研究热点主题
领域2：光遗传
与领域1相比，光遗传领域的研究主题较为分散（见图10），聚合为12个主题聚类簇：簇#0，光时空控制（活细胞、哺乳动物细胞、磷酸酶）；簇#1，锌指核酸酶（基因转移、突变体）；簇#2，前脑基底（胆碱能中间神经元、基底核、γ–氨基丁酸能神经元）；簇#3，勒伯尔先天性黑蒙（LCA）；簇#4，荧光（表面蛋白、生物素连接酶、光子显微镜）；簇#5，失眠（标记PCR、下丘脑食欲素神经元）；簇#6，激光光刺激（大鼠桶状皮层、躯体感觉皮层、海马神经元）；簇#7，颞叶癫痫（阿尔茨海默病）；簇#8，介导的基因转移（焦虑、神经保护）；簇#9，肌细胞；簇#10，移动（HB9、中枢模式发生器、躯体感觉皮层、伽马）；簇#11，光敏黄色蛋白。图11对光遗传的专利技术热点主题进行聚类，形成5个明显的山峰：“神经网络\神经细胞”、“分散\发光信号\粒子\光偏转”、“光\发射\末节”、“神经调节\超声\控制信息\大脑活动\神经症治疗”。另外还有一些小的聚类如“光刺激生物电信号输送装置传感器”、“瞄准设置\目的设置超声换能器的\深脑部神经调节使用超声波刺激\TDCS”、“鸟苷酸环化酶激活\感光功能障碍”等。
光遗传领域期刊论文热点主题包括高频词、突变词和高中心度词（见表4）。近年来突变值较大的有毫秒级、神经电路等。高中心度的主题包含可兴奋细胞、离子通道、转基因小鼠、视紫红质、光控、神经回路、癫痫和颞叶癫痫等。
图10 光遗传领域论文主题聚类
图11 光遗传领域专利主题聚类
表4 光遗传领域科学研究热点主题
领域3：脑机接口
脑机接口领域期刊论文热点主题可聚类为2个主题聚类簇（见图12）：簇#0，以EEG信号为基础的拼写系统、P300中文输入系统、贝叶斯LDA为中心词；簇#1，以脑机接口BCI、常见的空间格局和脑电图为中心词。图13展示了脑机接口的专利热点主题地形图，形成5个明显的山峰：脑机接口（BCI）、神经网络合成神经系统、神经刺激系统、脊髓电刺激和视网膜刺激，以及2个岛屿：广泛性焦虑症和多发性硬化症。
期刊论文热点高频主题词均出现在2005年，主要包括脑计算机接口、脑电图、脑机接口和运动想象；突变主题词主要包括运动信号、升压比特率、遥测、脑机接口、大脑皮层、神经假体、心理修复等（见表5）。
图12 脑机接口领域论文主题聚类
图13 脑机接口领域专利主题聚类
表5 脑机接口领域期刊论文主题聚类
领域4：近3年新增研究主题
2012—2014年间，3个细分技术领域涌现出很多新的研究主题，表6列出了出现频次排名前10位的主题词。
表6 近3年（2012—2014）新增高频主题词
（续表）
4.3 新兴研究领域主要国家科技实力分析
国家科技实力主要体现为研究实力和技术实力两个方面，本节以发表期刊论文数量（第一国家）来表征研究实力（见图14），以发明专利申请数量表征技术实力（见图15）。综合来看，新兴研究领域主要集中在美国、中国、德国、英国、日本、韩国和法国。其中，美国在3个细分技术领域的期刊论文和发明专利都占据绝对优势地位；中国在精神分裂症的分子遗传学研究和脑机接口两个领域的论文（均位于第三位）和专利产出比较均衡，在光遗传领域的研究较为薄弱；德国在3个细分技术领域的论文产出较为均衡，专利较少；日本和英国在精神分裂症的分子遗传学研究领域投入更多的关注，其论文产出分别为582篇和494篇；韩国在精神分裂症的分子遗传学研究和脑机接口两个领域的专利产出较为均衡。
图14 各细分技术领域期刊论文产出国家分布
图15 各细分技术领域发明专利国家分布
近3年论文产出和发明专利最为活跃的国家（见图16和图17）依然是美、中、德、英、日、韩、法，美国仍旧占据绝对优势。其他各国排名有所变化，主要表现在：中国在精神分裂症的分子遗传学及脑机接口领域的论文总量均跃居第二，韩国的发明专利超越日本。
图16 近3年主要国家期刊论文产出占比
图17 近3年主要国家发明专利产出占比
4.4 新兴研究领域主要机构竞争力分析
本节考察3个细分技术领域的机构竞争力，主要包括研究实力和技术实力两方面。其中，研究实力包括研究活跃度和研究影响力两方面，研究活跃度以期刊论文数量（第一机构）来表征，研究影响力采用总被引次数、高被引论文数量及高被引论文百分比来表征；技术实力包括技术活跃度和技术影响力两方面，技术活跃度以发明专利申请和授权数量来表征，技术影响力考察发明专利总被引次数和授权率。
领域1：精神分裂症的分子遗传学研究
在精神分裂症的分子遗传学领域，发表期刊论文数量排名前10位的机构见表7，从国家分布看，美国数量最多（4家），英国其次（3家），加拿大2家，中国1家。从研究活跃度来看，上海交通大学、美国国家心理健康研究所、伦敦国王学院居前三位。在研究影响力方面，美国国家心理健康研究所和英国的卡迪夫大学总被引和高被引论文都比较多，加拿大和中国机构的高被引论文数量少。排名前10的机构当中，仅有加拿大的2家机构（成瘾与心理健康中心与多伦多大学）之间存在合作关系。
表7 精神分裂症的分子遗传学领域主要机构信息（基于期刊论文）
从发明专利申请数量排在前20位的机构当中选取授权率排在前10位的专利权人（见表8），美国占据了一半（5家），瑞士2家，比利时、丹麦和西班牙各1家。其中，美国的默克集团以85项发明专利位居榜首；比利时的詹森药业公司授权率高达82%，专利总被引次数1 027次，在技术领域具有较高影响力。从合作关系来看，前10位的机构有7家与其他机构存在合作。但Top10机构间的合作关系不多，仅有瑞士F· 霍夫曼罗氏公司和美国基因泰克公司有3项合作专利，主要分布于3个方面：治疗中枢神经系统疾病和阿尔茨海默氏病，诊断神经退行性病症，抑制或激活神经元或其部分变性。其他合作关系较多的公司如比利时詹森药业公司与瑞士ADDEX制药和美国强生子公司ORTHO–MCNEIL–JANSSEN制药有较多的合作，主要集中在焦虑症和阿尔茨海默氏病方面的诊断和治疗方面。美国基因泰克公司的主要合作对象来自美国、加拿大和瑞士。美国马泰克生物公司主要合作对象来自美国、加拿大，主要集中在核酸分子编码、不饱和脂肪酸等针对阿尔茨海默氏病和痴呆的治疗产品方面。
表8 精神分裂症的分子遗传学领域主要机构信息（基于发明专利）
图18 精神分裂症的分子遗传学领域发明专利主要机构合作关系
领域2：光遗传
该领域期刊论文产出排名前10位的机构见表9，除英国伦敦大学学院外均为美国的高校（8个）或研究所（1个）。其中，斯坦福大学优势明显，论文数量、总被引次数和高被引论文数量均位列榜首；各机构之间鲜有合作关系。光遗传领域的专利申请量不多，但美国在该技术领域仍然一枝独秀。在第一机构发明专利申请前9位的机构中（见表10），美国占据超过半数的席位（6家）；加拿大、韩国和列支敦士登各有1家。从合作关系来看，列支敦士登技术研究发展基地有限公司对外的合作关系较多，合作者多为个人；加拿大奥图马投影公司与DORIC LENSE公司有关于高传输光电机械组件方面的合作专利；美国斯利兰–斯坦福大学初级学院与柏林洪堡大学有合作申请，用于调节细胞的膜电位，治疗心脏、肠胃、内分泌、神经系统或精神疾病。
表9 光遗传领域主要机构信息（基于期刊论文）
表10 光遗传领域主要机构信息（基于发明专利）
（续表）
图19 光遗传领域发明专利主要机构合作关系
领域3：脑机接口
期刊论文数量排名前10位的机构见表11，格拉茨技术大学、蒂宾根大学、华盛顿大学发文排名居前三位。其中，美国有5家（华盛顿大学、密歇根大学、纽约州卫生部、杜克大学、斯坦福大学），德国有3家（蒂宾根大学、柏林工业大学、弗赖堡大学），奥地利（格拉茨技术大学）和中国（电子科技大学）各有1家，各研究机构之间少有合作。在研究影响力方面，德国蒂宾根大学、奥地利格拉茨技术大学、美国纽约州卫生部和杜克大学表现抢眼。表12对脑机接口领域第一机构发明专利进行数量和授权率的综合排名。在前10位的机构中，美国有8家，韩国和中国各有1家。韩国延世大学产研合作基地、美国Advanced Neuromodulation和美国NeuroPace公司发明专利授权率居前三位，美国美敦力公司发明专利申请数量位居第一。从合作关系来看，各机构多倾向于和本国机构合作，比如：韩国延世大学与韩国加图立大学、朝鲜大学、三育大学合作较多，主要集中于通过纳米线输出从神经纤维获得的电信号；美国美敦力公司和美国NeuroPace公司合作申请通过施加低频刺激信号刺激通路治疗帕金森氏病的发明；美国NEURONEXUS技术公司和美国GREATBATCH公司合作申请波导插入或植入神经系统的接口设备进入脑组织治疗神经系统疾病。
表11 脑机接口领域主要机构信息（基于期刊论文）
表12 脑机接口领域主要机构信息（基于发明专利）
（续表）
图20 脑机接口领域发明专利Top10机构合作关系
5 研究总结
5.1 总体发展趋势
从期刊论文和专利申请情况来看，国际上在脑科学领域的成果产出近10年间呈现出稳定增长的趋势。期刊论文的国家分布相对分散，除美国外，各国期刊论文数量相对均衡；而专利申请集中于中、美、日、韩四国（专利申请量约占90%）。美国、中国、德国、英国、加拿大、意大利、日本和法国是脑科学领域的主要国家。对比各主要国家的研究情况，美国的期刊论文和专利申请数量都比较多，处于领先地位；日本和韩国的论文和专利占比较为接近，说明其科学研究和技术应用发展较为均衡；中国的期刊论文数量较少而专利申请较多，说明科学研究与主要发达国家差距较大，但比较重视技术应用；英国、德国、加拿大和意大利的期刊论文较多但专利申请较少，表明其科学研究较有优势但技术应用相对发展缓慢。
5.2 精神分裂症的分子遗传学研究领域
精神分裂症的分子遗传学研究起步早，2005年的论文产出超过400篇，发明专利超过300项；此后论文产出稳步增长，2010—2014年持续保持较高的发文量（超过700篇/年），但发明专利在2008年以后呈下降趋势。
论文研究主题集中在慢性疲劳综合征、迟发性运动障碍、易感基因等，近3年出现的突变词多集中在基因研究方面；技术热点主题侧重于创伤引发的脑部疾病和疾病诊断。
美国在该领域占据绝对领先地位，科学研究和技术实力都遥遥领先，有4家科学研究机构跻身全球Top10，5家关注技术的机构进入全球Top10。英国、中国、日本和德国的科学研究实力相当，但英国和德国的技术实力弱于中国和日本，韩国和法国也具备一定的技术实力，但科学研究实力较弱。中国有1家机构（上海交通大学）跻身全球Top10机构，近3年（2012—2014）的期刊论文数量跃居第二。
从事科学研究的Top10机构当中，美国国家心理健康研究所和英国的卡迪夫大学总被引和高被引论文数量都比较多，机构的研究影响力较大，加拿大和中国机构的高被引论文数量少；加拿大的成瘾与心理健康中心与多伦多大学之间存在合作关系，其他Top10机构间合作较少。关注技术发明的Top10机构当中，美国的默克集团以85项发明专利位居榜首，比利时的詹森药业公司授权率高达82%，专利总被引次数1 027次，在技术领域具有较高影响力；各机构间合作较少，但有7家机构与其他机构存在合作关系。
5.3 光遗传研究领域
光遗传领域起步较晚，但在2010—2014年间论文产出增长迅速，但发明专利数量较少，说明这一领域尚处于科学研究阶段，并未进入技术应用时期。研究主题主要聚焦光遗传学控制、高分辨率的神经元的刺激、活体内的离子通道、神经活动、联想恐惧学习、基因治疗、胚胎干细胞光敏黄蛋白等，技术主题侧重于神经网络、神经细胞、发光信号、光偏转、神经调节与控制信息、大脑活动、神经症治疗等。
美国在该领域占据绝对优势地位，其近3年的科学研究与技术发明占比均超过50%，说明其科学研究与技术应用并重；科学研究机构有9个进入全球Top10，技术机构有6家进入全球Top10。德国、日本和英国的期刊论文产出较多，中国在10年间和近3年的期刊论文产出都比较少，表明在光遗传领域的研究基础较为薄弱。德国和英国的科学研究较强，但技术应用进展缓慢。
在科学研究机构中，斯坦福大学优势明显，论文数量、总被引次数和高被引论文数量均位列榜首；各机构之间鲜有合作关系。技术机构当中，美国利兰–斯坦福大学初级学院的发明专利数量和总被引次数都是最多的，美国美敦力公司的专利被引次数也较多。
5.4 脑机接口研究领域
脑机接口领域在2005—2014年间论文产出平稳增长，2011年增幅最大，在2014年论文产出达506篇；发明专利申请在2008年之后逐年上升，但增幅低于论文产出。研究主题主要聚焦拼写与输入系统、脑与计算机接口、空间格局和脑电图等，技术热点主题聚焦神经网络合成神经系统、神经刺激系统、脊髓电刺激和视网膜刺激等。
美国在该领域占据绝对优势地位，其科学研究和技术应用比较均衡，有5家科学研究机构进入全球Top10，8家技术机构进入全球Top10。德国、中国、英国、日本、韩国和法国是该领域实力较强的国家。德国和英国侧重于科学研究，因此其期刊论文较多而发明专利申请较少；韩国的技术应用较好但科学研究基础薄弱；中国的论文和专利产出比较均衡，有1家科学研究机构（电子科技大学）和1家技术机构（西安交通大学）进入全球Top10，近3年的期刊论文数量跃居第二。
科学研究机构中，奥地利格拉茨技术大学、德国蒂宾根大学的研究活跃度和影响力都比较高，各研究机构之间少有合作。技术领域前10位的机构中，美国美敦力公司发明专利申请数量和被引次数都是最高的，韩国延世大学产研合作基地、美国Advanced Neuromodulation和美国NeuroPace公司发明专利授权率较高，各机构多倾向于和本国机构合作。
6 附录
数据来源：论文数据来自Science Citation Index Expanded（SCIE）和（ESI）；专利数据来自（TI）。
时间范围：2005.01.01—2014.12.31。检索策略见附表。
附表 脑科学研究检索策略
（续表）
致谢
上海交通大学脑科学交叉研究中心李卫东和吕宝粮两位老师对本章内容进行审阅并提出宝贵意见，谨致谢忱。
【注释】
[1]徐萍，王小理，阮梅花，等.脑科学领域国际发展态势分析［M］.国际科学技术前沿报告2012.北京：科技出版社，2012，8：132–133.
[2]阮梅花，王小理，王慧媛，等.中美脑科学领域比较分析［J］.生命科学，2014（06）：665–673.
[3]National Institution of Health.NIH BRAIN Initiative ［EB/OL］.［2015–12–10］.http://www.braininitiative.nih.gov/index.htm.
[4]An Overview of the Human Brain Project ［EB/OL］.［2015–12–10］.https://www.humanbrainproject.eu/discover/the-project/overview;jsessionid=1953i8qibzrv413b2t ay1x4ab6.
[5]Strategic Plan 2010—20 Extraordinary Opportunities ［EB/OL］.［2015–12–11］.http://www.wellcome.ac.uk/About-us/Strategy/Previous-strategic-plans/index.html.
[6]徐萍，王小理，阮梅花，等.脑科学领域国际发展态势分析［M］.国际科学技术前沿报告2012.北京：科技出版社，2012.8：132–133.
[7]王志强.德国在生命科学前沿领域的研发与创新［J］.全球科技经济瞭望，2010，25（8）：39–48.
[8]杜久林，杨雄里.日本“脑科学时代”计划纲要简介［J］.生命科学，1997，9（6）：292–295，v.
[9]Brain/MINDS brochure ［EB/OL］.［2015–12–10］.http://brainminds.jp/en/overview/brochure.
[10]革新的研究開発推進プログラム（ImPACT）［EB/OL］.［2015–12–10］.http://www8.cao.go.jp/cstp/sentan/about-kakushin.html.
[11]徐萍，王小理，阮梅花，等.脑科学领域国际发展态势分析［M］.国际科学技术前沿报告2012.北京：科技出版社，2012.8：137–138.
[12]任真.韩国将成立脑科学研究院［J］.科学研究动态监测快报，2013，4：7.
[13]国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020）［EB/OL］.［2015–12–11］.http://www.most.gov.cn/kjgh/kjghzcq/.
[14]国家重点基础研究发展计划和重大科学研究计划2015年度项目申报指南［EB/OL］.［2015–12–11］.http://program.most.gov.cn/htmledit/CFC828AD-B2B5-61E6-171D-FAD56CB48C0B.html.
[15]国家高技术研究发展计划（863计划）2015年度项目申报指南［EB/OL］.［2015–12–11］.http://program.most.gov.cn/htmledit/639A0448-5482-4F63-42C4-95368125A2F8.html.
[16]中国“脑科学计划”近期将上线优势究竟在何处？［EB/OL］.［2015–12–11］.http://www.kejixun.com/article/201511/138578.html.
[17]由于专利从申请到公开会有2 ～ 3年的时滞，因此2013—2014年的数据不完整，仅供参考。
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