發佈日期:2018-08-10

神經科學領域之研究前沿與學術表現

作者:葉席吟

前瞻資訊 神經科學 研究前沿 科學計量 Neuroscience Research Fronts Scientometrics

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一、神經科學領域概述

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神經科學(Neuroscience)是一門研究神經系統的學科,傳統的神經科學是生物科學的分支,其研究範圍包括對神經系統的結構、功能、進化史、發育、遺傳、生理學、藥理學和病理學研究。然而,近年來神經科學的研究深度有了突破性成長,開始與其他學科有了越來越多的交流及融合,如認知心理學、精神疾病學、電腦科學、生物資訊學,數位神經生物學、統計學、物理學、生物化學、犯罪學、醫學科學和哲學等領域都陸續加入了神經科學的研究行列(維基百科,2018)。

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神經科學問題除了是人類理解自然和人類本身的重要領域,市調機構CB Insight也指出,神經科學領域將是帶領未來世界創新的關鍵領域。神經技術不僅涵蓋任何瞭解大腦、各種意識及大腦如何活動的技術,也包含了設計改善、修復大腦功能及觀看大腦的技術;目前重要的神經技術有腦成像、經顱磁刺激、嵌入技術、細胞治療和藥品等(林秀英,2018)。此外,神經工程(Neural Engineering)是另一門新興的跨領域學科,主要是將工程技術與神經科學研究融合(陳柏中,2016),從分子、細胞、神經網路到認知和行為學的層面,研究神經系統的構成及其運作機制,並將研究成果應用於臨床神經與精神疾病的診斷與及治療。

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生命科學是本世紀科學界的大宗顯學,它的發展趨勢深具跨領域的整合性及影響力。其中,尤以神經科學的研究影響層面在近十年來正急遽擴大,並且與其它學科的研究正快速的融合中。從近代科學文明的發展來看,神經科學中的「腦科學」亦將成為二十一世紀全球各領域的尖端研究領域,也是各大國持續投入發展的重點領域之一。

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本研究利用科睿唯安(Clarivate Analytics)公司所開發的Essential Science Indicators (ESI)資料庫中的研究前沿(Research Fronts)(科睿唯安,2018),針對神經科學與行為(Neuroscience & Behavior)領域,進行初步的盤點。本研究所整理之資料更新期限自2008/01/01至2018/05/31止。最終,本研究取得神經科學領域之高被引論文共2,247篇,其中高被引論文係指基於最近10年的引文數據,同學科、同年度中被引次數排在前1%的論文,透過高被引論文可幫助區別出最具影響力的學術論文,同時發掘出某一學科領域中的突破性研究方向;研究前沿係指透過集群分析方法,檢視高被引論文之間的共被引關係而形成的高被引論文的集群;前沿關鍵字則是指在相應的研究前沿中,透過對集群中論文的主要關鍵詞進行分析,形成的該前沿的關鍵字群。在神經科學領域中高被引論文中(參考圖1),除了神經科學領域(57%)為主之外,也有來自精神病學/心理學(12%)與臨床醫學(16%)的研究,此外,生物學和生物化學(5%)、分子生物學和遺傳學(5%)、社會科學(2%)、藥理學和毒理學(2%)相關論文也有涵括在其中。之後,本研究將從神經科學領域之國家排名、機構排名以及研究前沿進行數據分析與整理,提供研究人員作為後續研究的參考依據。

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圖1 神經科學之論文分布領域
資料來源:本研究整理。

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二、神經科學領域的國家排名

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本研究針對神經科學領域高被引論文之所屬國家進行數據分析與整理,表1為本研究整理出之前20高被引論文數之國家。其中,論文數最多之國家為美國1,456篇,其次為英國488篇,第三則為德國413篇,由前三國家可發現,美國在神經科學領域之高被引論文量遙遙領先其他國家,平均每篇文章的被引數也達到110次,高於整體領域的102次平均被引數,顯示美國在此領域的論文質量俱佳。若以平均被引數觀察,可發現芬蘭的平均被引數為最高,達到191次,其次則為挪威達到179次,顯示芬蘭與挪威的論文數量即使不高,仍有高的平均被引數,顯示此兩國家的論文品質優良。目前臺灣在神經科學領域的論文數有8篇,平均被引數為55次,顯示台灣在神經科學領域仍有很大的進步與努力空間。

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表1 全球TOP20國家在神經科學領域之論文發表數量排序

排序 國家 論文數量 總被引用數 平均被引數
1 USA (美國) 1,456 161,560 110.96
2 ENGLAND (英國) 488 52,992 108.59
3 GERMANY (德國) 413 47,447 114.88
4 CANADA (加拿大) 283 37,317 131.86
5 NETHERLANDS (荷蘭) 257 31,631 123.08
6 ITALY (義大利) 210 23,144 110.21
7 FRANCE (法國) 202 25,608 126.77
8 SWITZERLAND (瑞士) 184 22,412 121.80
9 AUSTRALIA (澳大利亞) 168 23,962 142.63
10 SWEDEN (瑞典) 148 18,384 124.22
11 SPAIN (西班牙) 140 18,597 132.84
12 JAPAN (日本) 99 13,559 136.96
13 CHINA MAINLAND (中國) 98 10,985 112.09
14 DENMARK (丹麥) 98 12,005 122.50
15 SCOTLAND (蘇格蘭) 98 14,098 143.86
16 BELGIUM (比利時) 75 10,706 142.75
17 AUSTRIA (奧地利) 70 10,459 149.41
18 NORWAY (挪威) 62 11,136 179.61
19 FINLAND (芬蘭) 55 10,559 191.98
20 ISRAEL (以色列) 51 6,013 117.90
資料來源:本研究整理。
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三、神經科學領域的機構排名

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本研究針對神經科學領域高被引論文之所屬機構進行數據分析與整理,表2為本研究整理出之前20高被引論文數之機構。其中,論文數最多之機構為美國加州大學系統304篇,其次為美國哈佛大學276篇,第三則為英國倫敦大學240篇。在前20大機構中,大部分所屬美國有14間,英國有3間,加拿大、德國與法國各1間。若以平均被引數觀察,可發現多倫多大學的平均被引數為最高,達到168次,其次則為馬約診所達到165次,其三則為麻省總醫院達到163次,顯示此三家機構的論文質量相較其他機構較為優良。台灣在神經科學領域的8篇論文中,有5篇來自台灣大學與台大醫院,陽明醫學大學、中國醫藥大學與台北醫學大學各有1篇高被引論文。

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表2 全球TOP20機構在神經科學領域之論文發表數量排序

排序 機構 論文數量 總被引用數 平均被引數
1 UNIV CALIF SYSTEM
(加州大學系統)
304 39,386 129.56
2 HARVARD UNIV (哈佛大學) 276 37,550 136.05
3 UNIV LONDON (倫敦大學) 240 27,679 115.33
4 VA BOSTON HEALTHCARE SYS (波士頓退伍軍人醫院系統) 180 27,211 151.17
5 HARVARD UNIV MEDICAL AFFILIATES (哈佛大學附屬醫院) 174 26,182 150.47
6 UNIV COLL LONDON
(倫敦大學學院)
142 17,690 124.58
7 MASSACHUSETTS GEN HOSP
(麻省總醫院)
131 21,452 163.76
8 HOWARD HUGHES MED INST
(霍華德休斯醫學機構)
130 17,373 133.64
9 US DEPT HLTH HUMAN SERVICES
(美國衛生及公共服務部)
123 16,674 135.56
10 UNIV CALIF SAN FRANCISCO
(加州舊金山大學)
120 15,158 126.32
11 NATL INST HLTH USA
(美國國立衛生研究院)
116 15,946 137.47
12 UNIV TORONTO
(多倫多大學)
116 19,503 168.13
13 MIT (麻省理工) 116 17,343 149.51
14 JOHNS HOPKINS UNIV
(約翰霍普金斯大學)
114 14,314 125.56
15 STANFORD UNIV (史丹佛大學) 114 16,212 142.21
16 WASHINGTON UNIV (華盛頓大學) 110 17,469 158.81
17 HELMHOLTZ ASSOC (德國亥姆霍兹國家研究中心聯合會) 101 14,582 144.38
18 MAYO (馬約診所) 99 16,340 165.05
19 KINGS COLL LONDON
(倫敦國王學院)
97 12,829 132.26
20 INSERM (法國國家衛生研究院) 96 12,840 133.75
資料來源:本研究整理。
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四、神經科學領域研究前沿

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ESI將全球過去十年神經科學領域的論文,依據其參考文獻(References)達到高引用門檻值的共同被引文獻出發,透過集群分析(Cluster Analysis)形成群落,再經由論文題目中的主要關鍵詞進行分析,最後形成相應的研究前沿。每一個群落即是一個研究前沿,代表該領域的研究熱點及關注的方向。本研究檢索ESI資料庫的神經科學領域的研究前沿成果,彙整出該領域的前沿數量有477項,本研究將就前10項高被引用數的研究前沿進行解讀,以瞭解神經科學領域目前的研究重點。在研究前沿主題中,以下是幾項目前較為關注的研究重點(參考表3):

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(一)急性缺血性腦中風治療方式的臨床研究

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目前被引數量最多的前沿,由於腦中風是致死率極高的疾病之一,也是65歲以上導致殘疾的最重要病因,腦中風可分為血管破裂引起的腦出血(Cerebral Hemorrhage)以及阻塞引起的腦梗塞(Cerebral Infarct),因此,此主題中較熱門的主題為血管內取栓術和傳統血栓溶解劑注射比較。

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(二)神經毒性和致病機制研究

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重要的研究主題包涵C9orf72重複擴增基因變異、肌萎縮性脊髓側索硬化症和遺傳性額顳葉失智症的發展成因等。

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(三)阿茲海默症的致病機制研究

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著重於腦免疫系統基因突變、發炎反應和巨噬作用不正常等主題的研究。

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(四)含釓類顯影劑可強化MRI影像的對比研究

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原本醫界普遍認為它的安全性高,對腎臟功能正常病人來說,不會造成危害,然而近年開始發現重覆使用後,在病人腦部可能產生長期殘留,除了大體腦部組織生化檢查,大部份接受過多次顯影劑的病人,會在小腦的齒狀核(Dentate Nucleus)和大腦的蒼白核(Globus Pallidus)中,若未再度使用顯影劑情形下,會發生信號強度增高的情形,使其安全性獲得質疑。

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(五)帕金森疾病研究

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主要研究方向在於不正常蛋白質堆疊,及如何經由α-醛縮酶引起的機制研究。

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(六)自體免疫腦炎神經系統疾病研究

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主要研究攻擊NMDA受體所引起的自體免疫腦炎以及其他免疫相關的神經系統疾病,如視神經脊髓炎。

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(七)功能性腦部網絡分析研究

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主要研究方向在於休息狀態及不同認知行為的動態網絡分析等主題。

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(八)膠質母細胞瘤的免疫治療研究

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由於膠質母細胞瘤是存活率極低的惡性腫瘤,相關的研究期望透過免疫檢查點阻斷治療方式可在臨床前和初期臨床試驗中展現顯著療效。

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表3 神經科學領域之重要研究前沿主題

前沿 (重要關鍵字) 論文數 被引
用數
平均被引用數 Mean Year
急性缺血性腦中風治療方式的臨床研究 ACUTE ISCHEMIC STROKE (SWIFT PRIME) TRIAL;ACUTE ISCHEMIC STROKE;ISCHEMIC STROKE;2015 AMERICAN HEART ASSOCIATION/AMERICAN STROKE ASSOCIATION FOCUSED UPDATE;ACUTE ISCHAEMIC STROKE 14 8,471 605.07 2014.4
精神分裂症的致病基因研究及腦神經網絡的病理特徵描述 108 SCHIZOPHRENIA-ASSOCIATED GENETIC LOCI;SCHIZOPHRENIA IMPLICATE SYNAPTIC NETWORKS;SCHIZOPHRENIA IMPLICATE CHROMATIN REMODELING;13 NEW RISK LOCI;FIVE MAJOR PSYCHIATRIC DISORDERS 9 4,991 554.56 2013.7
神經毒性和致病機制研究 EXPANDED C9ORF72 HEXANUCLEOTIDE REPEAT FORM NUCLEAR RNA FOCI;C9ORF72 DIPEPTIDE REPEAT TOXICITY CONNECT NUCLEOCYTOPLASMIC TRANSPORT DEFECTS;C9ORF72 REPEAT EXPANSION DISRUPTS NUCLEOCYTOPLASMIC TRANSPORT;C9ORF72 FTLD/ALS-ASSOCIATED GLY-ALA DIPEPTIDE REPEAT PROTEINS;C9ORF72 REPEAT EXPANSION BLOCK NUCLEAR IMPORT 38 4,948 130.21 2014.3
阿茲海默症的致病機制研究 TARGETING FOXP3(+) REGULATORY T CELLS MITIGATES ALZHEIMERS DISEASE PATHOLOGY;ALZHEIMERS DISEASE RISK GENE CD33;ADAPTIVE IMMUNE SYSTEM RESTRAINS ALZHEIMERS DISEASE PATHOGENESIS;ALZHEIMERS DISEASE MOUSE MODELS;CD33 ALZHEIMERS DISEASE LOCUS 31 4,460 143.87 2015
含釓類顯影劑可強化MRI影像的對比研究 MACROCYCLIC GADOLINIUM-BASED CONTRAST AGENTS;TWO LINEAR GADOLINIUM-BASED CONTRAST AGENTS;LINEAR GADOLINIUM-BASED CONTRAST AGENTS;MACROCYCLIC GADOLINIUM-BASED CONTRAST AGENT GADOBUTROL;UNENHANCED T1-WEIGHTED MR IMAGES 43 4,032 93.77 2015.3
帕金森疾病研究 PARKINSON DISEASE BRAINS TRIGGER ALPHA-SYNUCLEIN PATHOLOGY;DISTINCT TAU PRION STRAINS PROPAGATE;DISTINCT ALPHA-SYNUCLEIN STRAINS DIFFERENTIALLY;PRODROMAL PARKINSON DISEASE PATIENTS;TAU PROPAGATION 25 3,816 152.64 2014
自體免疫腦炎神經系統疾病研究 DIVERSE N-METHYL-D-ASPARTATE GLUTAMATE RECEPTOR ANTIBODIES;N-METHYL-D-ASPARTATE GLUTAMATE RECEPTOR ENCEPHALITIS;ANTI-NMDA RECEPTOR ENCEPHALITIS;N-METHYL-D-ASPARTATE RECEPTOR ANTIBODIES;ANTI-N-METHYL-D-ASPARTATE RECEPTOR ENCEPHALITIS 24 3,253 135.54 2014.2
功能性腦部網絡分析研究 RESTING-STATE FUNCTIONAL BRAIN NETWORKS;DYNAMIC FUNCTIONAL CONNECTIVITY ANALYSIS;DYNAMIC FUNCTIONAL CONNECTIVITY;TIME-RESOLVED RESTING-STATE BRAIN NETWORKS;FUNCTIONAL CONNECTIVITY DYNAMICS 26 3,227 124.12 2014.6
自閉症的基因突變、基因表現網絡和腦神經突觸網絡研究 AUTISM SPECTRUM DISORDER GENOMIC ARCHITECTURE;AUTISM SPECTRUM DISORDER;AUTISM SPECTRUM DISORDERS;AUTISM EARLY;AUTISM RESIDES 14 3,169 226.36 2014.2
膠質母細胞瘤治療方式研究 STEREOTACTIC RADIATION THERAPY AUGMENTS ANTIGEN-SPECIFIC PD-1-MEDIATED ANTITUMOR IMMUNE RESPONSES;IMMUNE CHECKPOINT BLOCKADE;CHECKPOINT BLOCKADE IMMUNOTHERAPY;LOCAL RADIATION THERAPY;STEREOTACTIC RADIATION PRODUCE LONG-TERM SURVIVAL 27 3,176 117.63 2014.7
資料來源:本研究整理。
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五、結論

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研究前沿分析提供了一個獨特的視角,去洞悉科學研究是如何展開的,並揭示不同研究者因探究科學問題產生的研究關聯,因此本研究透過前沿分析挖掘出了神經科學領域在近期的發展重點,分別為目前被引數量最多的急性缺血性腦中風治療方式的臨床研究,其次為神經毒性和致病機制研究以及著重於腦免疫系統基因突變的阿茲海默症的致病機制研究。研究的重點國家分別為美國、英國與德國,而熱門的研究機構分別為美國加州大學系統、美國哈佛大學與英國倫敦大學。台灣在神經科學領域的研究中,主要聚焦於台灣大學與台大醫院,陽明醫學大學、中國醫藥大學與台北醫學大學等機構。

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二十一世紀被稱為「腦的世紀」,因為這是生命科學最後必須突破的終極領域。世界各國包括美國、日本、中國、印度等國家均投入巨資,重點發展神經科學的研究(Zi Media,2017)。神經科學研究的特色是它幾乎涵蓋人類所有的知識領域,從神經細胞的分子基因調控與發育、神經網路的信號傳遞機制,到腦的三度空間超型結構及功能,及由此超結構產生的各種精神心智與意識層面,與神經科學相關的產業發展亦蘊含巨大的商業應用潛力。人腦是由上千種神經細胞(Nerve cell)及神經元(Neuron)組成,並且由各種型態(Pattern)的基因(Gene)所控制,形成一個極為複雜的網絡。本研究透過文獻分析所推導出的研究前沿,僅能蒐整出學研界的研究熱點及階段性的研究成果。未來,藉由研究前沿中找出可被持續探索的主軸與熱點仍是值得後續努力的方向。

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參考文獻

  1. Zi Media (2017),中國「腦科學計劃」即將開始 啥是"腦科學",取自https://zi.media/@yidianzixun/post/eftUTJ
  2. 林秀英(2018),改變世界的創新!盤點2018年VC關注的十大領域新創,取自https://meet.bnext.com.tw/articles/view/42446
  3. 科睿唯安(2018),ESI資料庫說明,取自https://clarivate.com.tw/products/essential-science-indicators/
  4. 陳柏中(2016),仿神經型態晶片與計算趨勢發展分析,科技政策觀點,取自https://portal.stpi.narl.org.tw/index/article/10290
  5. 維基百科 (2018),神經科學,取自https://zh.wikipedia.org/wiki/神经科学