深圳依托大科学装置与特区立法建设脑科学创新高地

深圳依托大科学装置与特区立法建设脑科学创新高地

财π新闻 综合《深圳特区报》2026年10月7日报道,10月5日,瑞典卡罗琳医学院将2026年诺贝尔生理学或医学奖授予卡尔·戴塞罗思、彼得·黑格曼和格奥尔格·内格尔,以表彰他们“在光门控离子通道和光遗传学领域的发现”。这项摘得诺奖的前沿技术,与深圳有着一段延续近18年的深厚渊源,深圳也从一项前沿脑科学技术的早期“拓荒地”,逐步成长为脑科学技术创新、开放共享与协同研究的重要策源地。

光遗传学技术落地深圳的早期探索

2005年,王立平博士进入卡尔·戴塞罗思教授实验室开展博士后研究,参与了光遗传技术的早期研究和技术体系建设。结束博士后训练后,王立平加盟中国科学院深圳先进技术研究院,将这一当时尚处在国际前沿探索阶段的新技术带到深圳,并带领团队开展系统性的技术研发和应用。经过持续探索,团队在国内较早建成体系完备的光遗传学研发、应用与技术辐射平台,并建立起与光遗传调控适配的脑机接口、在体神经电生理记录、神经环路示踪与高通量行为解析等技术体系,实现在活体动物中精准操控特定神经元亚型,解析神经元活动特征与行为表型之间的因果关联。

光遗传学是用光来精准控制特定神经细胞活动的技术,核心思路是给神经元装上“光控开关”。光遗传学让科学家能够以前所未有的时间精度和细胞特异性,直接检验特定神经细胞与行为之间的因果关系,被诺贝尔奖官方评价为“奠定了神经科学新时代的基础”。以光遗传学为核心手段,王立平带领团队系统解析了调控恐惧、摄食、睡眠等本能行为的“趋利避害本能生存神经环路”特征;突破既往“大脑中心论”范式,建起中枢‑外周器官信号双向对话、协同维持机体生存稳态的神经环路功能研究框架,阐释了外周多器官并非单纯本能行为下游的被动效应器,而是能够主动参与情绪与本能行为调控的重要信号源。

一项真正具有生命力的前沿技术,不仅要能够“做出来”,更重要的是让更多科研人员“用起来”。开放共享并不是光遗传技术在深圳发展的附加环节,而是从一开始就被纳入技术建设的重要组成部分。王立平团队没有把技术壁垒留在自己的实验室,而是主动将已经建立起来的技术体系、实验经验和平台能力向全国同行开放。2012年,第一届全国光遗传技术培训班在深圳举办,此后十余年间,培训持续开展,通过理论课程、实验操作、技术交流和应用示范,把病毒载体、光敏蛋白表达、光刺激、在体电生理和神经环路解析等一整套关键技术系统地传递给国内科研人员。

培训并非简单地“教会一次实验”,更强调后续技术咨询、平台支持和科研合作,让参加培训的科研人员能够真正把技术带回自己的实验室、建立自己的研究体系。截至2025年,全国光遗传技术培训班已连续举办14届,直接培训科研人员约3000人,学员来自全国300余家相关机构,光遗传技术由此从深圳铺向全国,成为国内神经科学研究的重要基础工具。

大科学装置构建全链条研究支撑体系

人的大脑里拥有约860亿个神经细胞,构成100万亿个连接点,其复杂程度堪比探索星辰大海。如果把大脑比作宇宙中最复杂的星系,那么深圳市脑解析与脑模拟重大科技基础设施就是专为它打造的一台“超级望远镜”,它不仅能“看见”神经元之间微妙的连接,还能“读懂”它们如何传递信息,甚至尝试“模仿”大脑的工作方式。自2020年项目启动建设以来,这座总建筑面积5万余平方米的国家重器,正以系统化布局和国际化视野,重塑中国脑科学研究的发展格局。

该设施依托中国科学院深圳先进技术研究院与深港脑科学创新研究院的核心科研力量,不仅是国内首个集“脑编辑、脑解析、脑模拟”于一体的综合性重大科技基础设施,更是面向全球开放的跨物种、全尺度脑科技创新平台。脑设施以三大技术模块为核心架构:脑编辑模块涵盖基因编辑等关键技术环节;脑解析模块实现从微观到宏观的全尺度解析;脑模拟模块聚焦类脑计算、植入式器件、脑机接口等前沿方向,三大模块功能互补、密切协作,形成了多物种实验动物在同一空间下的精准解析与模拟能力。

在设施内部,三大科学部协同运转。其中,非人灵长类实验动物科学部规划饲养2000只实验猴,配备10间手术室,成功构建了阿尔茨海默病等重大脑疾病模型猴;啮齿类实验动物科学部配备近3万笼位(一期)和24台无菌隔离器,自动化运行比例超90%,为大规模实验提供稳定支撑;大设备实验科学部汇聚了神经影像、电生理、电镜、质谱等九大技术平台,实现了从基因到行为、从微观到宏观的全链条研究。过去研究一种脑疾病,往往需要分散在不同机构寻找动物模型、借用成像设备、委托基因测序,不仅周期长、成本高,数据也难以有效整合,而在脑设施,从基因编辑制备模型,到多模态成像解析结构功能,再到类脑器件模拟干预,全流程可在同一时空下高效完成。

依托这一大科学装置,中国科学院深圳先进技术研究院脑认知与脑疾病研究所、深港脑科学创新研究院、中国科学技术大学毕国强、刘北明、陶长路团队,通过自主研发的毫秒级时间分辨原位冷冻电镜技术,成功捕捉到突触囊泡释放与快速回收的完整动态过程,提出“亲吻-收缩-逃逸/融合”新模型,统一了困扰学界半个世纪的理论争议。这一突破性研究成果发表于《Science》杂志,让世界的目光再次聚焦光明科学城,也凸显了这一大科学装置作为粤港澳大湾区脑科学研究“最强大脑”的关键作用。

产业生态与政策体系协同布局

当前,全球科技竞争正迎来以脑科学与脑机工程为代表的新赛道,美国推出“大脑计划”,欧盟实施“人类脑计划”,日本也在阿尔茨海默病等临床研究方向积极布局,主要科技强国均已将脑科学列入国家战略层面予以推进。据CB Insights数据显示,2020年全球脑科学市场规模为62亿美元,2024年突破100亿美元,2020年至2024年间复合增长率达17%,脑科学正逐步成为具备颠覆性潜力的新兴领域。中国在这一全球科技竞赛中并未缺席,《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》将“脑科学与认知”列入基础研究八大科学前沿问题,“十三五”规划中“科技创新2030-重大项目”明确涵盖“脑科学与类脑研究”。

根据弗若斯特沙利文、量子位、亿欧智库等机构数据进行估算,2023年,我国脑科学与脑机工程产业总体市场规模已达到2700亿元,并呈现较快增长态势。从区域布局看,我国脑科学发展已形成北京、上海、深圳三地鼎立的格局,深圳凭借其优越的市场环境与成熟的资本机制,在脑科学与类脑智能产业化方面取得显著进展。作为全球电子信息重镇,深圳在芯片设计、精密制造与医疗器械等领域积淀深厚,相关企业在脑成像设备市场占重要地位,电子信息产业助力脑机接口电极材料、信号处理芯片等关键技术环节突破。截至2024年7月,深圳已集聚约130家脑科学相关企业,其中超60%为脑诊治医疗器械类,11%专注脑机接口,呈现“上中游集聚、下游拓展”的良性态势。

脑机接口产业被纳入国家“十五五”规划重点培育未来产业,深圳市司法局、市科技创新局发布《深圳经济特区促进脑机接口产业创新发展若干规定(征求意见稿)》,围绕技术攻关、临床转化、企业培育、数据治理等推出36条举措,以特区立法优势破解产业早期发展痛点,打造全球脑机接口创新策源地和产业集聚地。针对脑机接口产业临床研究周期长、审批渠道有限等行业痛点,征求意见稿推出系列破壁举措,建立临床研究分级分类监管机制,鼓励医疗机构建设研究型病房,创新真实世界数据应用模式,针对重症且无有效治疗手段的脑机接口医疗器械,经伦理审查、患者知情同意后,申办者向省药品监督管理部门备案,临床试验机构向省卫生健康主管部门报告后,可以在开展医疗器械临床试验的机构内免费用于其他病情相同的患者。

在伦理审查上,深圳拟成立临床研究伦理审查互认联盟,压缩审批时间,依托国家药监局大湾区审评检查中心推行审评前移和优先注册通道,设立受试者专项救济基金,筑牢权益“安全网”。征求意见稿构建了从初创孵化到领军龙头的服务体系,市、区将布局产业集聚区和专业孵化器,提供场地、投融资等一站式服务,建立企业梯度培育库,在用地、研发资助等方面给予倾斜。为拓宽应用场景,深圳拟建立应用场景需求清单发布制度,编制创新产品首购目录,鼓励政府采购,已注册的脑机接口医疗器械在采购平台开设挂网绿色通道。

前沿技术攻关与开放合作持续推进

深圳在脑科学领域的前沿技术攻关不断取得新突破,医学成像全国重点实验室牵头启动无创闭环可穿戴超声脑机接口重大科研仪器项目,该项目团队将研制首台能在同一坐标系下完成脑功能成像、经颅补偿、相位校正与闭环调控的国产化高端超声脑机接口仪器,重点攻关基于人工智能的经颅超声自适应补偿方法,突破复杂颅骨条件下微血流信号探测与聚焦精度,发展三维/四维功能超声成像与闭环调控关键技术,研制可穿戴成像调控双模面阵换能器及超声系统,最终实现成像与调控一体化,以及脑活动的实时监测与自适应闭环调控。

中国科学院院士、医学成像全国重点实验室主任郑海荣带领团队历经十余年攻关,率先提出并系统验证“无创闭环超声脑机接口”技术理念,在神经活动精准成像、无创超声神经调控等关键方向取得一系列突破性成果。团队攻克了长期被国外垄断的高密度面阵列换能器技术,实现从底层压电材料到精密制造工艺的自主研发,核心换能器的电声转换效率、穿颅能力等关键性能指标全面超越国际同类产品,团队在多种动物模型上率先完成超声成像和神经调控技术的安全性与有效性验证,系列成果持续发表于国际顶级期刊。

在开放合作层面,依托河套深港科技创新合作区,深圳正加快建设联合实验室和深港产业孵化平台,参与国际大科学计划与标准制定。深圳市脑科学学会等将于10月21日在深圳光明举办粤港澳大湾区脑机接口产业创新大会暨第六届脑科学前沿与产业大会,本次大会将聚焦脑机接口科技创新与产业创新融合,通过“1+1+1+N”模式,旨在搭建集产业图谱发布、技术展示、资本对接、场景落地、人才孵化于一体的产创融合平台。脑博会启幕之际,由中国科学院国际交流计划支持的神经科学国际研讨会也将于10月24日至25日在深圳光明接续举办,汇聚国际顶尖神经科学家,与本次大会共同连成一条国际学术接力线,让湾区脑科学的声音传向世界。

(编辑:吴淑娟)