一. 介绍

神经科学是发源于生命科学的一个方向，后期受到心理学，计算机科学等学科的影响，形成交叉学科，研究的内容主要包括脑科学、神经生物学、神经病理学、行为遗传学等领域，神经科学领域最早开展系统理论、计算机科学研究，比如神经控制论、人工智能等，21世纪系统生物学在细胞分子层次重新兴起后，又形成了系统神经科学和计算神经科学。

它应用生命科学和物理科学，信息科学的综合途径，从分子、细胞到计算网络、心理多个水平，对神经系统的形成， 正常功能和异常病变进行研究。从国际科技界看，早在50年代，一批控制论的先驱就注重神经系统。从60年代起，一批分子生物学的开创者，包括DNA结构发现者、英国科学家克里克，纷纷转向神经科学的研究领域，使神经科学的发展有更多高质量的人员加入研究行列。

神经科学的发展速度也表现在其从业人员的增长速度上。美国神经科学会于1970年成立时仅500多会员，到1998年已有2万9千以上了，这个上升趋势还未进入平台期。每年学会年会都有2万多人参加。21世纪被世界科学界公认为是生物科学、脑科学的时代。在上个世纪末欧美;脑十年和日本;脑科学时代计划的推动之下，对人脑语言、记忆、思维、学习和注意等高级认知功能进行多学科、多层次的综合研究已经成为当代科学发展的主流方向之一，而认知神经科学的根本目标就是阐明各种认知活动的脑内过程和神经机制，揭开大脑 心灵关系之谜传统的心理学基础研究即认知心理学，仅是从行为、认知层次上探讨人类认知活动的结构和过程。而认知神经科学作为一门新兴的研究领域，则高度融合了当代认知科学、计算科学和神经科学，把研究的对象从纯粹的认知与行为扩展到脑的活动模式及其与认知过程的关系。对认知神经科学的意义与前景，国际科学界已经形成共识，许多人把它看成是与基因工程、纳米技术一样在近期内会取得突破性进展的学科。

二. 开设情况

正如上文介绍所说，该方向是交叉学科，目前大部分学校都是各个系里面单独有一部分老师在做，或者交叉合作并不独立成为一个可以授予学位的program，极小部分学校设立了神经科学方面的学位，但是基本上更多倾向于授予博士学位，硕士学位多归于不同的department授予，美国很多大学开设有神经科学研究排列靠前的如下：

三. 主要研究方向

神经科学在美国的大学中主要有六个大的研究方向，主要有细胞和分子神经科学科学，系统神经科学和动物行为，人类的认知神经科学，计算神经科学和理论，发育神经科学，疾病的神经生物学研究等。

细胞和分子神经科学

分子神经科学是神经科学的一个分支,研究神经系统的生物学与分子生物学、分子遗传学、蛋白质化学、以及相关的方法。细胞和分子细胞神经科学主要由来自分子细胞，遗传学，生化，细胞生物学，解剖学，细胞电生理学和影响等方向的学者研究。该研究旨在了解神经系统过的发育功能。近期的研究已经阐明了很多神经元功能的分子机制，包括感觉传导，如光，声音，味道，压力和天气;大脑的发育，脊髓和周围神经，神经元兴奋性和神经药理学，突触功能和功能障碍等。它们涵盖了感知，生命节奏，情感，药物反应，记忆和认知，以及这些过程中的遗传性和获得性疾病。

系统和行为神经科学

人脑是一个有着10 11神经元的网络，这10 11神经元又有着1015 的联系，因此人脑可以说是宇宙中最复杂的系统。系统神经科学与认知神经科学是研究在这个庞大的神经系统中信息是如何处理的，进而给人们赋予了感觉，记忆，抽象思维，复杂行为以及认知本身的。这是心灵与身体的问题，几世纪以来一直为哲学家们所争议，如今总算落实到实证调查，成为当前最伟大的科学前沿课题之一。每个学校的研究侧重点不同，如JHU这方面主要侧重于研究认知信息处理的量化和网络层了解与探索。实验器材包括神经生理学，脑成像，和心理物理学。分析方法包括系统识别，维度简化，信息理论，和网络建模。这个方向一个重要的研究兴趣就是如何通过视觉和触觉信息处理产生对二维和三维物体的感觉和理解。该方向的另一个重点是神经元处理和识别演讲和其他复杂声音的研究。其他实验室主要研究注意力，动作学习，行为的决策和执行控制的神经机制。

脑的高级功能是生命科学中，乃至所有科学中，最令人感兴趣的问题之一。学习记忆这个领域，从巴甫洛夫的工作以后较长时间进展缓慢，但在最近二十年中有较多进展。先在低等动物中，后在高等动物中，神经生物学家们对学习记忆的细胞和分子生物学原理终于有了一定的了解。在七十年代和八十年代，以美国哥伦比亚大学的肯德尔为代表的科学家们，用低等动物海兔研究了一些简单行为的学习记忆过程。他们找到了这些行为所需要的神经环路，揭示了其学习记忆所依赖的细胞和亚细胞结构(特定的突触)，发现了神经信息的变化，并证明了第二信使cAMP的重要性。在高等动物中，七十年代，英国的布理斯和挪威的洛默发现长期性增强作用(LTP)，被认为是神经可塑性的细胞机理。其后二十多年内，LTP已在脑内多个部位观察到，并有证据显示是与一些学习记忆的行为有联系。八、九十年代，以旧金山加州大学的尼科和斯坦福大学的华裔科学家钱永佑为代表的电生理学家们推进了人们对LTP的神经生理的了解。九十年代，以麻省理工学院的日裔科学家利根川和哥伦比亚大学的肯德尔为主的科学家们，用分子生物学结合神经生物学，研究高等动物学习记忆的分子机理，发现了一些影响学习记忆的基因，也再次发现cAMP的重要性，提示低等动物和高等动物的学习记忆原理有一部分相似性。肯德尔对低等动物和高等动物学习记忆的研究贡献被普遍认为是诺贝尔奖的热门候选者。近年，一些以前人们认为在发育中起营养性作用的分子，也被发现影响LTP的出现，从而提出它们可能参与脑的可塑性过程。从分子、细胞水平到整体、行为水平，学习记忆整个领域呈现一片活跃。应该指出的是，已故的中国神经生物学家、美国科学院院士、中国科学院上海生理研究所的冯德培曾在神经可塑性领域作出重要贡献。三十年代，冯德培在当时的中国生命科学研究中心-北平协和医学院-工作时，发现强直后增强作用(PTP),这一工作实质上是第一个细胞水平的神经可塑性发现。近六十年后，冯德培到肯德尔处访问时，肯德尔让大家 向神经可塑性的先驱致敬 。九十年代，冯德培实验室又在LTP方面作出成绩。目前，中国神经科学界，包括上海脑研究所，还在继续进行学习记忆的研究。

无创性成象技术在神经科学的成功应用，使人们对脑的高级功能研究进入了前所未有的境界。生命科学上有这样一个事实：很多 生物 学的知识是从 死物 身上、或者从活的部件上所得到。虽然这样的研究方式也告诉了我们很多结果，可是我们大家都知道，脑功能的奥妙之一在于其整体和活体起的作用是与局部和死的系统有质的不同。所以神经科学家特别期待观察活体脑的机会。现代无创性成象技术终于第一次使这个幻想成为现实。正电子发射断层扫描(PET)是通过监测发射正电子的分子在脑内的分布，来了解脑内功能活动。这些发射正电子的分子是由人为导入，根据需要可以观察血流、也可以观察脑内神经递质等分子。以美国华盛顿大学雷克尔为代表的科学家们，将PET应用于脑功能多方面研究，使人们真的得以窥视活体脑的工作。比如，有报道：音乐家和一般人在听音乐时用的脑区是不一样的;也有发现，同一词汇，人把它作为动词想时和作为名词想时用的脑区不一样。在以前，神经科学的内行与外行一样，对这类无从着手研究的 理论性 题目都是只能进行 思辨 的，无创性成象技术才第一次把它们置于真正的科学基础上。功能性核磁共振(fNMR)是另一已成功应用的无创性成象技术。在脑内，fNMR主要检测有氧对无氧血红蛋白的比例，从而观察脑内局部区域血流量，而脑血流量能显示脑局部区域活动情况。它的用处与PET的重叠，但它无需使用人工的同位素，这样更是安全，虽然它能检测的分子也受限制。这些无创性成象技术都能用于疾病的诊断和早期诊断，所以为科学家和临床医生都提供了强有力的手段。

发育神经科学

成人的神经系统依靠成千上亿的神经元联系实验功能。为了建立合适的神经元连接，生物体必须产生合适熟练的神经元和胶质细胞。而且，神经元必须延伸轴突，细化树突，并且和他们的合作对象形成结合。这个方向各个学校的研究侧重点不同，JHU的主要研究重点是

专注于脊椎动物和无脊椎动物系统,并使用复杂的遗传、生化和细胞工具来研究神经发育。感兴趣的领域包括干细胞生物学、细胞增殖和迁移,神经元和神经胶质细胞分化，细胞生存和凋亡,轴突和树突增长和指导机制,突触的形成和消除。最近的发现有新的 控制轴突引导的配体控制受体复合物的识别,中枢神经系统突触形成的分子机制,运动神经元分化的分子基础。这些进步提供了令人兴奋的机遇为研究专注于发展障碍的治疗和最终可能促进修复受伤的神经系统。

高等动物脑形成的第一步是神经诱导，这是诺贝尔奖获得者、德国发育生物学家斯伯曼和学生早在1924年发现的。过去七十年中很多发育和神经生物学家希望找到神经诱导的分子，他们中间包括英国生化胚胎学家李约瑟，但大家的努力都没成功。李约瑟转向中国科技史研究，也许与这种努力遇到不顺有部分关系。在过去四、五年中，终于有几个美国实验室报道发现了神经诱导的基因，这些基因的产物分子可以诱导蛙的胚胎组织走上形成神经系统的道路。虽然这些结果仍有待在多种动物中进一步证明，人们普遍认为神经诱导的分子机理已开始被解决。有一些基因的产物可以造成多个头部的形成，也被认为是参与确定头与身体其它部位的关系的分子，虽然它们不是直接控制神经发育的基因。

神经发育过程有营养性因子参与。第一个神经营养性因子叫作 神经生长因子 ，是五、六十年代在美国华盛顿大学的意大利裔女神经生物学家、诺贝尔奖获得者莱薇-蒙太琪妮发现的。她最初与华盛顿大学的德裔犹太生物学家、有神经胚胎学之父之称的汉伯格合作，以后与当时华盛顿大学的生化学家、诺贝尔奖获得者科恩合作，经过较长时间才分离纯化到神经生长因子。长期以来，神经生长因子是唯一的一个神经营养性因子，但它只影响部分神经细胞。人们一直想找到更多的神经营养性因子。八、九十年代中，包括在生物技术公司和学术界工作的神经生物学家们多方努力，通过分子生物学方法，发现了多个神经营养性因子，它们对神经系统多个不同细胞有营养性作用。近年，有一些神经营养性因子被用于临床实验。在当前，它们被认为是治疗神经退行性病变、神经损伤、和中风等多种以前束手无策的脑疾患的最佳希望。

疾病的神经生物学研究

神经系统疾病每年消耗美国超过5000亿美元，构成重大的公共卫生和经济挑战,在某种程度上影响着近三分之一的美国人生活。神经学家关注解剖基础疾病的分子机制的神经系统,希望这些努力将带来更好的治疗方法和预防。沿着这些路径复杂的分子和基因技术产生了令人兴奋的进步。研究员在程序中他们的研究集中在神经退行性疾病的分子与细胞基础,神经系统和行为障碍,遗传性神经和精神疾病的遗传学,以及神经系统老化,发展新的治疗方法的终极目标。

脑和神经系统的疾患是现代社会占比重越来越大的健康问题，在中国这种不断老化的人群中更是迫切希望能得到解决或控制。神经科学的综合研究，为多个脑疾患的诊断和治疗提供了可能和希望。不仅如此，对神经系统疾患的研究还为其它疾病，如各种癌症，提供了一些有普遍意义的结果和教益。

老年性痴呆是以前在中国不被重视的问题。也许就是因为其常见，很多人以为老年的脑功能病理衰退是正常 老化 。现代神经科学告诉我们，老年痴呆是异常的病变。在过去科学不发达的漫长岁月里，人的寿命是不长的，这样在进化的过程中就没有把造成老年性痴呆的疾病基因筛选、淘汰掉。现在人的寿命延长后，老年性疾病也就增加得很快。九十年代的神经遗传学和分子神经生物学研究开始揭示了老年性痴呆的分子基础。以现在美国华盛顿大学的英国科学家戈娣和现在弗罗里达大学的英国科学家哈狄在九十年代初的发现为领先，迄今已经有四个基因被证明参与老年性痴呆的发病，其中三个中间任何一个坏了都不光造成发病，而且提早发病年龄。这三个基因是多个遗传因素的一部分，如果中国研究出现在已知的这几个基因和将来会知道的其他有关基因在中国人群的致病性突变位点，在理论上就可以进行产前诊断，以避免在老化人群中老年性痴呆发病率的不断增高。利用分子遗传学，神经科学家们也建立了用于药物筛选的老年性痴呆的动物模型。

因为美国国立健康研究院科学家的工作，在1997年也终于发现了第一个造成巴金森氏病的基因，现在世界神经科学界正在探索这个基因的重要性，并希望找到更多的致病基因。长期困扰人类的精神病，在过去几年中也有进展，已经有几个研究小组开始逼近精神分裂症的基因了。中风是常见的脑疾患之一，它的分子和细胞生物学机理在过去十几年被仔细研究。以华盛顿大学的韩/华裔美国科学家崔为代表的神经科学家们，发现了钙离子和谷胺酸受体在中风导致的脑细胞死亡中的作用。中风的细胞和整体动物模型的建立，为筛选治疗药物提供了扎实的基础。

1997年的诺贝尔奖是发给旧金山加州大学的神经病学家普鲁辛勒。他研究的是一种神经退行性病变，他提出这种病是由蛋白质造成的传染病，病原蛋白质可以通过改变蛋白质结构，使正常蛋白质转化成致病蛋白质。他的假说，在八十年代很不为人接受，因为一方面大家公认传染病都需要含核酸的病原体，另一方面，人们难以理解蛋白质结构改变如何参与致病，所以，普鲁辛勒的假说最初多年是为人嘲笑的。过去十年中，越来越多的研究支持其假说，虽然至今仍未完全证明。如果他是对的话，对分子生物学和生物化学都带来突破，开辟新的领域。

计算神经科学

计算神经科学是使用数学分析和计算机模拟的方法在不同水平上对神经系统进行模拟和研究: 从神经元的真实生物物理模型，它们的动态交互关系以及神经网络的学习， 到脑的组织和神经类型计算的量化理论等，从计算角度理解脑，研究非程序的、 适应性的、大脑风格的信息处理的本质和能力，探索新型的信息处理机理和途径， 从而创造脑。它的发展将对智能科学、信息科学、认知科学、神经科学等产生重要影响。

对脑和神经系统的研究源远流长。至18世纪末，人们认识到脑分为不同的部位，行使不同的功能。 1891年Cajal创立神经元学说，认为整个神经系统是由结构上相对独立的神经细胞构成。 在Cajal神经元学说的基础上，1906年Sherrington提出了神经元间突触的概念。 20世纪20年代Adrian提出神经动作电位。1943年McCulloch 和 Pitts提出了的 M-P 神经网络模型。 1949年Hebb提出了神经网络学习的规则。50年代Rosenblatt 提出了的感知机 (Perception) 模型。 八十年代以来, 神经计算研究取得了进展。Hopfield引入Lyapunov函数(叫做 计算能量函数 )给出了网络稳定判据, 它与VLSI有直接对应关系, 为神经计算机的研制奠定了基础。同时它还可用于联想记忆和优化计算, 开拓了神经网络用于计算机的新途径。甘利俊一(Amari)在神经网络的数学基础理论方面做了大量的研究， 包括统计神经动力学、神经场的动力学理论、联想记忆，特别在信息几何方面作出了一些奠基性的工作。 计算神经科学的研究力图体现人脑的如下基本特征:① 大脑皮层是一个广泛连接的巨型复杂系统; ② 人脑的计算是建立在大规模并行模拟处理的基础之上; ③ 人脑具有很强的 客错性 和联想能力, 善于概括、类比、推广; ④ 大脑功能受先天因素的制约, 但后天因素, 如经历、学习与训练等起着重要作用， 这表明人脑是有很强的自组织性与自适应性。 人类的很多智力活动并不是按逻辑推理方式进行的, 而是由训练形成的。

计算神经科学和神经工程研究集中在脑机接口,应用程序的类人脑处理策略来帮助解决困难的技术问题。例子包括神经导致的感觉适应方法,视觉的脸和对象识别,语音识别,动作输出,增强记忆和学习,和控制复杂的类人机器人。神经工程师在NGP有发达的通信电子电路之间的接口和神经组织,应用神经假肢和大脑植入物,设计混合光学电子硬件系统能够实现非常快,低功率计算 神经形态 ,并领导神经信息学的主要工作,如开创性的建设数据库、神经科学研究和可视化和仿真工具。

目前，对人脑是如何工作的了解仍然很肤浅，计算神经科学的研究还很不充分， 我们面临的是一充满未知的新领域，必须在基本原理和计算理论方面进行更深刻的探索。 通过对人脑神经系统的结构、信息加工、记忆和学习机制的分析研究，从人脑工作的机理上进行仿真， 提出智能科学的新思想、新方法。

计算神经科学的科学问题如下:

神经活动的基本过程:研究神经元离子通道及其调控、突触传递及其调控、神经元受体及信号转导、神经活动的同步机理。

单个神经元的计算模型:单个神经元是构成神经网络的基本单元，它由神经细胞体、树突和轴突构成，神经元之间通过突触连接

学习和记忆的神经机制:神经系统因活动和环境等因素的作用而在结构和功能上发生改变，这种改变是学习和记忆等高级脑功能的基础。研究产生这种可塑性、特别是神经突触的可塑性的机制以及学习规则。研究神经元回路信息编码及加工机理。

神经元和神经系统发育的分子机制:神经细胞在脑发育时由神经干细胞分化而来，以后经过迁移、长出突起、通过形成突触互相连接等过程逐步形成复杂精密的脑。研究调节神经干细胞分化、维持神经细胞存活、调节神经细胞迁移、突起生长和突触形成的神经营养因子，研究它们的作用和作用机理。

神经递质:研究神经递质的构成，神经递质的合成、维持、释放及与受体的相互作用。

认知神经科学

认知神经心理学(Cognitive Neuropsychology)是近年来兴起的一门交叉学科，属于心理学、认知科学、神经科学的交叉领域。认知神经心理学是认知心理学的分支，它是在传统的认知心理学和神经心理学的基础上逐渐发展起来的。80年代中期以前，神经心理学主要沿着临床医学和心理学的道路迈进;80年代以来，神经心理学在吸收了认知心理学的精细实验方法和理论概念之后，开始逐渐沿着认知神经心理学的方向发展。因此认知神经心理学脱离了临床医学的轨道，转入了认知心理学和神经科学的家族。近年来，认知神经心理学取得了诸多重大成果，受到越来越多的研究者的重视，成为当代神经心理科学研究的前沿。认知神经心理学有自己的学术期刊 Conitive Neuropsychology。

认知神经心理学属于认知心理学的一个分支，它是以有特定认知过程受损或未能正常获得某些认知能力的病人为研究对象，来推知人类正常的认知结构和加工方式的学科，是揭示认知过程及其脑机制的核心研究手段之一。

认知神经心理学的目的是探讨当人们执行认知活动的时候，心理信息加工过程是怎样的，所采用的手段是研究这些认知功能受损的病人。研究认知神经心理学的方法也可以用于研究发展性认知障碍，如阅读障碍，或者特殊的语言损伤，这就是发展性认知神经心理学。这些方法还可以用于高级认知发面的研究，如信念形成和心理理论。这些高级认知方面的障碍是精神病学的范畴，因此这类研究错觉、幻想或虚构等的认知神经心理学叫做认知神经精神病学。认知神经心理学的典型特征有：(1)研究症状，而不是并发症;(2)采用个案研究，而不是群体研究;(3)主要数据来源是症状间的双分离;(4)致力于模块化认知模型的建立。

认知神经心理学的研究思路是：通过脑损伤造成的选择性认知功能的障碍和保留的认知环节，推测正常人大脑的认知机制。具有较强的选择性认知功能障碍的病人为认知神经心理学研究特定认知功能提供了理想的研究对象。认知神经心理学和认知神经科学之间的区别在于：认知神经心理学是认知心理学的一个分支，研究的是心理过程(Mind)规律;认知神经科学是神经科学的分支，主要研究的是大脑本身(Brain)(特别是关注与认知有关的大脑机制)，两者是不同的但都很重要的研究领域，大部分相关领域的科学工作者会同时涉及这两个问题。

典型学校

约翰霍普金斯大学 医学院 http://neuroscience.jhu.edu/graduate-program

麻省理工大学 研究生院 http://web.mit.edu/neuro/neurobiology.html

哈佛大学 医学院 http://www.hms.harvard.edu/dms/neuroscience/

加州大学伯克利分校 医学院 http://neuroscience-grad.berkeley.edu/

明尼苏达大学 http://neurosci.umn.edu/

申请特点

1. 作为交叉学科，美国极少开设硕士学位，大部分是博士学位，且不直接授予神经科学的学位，而是通过研究导师所在的系别进行学位授予。加拿大沿袭英式体制，一般有博士学位就有硕士学位，但是也只是一部分学校开设相关专业，小部分学校开设研究生学历，不授学位。

2. 与医学联系紧密，申请难度极大。

3. 学生不仅需要具有良好的硬件背景，同时需要具备优秀的数理工程学背景。

4. 在美国属于二级分支，申请时一般通过大的一级分支进入，如生物科学，医学，计算机科学，药学，生物工程学等。

5. 加拿大要求严格，必须达到学校研究生院要求才有可能录取，同时一般学校需要套磁获得老师认可申请材料才会有人去查看。

就业情况

神经生物学是脑科学和生物学的交融，知识面很广。神经生物学是目前世界上研究人数最多的学科，也是未来科学发展最活跃的领域，专业发展前景不错。但是这个专业因为研究的课题前沿深入，如果只读到一个硕士就出去找工作是相当难的，并且没有竞争优势。硕士生可考虑的就业岗位包括医药、食品、环保、商检等部门中生物产品的技术开发、工程设计、生产管理及产品性能检测分析等工作，应用工程师，仪器销售工程师等。

而读到博士以后选择面就更广了，除了以上工作以外，还可进入各大高校实验室，各大相关公司的研究中心，医院的神经科学研究中心等进行科研相关的工作，而此时工资也相对较高，下面我们来看下美国著名薪资调查网页Indeed于神经科学从业人员的薪资调查。

从上可见，该方向平均工资为$86000，其具体分布分别为：

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