沃森现身苏州冷泉港脑科学会议,竟表示“对神经科学不感兴趣”-深度-知识分子

沃森现身苏州冷泉港脑科学会议,竟表示“对神经科学不感兴趣”

2018/10/25
导读
10月中旬,沃森莅临苏州冷泉港“活体细胞与生物体的光学影像前沿”研讨会,并表示自己从未对此感兴趣过。

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 10月中旬,沃森在苏州冷泉港“活体细胞与生物体的光学影像前沿”会上

撰文 | 张   涛

责编 | 叶水送


   


人脑是地球上最复杂的电路系统,包含约800亿个神经元,每个神经元都像一个小的电路元件,可有多达1000个电信号的输入和输出位点,并会伴随着发育,学习等持续变化。我们的理性、情感、行为,都隐藏在这800亿个神经细胞形成的电路上。


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近年来,美国、欧洲、日本和中国分别推出了脑计划,着眼于神经细胞的结构、连接、变化以及如何编码行为。上周,主题为“活体细胞与生物体的光学影像前沿”的会议在苏州冷泉港亚洲会议中心召开,聚焦于这些重要的科学问题。这不仅有助于我们了解脑科学前沿,还能加深我们对自我的认识。

 

此次会议,诺奖得主、冷泉港实验室前主任沃森也前来助兴。虽然已是90岁高龄,言语间仍然风趣有范,说到老搭档克里克晚年去研究大脑和意识,他表示自己从未对此感兴趣过(因大脑太复杂了),这简直是来砸场子。脑科学真的有这么难吗?

静止的大脑

 

神经细胞是大脑电路系统的基本单元,一般情况下,它通过“树突”接收信号,通过“轴突”输出信号,不同细胞通过“突触”传递信号。所谓看见,就是看到这些精细的亚结构,看到它们如何连接、如何变化,这并不容易。


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神经细胞分别通过轴突和树突传出和接收电信号,在突触前(右下放大图),电信号转化为化学信号,并在突触后重新转换成电信号。图片改编自wikipedia

 

此次会议邀请到了中美日三国的代表性实验室,他们致力于发展技术,对鼠和猴的大脑神经元图谱进行解析。最让人惊讶的是,神经细胞比想象中更加复杂。一些细胞能够跨越整个大脑,总长度可达半米,而被认为是中心的“胞体”反倒显得微不足道。即便是同一个地方发出的同一种类型的神经细胞,其形态也可能会有很大的不同,通过单细胞测序,一些实验室对这些细胞的基因表达情况进行比较。

 

除了看细胞,还有研究者另辟蹊径,对细胞间隙进行成像,从而还原神经细胞的空间位置。


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小鼠大脑图谱解析。左,一个投射到小脑的神经元;中,3个从丘脑投射出的神经元;右,较多神经元画成的图谱。方框内为胞体和树突所在位置。图, Janelia Research Campus, MouseLight(http://mouselight.janelia.org)。


活动的大脑

 

解析大脑的神经细胞结构相当于看到了“硬件”,接下来还需要看到“程序”。和通常所见的电路不同,神经细胞每一次放电,每一次活动,都依赖且伴随着丰富的化学信号。通过巧妙的基因设计,科学家将一些化学信号连上荧光蛋白,使其在电信号产生时发光。于是我们便有机会看到了活动的大脑,分析这些电信号和老鼠的运动、睡眠、视觉、听觉等行为的关系,便能研究电信号如何编码行为。


对清醒小鼠大脑内侧前额叶的神经信号的记录,每当细胞产生电信号,就会被点亮,这种方法可以显示出神经细胞亚结构。视频来自中科院神经所张显

这次会议呈现了酷炫的技术进步。有研究者致力于标记新的信号分子;有些研究者则致力于改进最经典的检测钙信号的方法;还有一些研究者发展更好的成像技术,从而更快,更精细,更大范围,更灵活的捕捉到大脑信号。利用这些先进的技术,科学家可以研究睡眠,学习,记忆,视觉等具体的行为。有趣的是,编码一个行为,并不需要整个神经细胞的参与,考虑到神经细胞如此复杂,采取“地方自治”也是情理之中,由于可以同时对神经细胞的不同结构进行双色成像,相信不久之后,神经细胞中央(胞体)和地方(树突棘,轴突等)的关系会更加清楚。

 

现代生物学开拓者之一Sydney Brenner曾说过:科学的进步的顺序很可能是:新技术,新的发现,最后产生新的观念。与会的部分科学家都非常认同这一观点。(他们致力于发展和应用新技术,并喜欢起好听的名字,比如storm、fast、rush、ASAP(尽快)、Paris(巴黎)、sushi(寿司),为了成全这些名字,常常不完全按照首字母缩写来命名。)


来自加州大学伯克利分校的丹扬教授,发现大脑内多个脑区可以控制睡眠,有趣的是,这些脑区都能够抑制肌肉的运动或是焦虑,兴奋等“心理运动”,她提出睡眠的本质是对运动的抑制。这其实就是一个由技术(成像,基因操作等),到发现(调控睡眠的脑区,对运动的抑制),再到新观念的过程(睡眠模型)。 


冷泉港会议花絮

 

冷泉港实验室是世界最顶尖的研究所之一,其一大特色是活跃且有影响力的科学会议,这些会议鼓励讨论未发表的研究内容,见证了20世纪生命科学的发展历程。2009年,冷泉港亚洲会议中心在苏州工业园区成立。

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 会场提问和海报展示环节

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喝酒、品茶、吃饭,聊学术

此次会议是一次小同行的聚会,是纯粹的科学会议。来自世界各地的科学家,交流充满智慧火花的研究进展,让人感受这一领域的欣欣向荣。


与会的研究者相信“Imaging is the future”,通过大脑成像,来捕捉其静态和动态信息,并和精心设计的行为,以及控制电路开关的技术联系在一起,最终可帮助我们理解理性和情感、感受与行为,它们是如何被安放在大脑这个三磅的宇宙里。

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