日报标题：脑科学进展缓慢？这是一个上帝的难题
Mon1st，神经生物与行为学博士在读
结论先行：
- 脑科学研究的困难在于脑是一个极为复杂的系统，在其他领域一样是难题（例如天气）。
- 得益于重要技术的不断涌现，今天的脑科学正在飞速发展。
- 脑科学看似不成熟，一部分是因为其发现还没有大量进入日常生活。
“脑科学进展为何如此缓慢” 是一个上帝的难题[1]：什么时期，跟谁相比，如何判断快慢？
下面从一些可能的角度来回答人的难题。
1. 经典物理学早在百年前就可以解释日常尺度下物体的运动。为什么对人脑运行机制的研究还没有到能够解释人类行为的程度？
伪命题。经典物理学给出了物体运动的原理，但是测量初始条件以及进行计算完全是另一回事，不然天气预报就会准了。
我们对神经系统的基本结构：神经元的理解已经到了纳米级[2]，而单个神经元的活动模拟也可以还原为大多数基本结构（双层磷脂膜，各种离子通道和离子泵等）已知的模型。
问题在于，人脑是一个极为复杂的系统，当你把相对简单的一个个神经元组装起来，整体的行为就变得难以预测。更何况有成百上千种不同的神经元，其连接模式尚未完全描绘清楚。
总结：一个人脑的复杂程度不亚于天气系统，而对这么复杂的系统脑科学没有解，物理学也没有，所以不能因此判断脑科学进展比物理学缓慢。
2. 如果仅仅是结构复杂，运算困难，那么为什么还没有好的脑模型？
技术限制。在二十年以前，研究人脑或动物脑，仅有的手段是脑组织损伤（包括研究中风或受伤的病人），电生理学（但是一次只能记录少量细胞，并且无法辨别同一区域的不同细胞），低解析度的测量 / 成像（包括 MRI,EEG,PET 等），和切片研究。这些方法加起来有点像你可以站在月亮上用望远镜看地球。尽管如此，神经科学的前辈们仍然取得了大量的成果。
事实上这个问题可以引出为什么今天的脑科学正在飞速发展。大量现在日常用的技术都是近二十年内发明，最近五到十年才真正得到广泛应用的。下面列举一些常用技术的发明时间。
光遗传学（精确控制一个小范围内特定种类的神经元）：2005 年[3]，CLARITY（把大脑变透明来研究连接模式）： 2013 年[4]，钙离子功能成像（同时观测大量特定神经元在活体动物中的活动）：2001 年[5]，电压成像（比钙离子成像更高时间解析度）：还在迅速发展中[6]。
这些技术对脑科学研究的意义大概相当于以前干什么都是用锤子，现在终于有了电钻。而这些技术的发明都依赖于其他技术的发展，也就是说，研究脑科学所必须的工具处在科技树顶端，所以现代脑科学其实是一门非常年轻的学科。
例如，口渴的神经基础似乎是一个很直接的问题，但是大脑中“表达口渴的神经元”直到 2016 年才被发现 （见神奇的“口渴神经元”，能预测吃饭和喝水对血液渗透压的影响）原因就在于这个发现依赖于多个最新技术：插入脑中的光纤测量钙离子荧光蛋白发出的光子(fiber photometry)，以及光遗传学抑制神经元活动。
3. 就算不能预测整个大脑的输出，为什么还没有简单行为的模型？换言之，我们已经能够用神经科学解释的行为为什么这么少？
这个就见仁见智了——我认为已经清晰描绘的神经回路 / 各种现象的神经基础超乎许多人的想象，当然也许是因为我比较 naive。
例如：小脑运算回路（为什么反转自行车那么难学？）；前庭眼反射 / VOR（为什么我们摇头的时候视线可以维持在同一个点？）；后脑决定左右的回路（敌人来了，向左跑还是向右跑？）；等等。但是这些发现离进入人们的日常生活还有一定距离：每当你我用手机时，可能会感恩量子力学——至少大多数人知道微电子设备离不开量子物理学的发展。但是当你走在街上，眼睛盯着迎面走来的美女时，你可能不会感激自己的 VOR 运作良好——尽管神经科学家们已经发现了这个回路，离进入日常运用还有一定的距离。可能当脑机接口 / 虚拟现实真正普及的时候人们才会体会到脑科学的发展吧。
[2] Tang, Ai-Hui, et al. "A trans-synaptic nanocolumn aligns neurotransmitter release to receptors." Nature (2016).
[3] Optogenetics
[4] Chung, Kwanghun, and Karl Deisseroth. "CLARITY for mapping the nervous system." Nature methods 10.6 (2013): 508-513.
[5] Nakai, Junichi, Masamichi Ohkura, and Keiji Imoto. "A high signal-to-noise Ca2+ probe composed of a single green fluorescent protein." Nature biotechnology 19.2 (2001): 137-141.
[6] Gong, Y., Huang, C., Li, J. Z., Grewe, B. F., Zhang, Y., Eismann, S., & Schnitzer, M. J. (2015). High-speed recording of neural spikes in awake mice and flies with a fluorescent voltage sensor. Science, 350(6266), 1361–1366.
[7] Koyama, M., Minale, F., Shum, J., Nishimura, N., Schaffer, C. B., & Fetcho, J. R. (2016). A circuit motif in the zebrafish hindbrain for a two alternative behavioral choice to turn left or right. eLife, 5, 1–23.