导语：作为整个身体的控制中心，大脑决定着身体的各个方面以及智力水平，从简单的移动肢体到复杂的思维并定义人类个性，数百万个导电神经元充当微观信使，在身体周围发送指令。脑科学的研究对人类的健康至关重要，脑的疾病如自闭症、智障、抑郁症、成瘾、阿尔茨海默症、帕金森症等，不仅产生巨大的社会经济负担，而且会严重影响人类的高级功能。人类文明发展了几千年，大脑的了解处于一个很矛盾的状态：一方面，人类尚不清楚许多精神类疾病的发病机制；另一方面，人们可以通过观察脑电波预测非人灵长类动物下一步行为。脑科学与脑机接口技术的发展或许人类打开新的发展窗口。
根据 CB Insights 的数据，大脑健康领域 2020 年的全球市场规模为 62 亿美元，并将在 2024 年突破百亿美元，成为下一个有可能为人类社会带来颠覆性影响的产业。
松禾资本医健基金团队针对脑科学研究及类脑智能，推出系列研究报告。报告分两部分，本部分为脑科学行业综述，深度解读脑科学的发展历史、产业概况、驱动因素、面临问题等。以下为报告原文：
一、脑科学的概述
狭义的脑科学一般指的是神经科学，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而进行的研究，涉及生理学、解剖学、分子生物学、发育生物学、细胞生物学、物理学、计算机科学、化学及数学模型等多个学科。广义的脑科学是研究脑的结构和功能的科学，及从生物脑的角度探究大脑的物理构成、生物机理和工作机能，是一个认识脑的过程。
图：脑的结构
19 世纪，脑科学进入快速发展阶段，捷克生理学家浦金耶(Jan Evangelista Purkyně)报道了他观察到的轴突和神经细胞体，后经多人的努力，神经细胞“三部分说”得到公认。20 世纪前后，人们对脑功能的研究取得突破性进展。英国药理学家及生理学家戴尔(Henry Hallett Dale) 证明了内脏器官的副交感神经是通过乙酰胆碱起作用的，神经兴奋传导的机制被发现，加快了脑信息传递机理研究的进程。20 世纪50年代至60年代，科学家发现大脑皮层内和皮层下的边缘系统，组成了一个复杂的神经网络，来控制情绪的生成和表达，以及情绪记忆的形成、存贮和提取，从而建立起了相对完整的脑功能图谱。1952年第一台电子显微镜诞生后，人们对突触形态有了更为细致的观察和进一步的认识，进一步加强了对脑神经结构的认识。20 世纪60年代，脑科学正式成为一门独立学科，其研究范围几乎涉及到生命科学的所有领域。1981年，美国科学家斯佩里(Roger W.Sperry) 因证明大脑左右两半球的功能存在显著差异而获得诺贝尔生理学或医学奖；1991年，德国科学家内尔(Erwin Neher)因发现细胞内离子通道、发明膜片钳技术而获得诺贝尔生理学或医学奖，其在神经突触传递和可塑性领域也非常权威。此外，脑科学在视觉、听觉、嗅觉、脑损伤等方面的研究，以及在学习、记忆、语言、睡眠、觉醒等高级功能方面的研究，也取得较大进展。其中，瑞典科学家维瑟尔(Torsten N.Wiese)与美国科学家休伯尔(David H.Hubel)因阐明视觉系统形成的机理而共同获得1981年的诺贝尔生理学或医学奖。
二、脑科学发展驱动因素
近十年来，全球各个国家对于脑科学计划投入了大量的科研及财政支出，具体列举如下：神经科学和类脑人工智能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(Allen Institute for Brain Science)、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。理论建模、脑机接口、机器学习等三大领域是美国重点研究的方向。理论、建模和统计分析融入大脑研究是“Brain计划”的七个最优先领域之一。“神经科学研究蓝图”主要由美国国立卫生研究院(NIH)资助，其在脑科学研究中的投入稳步增长。在其努力下，脑科学领域出现了新的科研组织形式，由 NIH 代表的政府机构、工业界和基金会共同参与的阿尔茨海默症的神经影像学行动计划(ADNI)，其中心目标是确定阿尔茨海默症发病机制，并应用于提高临床试验。有别于传统的学术研究组织 ——西雅图艾伦脑科学研究所重点研发和提供神经科学研究工具和设施，这些新型组织形式的共同特点是科学交流频繁，并实施严格的数据公开、共享政策。新实施通过推动创新型神经技术开展大脑研究 (BRAIN)计划。2013 年 4 月，美国总统奥巴马宣布启动了 BRAIN 计划，并计划首年投入 1 亿美元资助该计划推进。美国国防高级研究计划局(DARPA)、美国国立卫生研究院(NIH)、美国国家科学基金会(NSF)分别承担技术工具开发、脑机产品发明、基础设施建设的工作。 人类脑计划(HBP)是欧盟未来及新兴技术旗舰计划(FET- Flagship)项目之 一 ，重点开展大脑模拟研究及应用，重视神经疾病研究。HBP的目标是建立用于模拟和理解人类大脑所需信息技术、建模技术和超级计算技术。主要预期成果包括提高脑部疾病研究、诊断和治疗新技术，发展具有类脑功能装置等一系列新 技术，辅助人类决策。日本主要开展脑机接口、脑计算机研发和神经信息相关的理论构建，该项目提出的新技术发展目标是在15年内实现各层次脑功能的超大规模模拟技术，开展神经科学的数学、物理研究。中国在《国家中长期科学和技术发展规划纲要 (2006—2020年)》中，把“脑科学与认知”列入基础研究8个科学前沿问题之一。《中华人民共和国国民经济和社会发展第十三个五年(2016—2020 年)规划纲要》中新提出“科技创新2030—重大项目”，涉及 15 个重大项目、重大工程，其中就包含“脑科学与类脑研究”“智能制造和机器人”和“健康保障”。科技部、教育部、中国科学院和国家自然科学基金委员会于2017年5月联合印发的《“十三五”国家基础研究专项规划》提出，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”的布局，并搭建相关关键技术平台。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、模式动物介观 神经网络的结构性和功能性全景式图谱;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;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。总体上，神经科学地位关键，对于抢抓未来 15～30 年智能科技革命和人类超智能社会发展先机，保障中华民族创新素质与智力、护航“健康中国 2030”战略，为国民经济三大产业的转型升级、国防科技下一轮变革提供战略性科技支撑，都具有战略性影响和全局性意义，必须高度关注。脑与神经科学、人工智能、计算机科学的深度融合与相互借鉴已成为近年来科学研究领域重要的国际趋势。近期国内外相关研究机构建立与脑科学相关的研究中心。例如，瑞士洛桑联邦理工学院建立了脑与心智研究所（Brain Mind Institute）,其科研团队包含基础神经科学、计算神经科学、人工智能和机器人相关的科研人员，共同从事瑞士蓝脑计划、欧盟脑计划的研究。美国麻省理工学院成立了脑、心智与机器研究中心（MIT），由著名计算神经科学家、人工智能专家Poggio领导。目前主要研究方向是感知学习、推理、神经计算。
表：2016-2020全球主要国家在脑科学领域的论文发表和专利情况
数据来源：Web of Science 和 中国电子学会
2016-2020年，全球公开发表的论文总量超 45 万篇，申请的专利总量近 2 万份。美国以15万篇科研论文、8000余份专利申请量位居全球首位。中国的脑科学研究虽处于起步阶段，但北京、上海已具有在全球脑科学尖端领域竞争的能力。 我国在脑科学领域已经形成了三大类研究主体。一是以上海脑科学与类脑研究中心、北京脑科学与类脑研究中心为代表的中国脑计划南北两个中心；二是以复旦大学脑科学前沿科学中心、浙江大学脑与脑机融合前沿科学中心为代表的教育部前沿科学中心；三是国内高校和科研院所成立的各类研究机构，如清华大学、北京大学、北京师范大学、中科院深圳先进技术研究院与IDG共建的麦戈文脑科学研究院。这些研究单位每年吸引大批海外脑科学人才回国，极大地促进了中国脑科学研究的大发展。中国脑科学研究机构统计表具体如下所示：
三、脑科学面临的挑战
现在的研究集中在在细胞、分子水平上对单个神经细胞或少数细胞组成的神经环路的微观研究，和在应用活体成像技术对一大群神经细胞总体活动的宏观分析，而这种分析由于眼下成像技术空间分辨力和时间分辨力的低下，对神经细胞集群中每一个单元的活动几乎一无所知。这显然是因为目前对神经元集群和集群中各单元活动的监测仍然缺少有效的技术手段。也就是说，在介于微观与宏观的介观层面，对于各种神经元的活动如何动态地组合、编码、加工，最终完成其使命的过程，我们目前的了解还非常有限。应用无创伤脑成像技术对脑实施高级复杂功能(如语言、感知、思维、意识等)时脑各分区的活动进行分析取得了许多有用的信息，但是我们还不知道神经活动是如何升华成脑所实施的高级复杂功能的? 脑是如何整合各种信息实现主观有意识的经验(即精神)的。《科学》杂志在庆祝创刊125周年时，邀请全球几百位科学家列出他们认为当今世界最重要的前沿科学问题，最后归纳为125个，其中有18个问题属于脑科学，比如意识的生物学基础、记忆的储存与恢复、人类的合作行为、成瘾的生物学基础、精神分裂症的原因、引发孤独症或者叫自闭症的原因等等。要解决这些问题，就要知道大脑的神经网络及其工作原理。大脑网络极其复杂，神经元数目众多。大脑有1000亿个神经元，而且每个神经元的放电模式不同，编码模式不同，信息处理方式也不一样。所以，要理解这个复杂的系统如何工作，会是一个很大的挑战。
四、脑科学的产业概况
根据CB Insights和动脉网的数据，大脑健康领域2020年的全球市场规模为62亿美元，并预计将在2024年突破百亿美元，成为下一个有可能为人类社会带来颠覆性影响的产业。从全球的数据来看，全球融资的总额呈现增长趋势，从2016年的13.91亿美元成长到2021年的67.64亿美元。平均融资额度也从2016年的1700万美元增长为2021年的3700万美元。在中国方面，也同样呈现增长趋势，从2016年的2.56亿美元增长为2021年的13.2亿美元。脑科学产业可分为三个赛道，分别为生物医药、医疗器械、数字疗法，各个赛道当前交易轮次统计如下：
数据来源：公开信息、动脉网
动脉网的数据表明， 脑科学布局的投资轮次呈现两头重中间轻的趋势。天使轮和A轮加起来的投资轮次加起来超过200家，IPO及以后轮次加起来超过160家。在赛道上，生物医药企业各轮次交易总计超过356次，其次是医疗器械约213次，最后是数字疗法79次。其中，脑科学生物医药依然是最热的赛道。
- 翼思生物：成立于2020年，是一家专注于CNS领域的生物技术公司，由全球领先的投资机构通和毓承孵化，公司致力于开发中枢神经系统领域的创新疗法，将通过自主研发及与国际领先企业战略合作的方式来为患者提供更多的治疗方法。2021年11月宣布完成1.8亿美元的A轮融资，由通和毓承领投，同时获得Ruentex Group、KB Investment、WTT investment、Mubadala Investment Company、HBM Healthcare Investments和高盛等数家一线机构跟投。与此同时，翼思生物与SK Biopharmaceuticals共同宣布就6个创新资产达成授权许可及长期战略合作协议，以期解决中枢神经系统（CNS）领域在中国未满足的巨大临床需求，为临床实践提供更多优效的治疗选择。
- 微创神通科技：微创医疗的全资子公司，致力于自主研发神经领域介入治疗医疗器械，是“上海市高新技术企业”，承担了“十二五”国家科技支撑计划"脑血管疾病危险因素防控、诊疗、康复关键技术研究"课题。公司拥有完善的脑卒中介入治疗产品线，致力于神经介入治疗领域高端医疗器械的研究开发。
2021年上市的脑科学企业共计30家，其中12家是研究神经退行性疾病的药物，如下图所示：近期值得关注的是位于张江的微创脑科学有限公司在香港联交所主板成功上市，公司已有12款自主研发的产品在中国获批上市，3款创新产品。截止报告期以3.8亿营收，撑起了127亿市值。
- 微创脑科学：注册于2020年9月30日，拆分自微创医疗。公司为神经介入医疗器械行业领先的中国公司,致力于向医生及患者提供创新解决方案。自首款产品于2004年获得批准起，截至最后实际可行日期，公司产品组合累积合共30款产品，包括在中国获得批准并商业化的十款治疗产品(5款出血 性脑卒中、3款脑动脉粥样硬化狭窄、2款急性缺血性脑卒中)及三款通路产品,以及17款正在开发的候选产品。公司拥有全面的获批准治疗产品组合,涵盖神经血管疾病的三大领域:出血性脑卒中、脑动脉粥样硬化狭窄及急性缺血性脑卒中。在出血性脑卒中领域，公司产品销售方面为中国神经介入医疗器械行业最大的分部;公司为中国神经介入医疗器械市场前五大参与者中唯一的中国公司，以2020年收入而言，拥有约4%的市场份额。
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