人腦是世界上已知的最先進和複雜的器官，數百年來人們試圖研究和揭開人腦之謎。2013年4月2日，美國總統歐巴馬宣布研究人類大腦的大型計畫「推進創新神經技術腦部研究」（Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies, BRAIN）；同年歐盟亦啟動為期10年的人腦科學研究計畫（Human Brain Project, HBP），催生出許多跨域人才投入神經科學、計算機技術及大腦相關醫學等領域研究，渴望更加了解健康大腦的運作方式，進而研發腦部發育、退化以及治療疾病更有效的療法。
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<h2>果蠅腦的大啟發 助攻臨床實驗發展</h2>
腦科學研究計畫於世界各國如火如荼展開，臺灣也有科學研究、臨床、產業等專家相繼投入。中央研究院分子生物研究所特聘研究員孫以瀚教授多年來研究模式生物 黑腹果蠅（Drosophila melanogaster），探索其神經系統發育及行為；他說科學界善用果蠅體型小、發育快、成本較低，其腦構造又不會太簡單的特性，觀察果蠅的各種行為，如求偶、學習、記憶、睡覺、打架，甚至是憂鬱症、自閉症、神經退化等，藉此模擬人類可能產生的神經疾病或退化，此外，研究者更可透過標記在果蠅細胞的綠色螢光蛋白（green fluorescent protein, GFP）分子，追蹤細胞分化點和組織發育，並回推影響發育的調控基因。 [data-component=gallery] 自果蠅研究中建立人類各種疾病模型，已知人類腦部因衰老或病變的退化是主要與蛋白質錯誤摺疊（misfolding）而後形成的類澱粉蛋白聚集（aggregation）有關，如 β-類澱粉蛋白（amyloid-β） 和tau蛋白是兩類導致阿茲海默症病變的關鍵；漸凍人症及腦前側額顳葉退化症則與TDP-43蛋白沉澱相關。不同神經退化疾病的發病點及蛋白質聚集傳播途徑也有所不同，孫以瀚教授提及人類各種功能、種類的細胞和基因，大多可在果蠅上找到對應的基因。因此，現代科學家積極進行果蠅腦部的精細實驗，期望得到神經疾病基本概念和機制，爾後再在其他哺乳類上進行實驗驗證及未來臨床上的觀察。
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<h2>建立生物疾病模型 藥物開發更精準</h2>
果蠅研究除了建立疾病模型，更可透過動物疾病模型進行藥物篩選。將候選藥物投至被誘導產生疾病行為的果蠅族群中，檢視藥物是否發揮效用，影響疾病發展，這項研究方法與以往藥廠使用人類細胞相比，更能了解藥物的效用。單一種類細胞不如活體反應的複雜，無法表現學習、記憶、攻擊性等行為，且細胞的特定性亦限制藥物可能產生的作用和機轉。比如藥物效力需特定細胞和其他種細胞的協作才可誘發，然單一細胞株培養可能無法展現藥物效性等限制。國際上，在藥物開發的測試裡已有以果蠅進行第一線篩選的案例，如曾登上富比士雜誌封面之美國知名神經科學家兼生技公司Dart NeuroScience LLC的執行副總提姆塔利（Tim Tully），即是使用果蠅進行記憶相關基因及影響行為研究；爾後，更使用具有環磷腺苷效應元件結合蛋白（cAMP response element-binding protein, CREB）突變基因的果蠅品系進行果蠅的長期記憶研究，並藉以此開發記憶力藥物。該公司於2004年發展出可改善記憶的潛力藥物HT-0712，其數據顯示可改善癡呆症及其他年齡相關退化的長期記憶力，目前相關開發進度尚在臨床測試。
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神經細胞可藉由分子訊號影響旁側膠細胞（glia cells）的分裂、分布、遷移和生存，後者不僅提供神經養分、支持和保護，也同時影響感光細胞的發育與功能。目前臨床研究顯示，表皮生長因子受體（epidermal growth factor receptor, EGFR）若過度表現會使膠細胞有機會於人類腦部不受限制的生長和複製，最後形成致命的神經母膠細胞腦瘤（glioblastoma）；臨床上，常使用上皮生長因子受器激化酵素抑制劑 （EGFR kinase inhibitors） 進行治療。然而，在孫以瀚教授研究果蠅視覺中感光神經細胞和膠細胞交互作用的研究中指出，過度抑制EGFR 會造成膠細胞退化，並引起其他神經退化和病變。因此，孫以瀚教授的研究將可協助臨床用藥劑量的參考，他也表示，透過在實驗室內精確研究生物模型以進行假說與驗證，有助於將研究結果提供於臨床上作為平衡用藥的參考之一。
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<h2>早產兒的守護者 長期追蹤預後照護</h2>
腦神經發育研究也是臨床研究顯學之一，成大附設醫院小兒神經科主治醫師黃朝慶醫師及成大團隊關注早產兒的腦神經發育，傾注全力追蹤早產兒治療與術後照護追蹤。成大醫院、奇美醫院、新樓醫院及郭綜合醫院設立新生兒加護病房，長期紀錄大臺南地區「非常早期出生之早產兒」 的種種併發症、不良曝露（adverse exposures）及存活出院時的身體狀況。團隊中囊括小兒神經科醫師、新生兒科醫師、兒童心理師、職能治療師等，分別於每個早產兒在6、12、24、60個月大時，縱貫式評估生長及神經發展狀況，及早進行介入治療，改善各項不良預後 。該計畫已連續進行26年，是全國唯一且世界罕見的區域性早產兒醫療及評估服務計畫。隨著出生周數越少，罹患腦性麻痺和自閉症等腦相關問題風險也增加。黃朝慶醫師與其團隊分析1995至2016年之間出生於臺南的非常早期出生的早產兒資料共2,237位，藉以進一步了解新生兒死亡率趨勢、存活且出院時無嚴重併發症（survival without major neonatal morbidities），以及矯齡24個月大時且無神經發展障礙（survival without neurodevelopmental impairment）的數據資料。該研究顯示臺南地區性長期登錄、追蹤的大數據分析，提供了聚焦醫療的切入點，以期改善非常早期出生早產兒童的預後發展品質 。
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<h2>器官與腦的緊密連動 身理影響心理</h2>
黃朝慶醫師與其團隊發現，早產兒發育中的每一個器官皆和腦有所連結，若器官如肺部、視網膜、腸道系統和代謝系統受到損害，腦部發展亦受影響。人類早期不良事件（early-life adversity, ELA）在醫學、心理學及公共衞生是重要議題，在美國18歲以下的兒童發生率可高達40％，此早期不良遭遇將是影響日後身體、行為及神經精神上異常的重要危險因子。早產兒童因發育尚未完善，身體諸多器官經歷不良遭遇且新生兒時期多於加護病房度過。因此，出院後的家庭成員的互動和環境則對後續的韌性（resilience）或者脆弱性（vulnerability）有極大的影響。對非常早期出生的早產幼兒而言，不同的人生早期不良經歷，將影響日後不同的特定腦神經發展面向，經長期的追蹤評估（assessment of long-term follow up）能早期發現問題，繼而減輕、預防、以及介入。
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以早產兒自閉症為例，新生兒重症照護的品質日益進步，早產兒存活率顯著提升；然早產兒於學齡期的情緒問題仍需慎重以待。2013年，成大早產兒追蹤團隊全面推動早產兒自閉症診斷，包括自閉症施測及問卷式診斷會談，並於確診後銜接療育資源。2019年，成大團隊的陳俐文醫師發表大臺南地區非常早產出生幼兒自閉症的5年發生率高達7.7％。而且在自閉症的三大表徵上，與足月自閉症兒童相比，早產自閉症兒童的同質性較高，雖然利用非語言（non-verbal）行為調整社交互動能力較差，但於發展同儕關係及社會情感的互惠性表現較佳。長期的追蹤和評估有利於早期介入及資源引進，後續教養和療育可依據孩童人格特質調整，提供學後所需資源及方案，大幅解除主要照顧者沉重的壓力與無助。
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此外，陳俐文醫師在早產兒6個月至2歲的認知發展軌跡路線圖，找到自閉症早期指標的線索。發現在6個月大時，認知能力偏低的自閉症高風險早產兒會於1-2歲時認知能力持續下降，且有1/3會在5歲時被確診為自閉症；臨床工作者可藉由2歲前的認知能力發展軌跡，挑選需要及早接受自閉症檢查的族群，讓孩子在腦部發展的關鍵時期，及時得到療育介入。認知發展軌跡研究將早產兒自閉症的診斷時間提早到2歲以前，是全球首篇將早產兒認知發展與自閉症風險連結的研究，企圖降低影響認知發展軌跡的種種因子，以及新生兒加護病房的不良暴露，渴望從保溫箱時期即開始「護腦」改變早產兒易合併自閉症的命運。
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<h2>跨域研究 突破腦科學發展的最佳解方</h2>
除了臨床與科學研究外，跨域討論與科技支援的投入更可將研究推往更高的層次；無論是結合手機、穿戴式裝置及通訊產業記錄各種生理訊號，並配合大數據做失智前兆之前置診斷，亦或是活體實驗使用的電極微小化和光學技術突破；資訊、數學及分析人才的投入，使得研發更具前瞻性，並將結果轉往實用領域，後期統計學、心理學、社會學和教育以及經濟等多領域進行跨界思考，激盪燦爛的火花外，也能促使未來社會更加健全照護需求規劃。
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（客座總編輯 <a href="https://www.charmingscitech.nat.gov.tw/">| 長庚醫療財團法人生物醫學轉譯研究所／特聘講座教授 華瑜、國立中央大學生醫理工學院院長 / 認知神經科學研究所講座教授 阮啟弘</a>；研究顧問團隊 | 臺大醫學院副院長／臺大醫院神經部主治醫師 謝松蒼、中央研究院生物醫學科學研究所副所長 陳志成、國立臺灣大學心理系特聘教授兼系主任 周泰立、臺北醫學大學人文暨社會科學院副院長／臺北醫學大學心智意識與腦科學研究所所長 曾祥非；責任編輯 | 段芊卉、葉于甄）

許多跨域人才投入神經科學、計算機技術及大腦相關醫學等領域研究，渴望了解健康大腦的運作方式，進而研發腦部發育、退化以及治療疾病更有效的療法。