沃森現(xiàn)身蘇州冷泉港腦科學(xué)會(huì)議，竟表示“對(duì)神經(jīng)科學(xué)不感興趣”
10月中旬，沃森在蘇州冷泉港“活體細(xì)胞與生物體的光學(xué)影像前沿”會(huì)上
撰文 | 張 濤
責(zé)編 | 葉水送
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人腦是地球上最復(fù)雜的電路系統(tǒng)，包含約800億個(gè)神經(jīng)元，每個(gè)神經(jīng)元都像一個(gè)小的電路元件，可有多達(dá)1000個(gè)電信號(hào)的輸入和輸出位點(diǎn)，并會(huì)伴隨著發(fā)育，學(xué)習(xí)等持續(xù)變化。我們的理性、情感、行為，都隱藏在這800億個(gè)神經(jīng)細(xì)胞形成的電路上。
近年來(lái)，美國(guó)、歐洲、日本和中國(guó)分別推出了腦計(jì)劃，著眼于神經(jīng)細(xì)胞的結(jié)構(gòu)、連接、變化以及如何編碼行為。上周，主題為“活體細(xì)胞與生物體的光學(xué)影像前沿”的會(huì)議在蘇州冷泉港亞洲會(huì)議中心召開(kāi)，聚焦于這些重要的科學(xué)問(wèn)題。這不僅有助于我們了解腦科學(xué)前沿，還能加深我們對(duì)自我的認(rèn)識(shí)。
此次會(huì)議，諾獎(jiǎng)得主、冷泉港實(shí)驗(yàn)室前主任沃森也前來(lái)助興。雖然已是90歲高齡，言語(yǔ)間仍然風(fēng)趣有范，說(shuō)到老搭檔克里克晚年去研究大腦和意識(shí)，他表示自己從未對(duì)此感興趣過(guò)（因大腦太復(fù)雜了），這簡(jiǎn)直是來(lái)砸場(chǎng)子。腦科學(xué)真的有這么難嗎？
靜止的大腦
神經(jīng)細(xì)胞是大腦電路系統(tǒng)的基本單元，一般情況下，它通過(guò)“樹(shù)突”接收信號(hào)，通過(guò)“軸突”輸出信號(hào)，不同細(xì)胞通過(guò)“突觸”傳遞信號(hào)。所謂看見(jiàn)，就是看到這些精細(xì)的亞結(jié)構(gòu)，看到它們?nèi)绾芜B接、如何變化，這并不容易。
神經(jīng)細(xì)胞分別通過(guò)軸突和樹(shù)突傳出和接收電信號(hào)，在突觸前（右下放大圖），電信號(hào)轉(zhuǎn)化為化學(xué)信號(hào)，并在突觸后重新轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。圖片改編自wikipedia
此次會(huì)議邀請(qǐng)到了中美日三國(guó)的代表性實(shí)驗(yàn)室，他們致力于發(fā)展技術(shù)，對(duì)鼠和猴的大腦神經(jīng)元圖譜進(jìn)行解析。最讓人驚訝的是，神經(jīng)細(xì)胞比想象中更加復(fù)雜。一些細(xì)胞能夠跨越整個(gè)大腦，總長(zhǎng)度可達(dá)半米，而被認(rèn)為是中心的“胞體”反倒顯得微不足道。即便是同一個(gè)地方發(fā)出的同一種類(lèi)型的神經(jīng)細(xì)胞，其形態(tài)也可能會(huì)有很大的不同，通過(guò)單細(xì)胞測(cè)序，一些實(shí)驗(yàn)室對(duì)這些細(xì)胞的基因表達(dá)情況進(jìn)行比較。
除了看細(xì)胞，還有研究者另辟蹊徑，對(duì)細(xì)胞間隙進(jìn)行成像，從而還原神經(jīng)細(xì)胞的空間位置。
小鼠大腦圖譜解析。左，一個(gè)投射到小腦的神經(jīng)元；中，3個(gè)從丘腦投射出的神經(jīng)元；右，較多神經(jīng)元畫(huà)成的圖譜。方框內(nèi)為胞體和樹(shù)突所在位置。圖， Janelia Research Campus, MouseLight（http://mouselight.janelia.org）。
活動(dòng)的大腦
解析大腦的神經(jīng)細(xì)胞結(jié)構(gòu)相當(dāng)于看到了“硬件”，接下來(lái)還需要看到“程序”。和通常所見(jiàn)的電路不同，神經(jīng)細(xì)胞每一次放電，每一次活動(dòng)，都依賴且伴隨著豐富的化學(xué)信號(hào)。通過(guò)巧妙的基因設(shè)計(jì)，科學(xué)家將一些化學(xué)信號(hào)連上熒光蛋白，使其在電信號(hào)產(chǎn)生時(shí)發(fā)光。于是我們便有機(jī)會(huì)看到了活動(dòng)的大腦，分析這些電信號(hào)和老鼠的運(yùn)動(dòng)、睡眠、視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)等行為的關(guān)系，便能研究電信號(hào)如何編碼行為。
對(duì)清醒小鼠大腦內(nèi)側(cè)前額葉的神經(jīng)信號(hào)的記錄，每當(dāng)細(xì)胞產(chǎn)生電信號(hào)，就會(huì)被點(diǎn)亮，這種方法可以顯示出神經(jīng)細(xì)胞亞結(jié)構(gòu)。視頻來(lái)自中科院神經(jīng)所張顯
這次會(huì)議呈現(xiàn)了酷炫的技術(shù)進(jìn)步。有研究者致力于標(biāo)記新的信號(hào)分子；有些研究者則致力于改進(jìn)最經(jīng)典的檢測(cè)鈣信號(hào)的方法；還有一些研究者發(fā)展更好的成像技術(shù)，從而更快，更精細(xì)，更大范圍，更靈活的捕捉到大腦信號(hào)。利用這些先進(jìn)的技術(shù)，科學(xué)家可以研究睡眠，學(xué)習(xí)，記憶，視覺(jué)等具體的行為。有趣的是，編碼一個(gè)行為，并不需要整個(gè)神經(jīng)細(xì)胞的參與，考慮到神經(jīng)細(xì)胞如此復(fù)雜，采取“地方自治”也是情理之中，由于可以同時(shí)對(duì)神經(jīng)細(xì)胞的不同結(jié)構(gòu)進(jìn)行雙色成像，相信不久之后，神經(jīng)細(xì)胞中央（胞體）和地方（樹(shù)突棘，軸突等）的關(guān)系會(huì)更加清楚。
現(xiàn)代生物學(xué)開(kāi)拓者之一Sydney Brenner曾說(shuō)過(guò)：科學(xué)的進(jìn)步的順序很可能是：新技術(shù)，新的發(fā)現(xiàn)，最后產(chǎn)生新的觀念。與會(huì)的部分科學(xué)家都非常認(rèn)同這一觀點(diǎn)。（他們致力于發(fā)展和應(yīng)用新技術(shù)，并喜歡起好聽(tīng)的名字，比如storm、fast、rush、ASAP(盡快）、Paris（巴黎）、sushi（壽司），為了成全這些名字，常常不完全按照首字母縮寫(xiě)來(lái)命名。）
來(lái)自加州大學(xué)伯克利分校的丹揚(yáng)教授，發(fā)現(xiàn)大腦內(nèi)多個(gè)腦區(qū)可以控制睡眠，有趣的是，這些腦區(qū)都能夠抑制肌肉的運(yùn)動(dòng)或是焦慮，興奮等“心理運(yùn)動(dòng)”，她提出睡眠的本質(zhì)是對(duì)運(yùn)動(dòng)的抑制。這其實(shí)就是一個(gè)由技術(shù)（成像，基因操作等），到發(fā)現(xiàn)（調(diào)控睡眠的腦區(qū)，對(duì)運(yùn)動(dòng)的抑制），再到新觀念的過(guò)程（睡眠模型）。
冷泉港會(huì)議花絮
冷泉港實(shí)驗(yàn)室是世界最頂尖的研究所之一，其一大特色是活躍且有影響力的科學(xué)會(huì)議，這些會(huì)議鼓勵(lì)討論未發(fā)表的研究?jī)?nèi)容，見(jiàn)證了20世紀(jì)生命科學(xué)的發(fā)展歷程。2009年，冷泉港亞洲會(huì)議中心在蘇州工業(yè)園區(qū)成立。
會(huì)場(chǎng)提問(wèn)和海報(bào)展示環(huán)節(jié)
喝酒、品茶、吃飯，聊學(xué)術(shù)
此次會(huì)議是一次小同行的聚會(huì)，是純粹的科學(xué)會(huì)議。來(lái)自世界各地的科學(xué)家，交流充滿智慧火花的研究進(jìn)展，讓人感受這一領(lǐng)域的欣欣向榮。
與會(huì)的研究者相信“Imaging is the future”，通過(guò)大腦成像，來(lái)捕捉其靜態(tài)和動(dòng)態(tài)信息，并和精心設(shè)計(jì)的行為，以及控制電路開(kāi)關(guān)的技術(shù)聯(lián)系在一起，最終可幫助我們理解理性和情感、感受與行為，它們是如何被安放在大腦這個(gè)三磅的宇宙里。
