那个用一生描绘大脑图谱的神经科学家去世了-资讯-知识分子

那个用一生描绘大脑图谱的神经科学家去世了

2020/05/14
导读
谨以此文,纪念Karl Zilles教授为世界脑科学做出的杰出贡献。深切哀悼Karl Zilles教授的逝世。
我们永远不会忘记Karl Zilles的微笑和他或好奇或狡黠的神情,也永远不会忘记,当想通某个问题时,他那满意地叼着烟斗的模样。每个清晨,当我们来到于利希研究中心的办公楼下,抬眼看去,他办公室的灯通常已经亮了。某种意义上来说,这扇窗和窗后的Karl Zilles就是我们的灯塔。
在第20届人类脑图谱组织(OHBM)年会上,组委会将OHBM-玻璃脑终身成就奖(Glass Brain Award)授予Karl Zilles教授。图片由Dr. Nicola Palomero-Gallagher提供。

撰文 | 若尘 赵岭 等
责编 | 小赛

2020年4月26日清晨,神经解剖学家Karl Zilles因病去世,享年76岁。Zilles教授的研究兴趣涉足神经解剖学、生物人类学、实验神经学和精神病学等诸多领域,他在神经科学尤其是神经解剖学方面所做的诸多开创性工作,推动了当代神经科学事业的快速发展。这位睿智、幽默、勤奋的科学家将其一生奉献给了自己热衷的事业,他的离去是神经科学领域乃至整个科研界不可弥补的重大损失。


Karl Zilles,热情又执着的博学者

和Karl Zilles共事是怎样一种体验呢?


Este Armstrong是Karl年轻时的工作伙伴,她给我们分享了他们早年工作室的场景:Karl对于大脑研究具有与生俱来的好奇心,无论是老鼠、猴子的大脑,亦或是昆虫、刺猬的大脑,都能引起他极大的兴趣。我们曾在洛克菲勒的沼泽里研究过鳄鱼的行为和大脑,我们在路易斯安那南部正午的高温下汗流浃背,Karl却兴奋得说:“这是我工作的高光时刻! 这真是太棒了!” 


Jean-Pierre Changeux教授说:Karl Zilles是我此生最敬佩的脑科学家。每一次和他见面都是一次快乐的启迪。他丰富的文化底蕴远远超出了神经解剖学的范畴,他在各方面都是公认的专家,从动物行为、大脑生理学到进化论、人类认知。


Randy L. Gollub教授表示:Karl有一种奇妙的说话方式,他总能和别人分享他的喜悦。无论是他最喜欢的娱乐活动,亦或是领域内令人兴奋的进展。他的表情会传达出他的喜悦,而你也会因此感到喜悦。


毋庸置疑,Karl Zilles是难得一遇的科研伙伴。他的知识面广、精力充沛,对研究工作抱有巨大的热情和原始的驱动力。他的幽默、善良和健谈能把枯燥的科研工作变得轻松而舒适。更为重要的是,他将追求真理作为科学研究和探索的唯一目标,温和幽默的背后是对科学本质的坚持,是严谨、是执着、是不随波逐流,他是飞速发展的科学浪潮中的一块磐石,总是能用调皮幽默的话语传达出尖锐的思想和精确的批判。


科研之外,Karl喜欢和朋友借着啤酒侃侃而谈,也享受独自在博物馆的悠长时光;他痴迷于非洲沙漠的野性之美,亦流连于东方庭院的悠然静谧。他的个性就是如此鲜明丰富而又令人印象深刻。除了在神经科学领域中有所建树外,他博览群书,精通乐理,醉心艺术,其渊博的学识涉及到哲学、人文、历史、绘画、建筑等各个方面。可以说,“博学者”是对他最准确的诠释。他把对科学的执着视为生命的核心,用自己睿智的见解、深远的洞察力、以及无与伦比的热情和创造力在当代神经科学史上留下了浓墨重彩的一笔。


Karl Zilles,用一生描绘大脑图谱

1944年,Karl Zilles出生于维尔茨堡。受母亲的影响,Karl从小就对科学和艺术具有极大的热情。年轻时的Karl精力充沛,好奇心强,思维开阔,不惧挑战。他曾梦想成为一位钢琴演奏家,遗憾的是在十几岁的时候因为特发性震颤不得不放弃自己的音乐梦,也因此他对探究大脑的奥秘产生了浓厚的兴趣,并将自己的一生奉献给了神经科学事业。从此音乐界少了一名钢琴演奏家,科研界多了一名神经科学的“艺术大师”。


1964年,Karl Zilles开始在法兰克福大学攻读医学专业。大学期间,Karl选择了神经科学作为自己的研究方向。1971年,27岁的Karl Zilles以论文“人类前脑的量化问题”获得了医学博士学位。1971-1977年,Karl Zilles在汉诺威医科大学神经解剖学系担任科学助理和高级助理,在此期间,他研究了“中枢神经系统中的自发性神经细胞死亡”问题,并于1977年获得了解剖学博士学位。毕业后的Karl先后在基尔大学解剖学研究所担任高级助理和C3教授职称。直到1981年,他被科隆大学解剖学研究所聘为C4教授,并在同年被任命为该研究所所长。


从那时起,Karl Zilles教授选择了以大脑图谱作为最主要的研究目标。


对于大脑的研究表明,大脑可分为不同的脑区,不同区域具有特定的结构特征,承担着相应的功能。脑图谱是理解脑结构和功能的基石,准确地绘制出不同脑区的精确位置、连接特点和相应功能能够为神经科学领域的其他研究提供基础支持。


1909年,Korbinian Brodmann教授完成了自己的宏篇巨著——Brodmann细胞结构脑图谱,奠定了脑图谱的研究基础。Karl Zilles教授将Brodmann教授视为自己的人生偶像,其一生的工作都受到Brodmann的影响。虽然Brodmann脑图谱的研究具有划时代的意义,但这项伟大著作也有其自身的局限性,Karl Zilles教授的目标是以更客观的标准,从更全面的角度,在Brodmann 脑图谱的基础上建立一个更加精细、能反映脑区功能信息的、细胞层面的全脑图谱。Karl Zilles教授坚信,在对于脑图谱的研究,必须以真实可靠的、可量化的数据作为基础,才有助于更客观地描述大脑这一精细且复杂的结构。


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量化研究大脑图谱


上世纪八十年代,他率先在脑图谱的工作中引入了计算机图像分析仪,并进一步开发了基于解剖学特征对大脑局部区域和层级结构进行研究的方法。在将细胞结构分析的原则进行细化、标准化的同时,他和Dr. Axel Schleicher开创了一种定量化的、自动化的、基于算法的、不受观察者个体差异影响的脑图谱分析方法。通过使用该方法,Zilles教授及其团队在数十年间对人类以及其他物种(包括鸟类、啮齿类、非人灵长类在内)的脑图谱进行了大规模的更新和重建,这是他最重要的工作之一。

用不受观察者个体差异影响的算法识别梭状回的子区及其分界线。图片改编自Palomero-Gallagher, N., & Zilles, K. (2018). Cyto-and receptor architectonic mapping of the human brain. In Handbook of Clinical Neurology (Vol. 150, pp. 355-387). Elsevier.


2
概率性大脑图谱

JuBrain概率性脑图谱。
(图片改编自Zilles K, Amunts K (2010) Centenary of Brodmann’s map - conception and fate. Nature Reviews Neuroscience 11(2): 139-145.)

随着神经影像技术的飞速发展,传统的2D脑图谱已难以适应现代影像学的发展和应用。Karl Zilles教授带领团队使用现代扫描显微镜和图像分析方法,将数以千计的大脑组织切片重建为3D细胞结构脑图谱。上世纪90年代,为克服人脑个体差异,他将概率性脑图谱的概念引入细胞结构脑图谱并开发了SPM anatomy toolbox,为神经影像学的发展和应用提供了生理学基础,之后这项工作被FSL 等多种神经影像分析软件采用。

3
超高精度大脑图谱


BigBrain
图片版权属于Forschungszentrum Jülich。

21世纪初于利希研究中心与加拿大蒙特利尔神经研究所(MNI)开展国际合作,于2013年完成BigBrain大脑计划。该计划突破了宏观尺度的局限性,打造出全球第1个超高分辨率的3D人脑数字模型,高清晰呈现人脑的细胞及结构,其分辨率达到20微米,是传统MRI的50倍,所含信息量是传统核磁共振成像的10万倍。该计划为神经解剖学提供了无与伦比的可视化以及验证各种假设的可能性。这项工作于2013年被Science杂志收录。

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神经递质受体结构图谱


图片改编自Palomero-Gallagher, N., & Zilles, K. (2018). Cyto-and receptor architectonic mapping of the human brain. In Handbook of clinical neurology (Vol. 150, pp. 355-387). Elsevier.


肾上腺素能α1受体在人脑中的分布。传统的细胞结构性脑图谱以神经细胞的形态和分布模式作为划分依据,无法显示脑区的相应功能;而功能性脑图谱又具有分辨率低,定位能力有限的局限性。上世纪90年代,Karl Zilles教授开始尝试使用神经递质的受体分布模式来构建一个能同时标记大脑结构定位和功能信息的精细脑图谱。神经递质及其受体是神经元之间信号传递的关键,并为大脑中结构与功能的关系提供了分子基础。Karl Zilles教授开创性地在大脑皮层上使用放射自显影技术对多种神经递质受体进行标记,用以研究神经递质受体在大脑局部区域和层级的分布情况,从分子水平上探究大脑结构和功能的关系。
 
5
偏振光成像技术


偏光计测量下的人类、长尾猴、大鼠的大脑冠状切面

Karl Zilles教授和Dr. Markus Axer团队开发了一种基于3D偏振光成像(3D-PLI)的超高分辨率的神经纤维和纤维束可视化方法,用于探究人类及其他物种(包括鸟类、啮齿类、非人灵长类在内)的脑神经纤维和纤维束。这项技术可以使不同走向的神经纤维及其纤维束形成鲜明的对比,以此来估计其空间分布。此外,对髓磷脂的高敏感性使3D-PLI技术非常适合辨别大脑纤维结构的病理改变。

Karl Zilles,出色的领导者

Karl Zilles教授于1991-2012年担任C. & O. Vogt脑研究所所长,C. & O. Vogt脑研究所的前身是柏林大学“神经生物实验室”。Oskar Vogt是上世纪初德国著名的神经科医生,他和妻子Cécile Vogt是大脑图谱研究的先驱。1898年,Vogt夫妇在柏林成立了一个名为“神经学中心”的私人研究所,1902年正式与夏利特的生理学研究所合并为柏林大学“神经生物实验室”,Oskar Vogt教授为研究所主任。Oskar Vogt的学生来自世界各地,他们从那里开启了自己的科研生涯。Oskar Vogt的许多学生在日后成为了赫赫有名的神经学家,其中最久负盛名的就是前文提到的Korbinian Brodmann。


1959年,Oskar Vogt教授去世后,Adolf Hopf 教授接任“神经生物实验室”主任。1965年,Adolf Hopf 教授将该研究室迁至杜塞尔多夫,并更名为C. & O. Vogt脑研究所。1988年Adolf Hopf 教授退休后,C. & O. Vogt脑研究所的发展曾陷入短暂的停滞,直到1991年,Karl Zilles教授被任命为新一任所长。上任后,他组织了大规模的大脑图谱重建工作,开发并推动了概率性大脑图谱(Probabilistic cytoarchitectonic brain mapping)、超高精度大脑图谱(Ultrahigh-resolution cytoarchitectonic brain mapping)等多个项目。在他的领导下,C. & O. Vogt脑研究所蓬勃发展,重现往日荣光。


左图为Brodmann与Cécile和Oskar Vogt在柏林大学“神经生物实验室”的合影

中图为Hopf教授和Zilles教授合影

右图为Karl Zilles与于利希研究中心董事会主席Joachim Treusch教授的合影


同样的故事也发生在于利希研究中心(Forschungszentrum Jülich)医学研究所。1998年起,Zilles教授开始在于利希研究中心(Forschungszentrum Jülich)医学研究所担任所长,他上任时,整个医学研究所只有不到20个工作人员,所里设备陈旧,员工态度怠慢,工作懒散。Zilles教授没有被眼前的困境吓退,他以此为挑战,迎难而上。Zilles教授以他的高标准、严要求而出名,彼时的他以身作则,每天早出晚归,以他对科研的热情感染和鼓舞着周围的员工。短短几年的时间,Zilles教授凭借着他的感染力、奉献精神、渊博的学识以及严明的纪律使得于利希研究中心(Forschungszentrum Jülich)医学研究所焕发了生机。


Karl Zilles教授善于激发学生对于科研的热情,尊重个体差异,懂得因材施教。他鼓励下属和学生探索自己的研究兴趣,关注学生和下属的个人发展,并支持他们从年轻的科研“雏鸟”逐步成长为一个个独立的项目负责人。曾经有一位学生因为觉得自己提出的问题太过愚蠢而表示道歉,Karl认真地答道“没有愚蠢的问题,只有愚蠢的答案”。在Zilles教授的领导下,医学研究所也爬上了自己的巅峰,发展成了如今颇具规模的神经科学与医学研究所(INM),下辖13个分支机构,研究领域涉及到大脑结构、功能、神经影像、计算神经学、神经疾病等多个领域。研究所的规模也从最初不到20人发展到了几百人。于利希研究中心(Forschungszentrum Jülich)神经科学与医学研究所(INM)逐渐成为了欧洲的脑科学研究重镇,Zilles教授带领团队在这里开展了多个具有时代意义的脑科学研究项目。


2012年,Zilles教授退休,但他并未因此选择停下自己的科研脚步。作为于利希-亚琛研究联盟(JARA)的共同创始人,自2012年起,他在亚琛工业大学附属医院精神病学、心理治疗和精神行为学系和于利希研究中心神经科学与医学研究所(INM-1)担任JARA-BRAIN高级教授。他仍然一心扑在心爱的科研工作上,直至生命的尽头。


Karl Zilles教授几十年如一日,潜心耕耘,在自己的领域取得了举世瞩目的成就。同时,他的科学信念和人格魅力激励和引导了一大批科学工作者。他率领团队与世界各地其他研究团队开展密切的国际性合作,为推动神经科学领域的快速发展做出了杰出贡献。Karl Zilles教授不仅仅是一位备受推崇的科学家,同时也是整个学科发展的重要推动者。


Karl Zilles教授在做学术报告
图片由Dr. Nicola Palomero-Gallagher提供

Karl,亦师亦友的导师

Karl为人风趣,他在办公室门口贴上标语”Men to the left because women are always right”(左侧是Karl Zilles教授的办公室,右侧是Dr. Nicola Palomero-Gallagher 的办公室)

在大家看来你是一位德高望重的学术泰斗,但对于课题组的我们而言,你不仅是一位古灵精怪的老头,也是一位坚定可靠的人生导师,更是一位不可或缺的朋友和家人。日常生活里,你总喜欢与我们分享新鲜有趣的事物,经常用Karl式的玩笑逗乐大家,我们也总毫不手软地调侃彼此。在治学方面,你严谨审慎、析毫剖厘。每当面对学术争论时,你总是面带微笑、言辞凿凿地捍卫自己的观点,却又鼓励我们不断对你发起“挑战”。作为您的学生,我们不仅被您的好奇心和热情所打动,更折服于您的严谨和怀疑精神。


Karl Zilles及其研究团队。

清楚地记得,去年初夏的一天,像往常一样,阳光透过树荫,斑斑驳驳地投在小小的办公室里。不同于以往,屋子里的我们不再嘻嘻哈哈,刚刚得知您确诊的消息,我们有些难以消化。为了纾解我们的情绪,你打开了新扫描的达芬奇手稿。头一天,你刚从英国开会回来,你急于和我们分享你的新发现,你从达芬奇的“洋葱头”大脑结构讲到最早的三重脑假说。而最让人惊讶的是,你在他的脑室草图旁边发现了一个几不可见的示意图,而这个示意图看起来竟然像是人类大脑皮层的俯视图!你兴奋地告诉我们,之前从没人在意过这个示意图,这很有可能说明,达芬奇曾经在16世纪见到过真实的人类大脑皮层。你沉浸在自己的发现里,感慨着达芬奇的天才。而我们,再也忘不了你眼里的光和得意的神情。


左图为达芬奇手稿中的脑室草图,红框圈出了karl Zilles的发现。中图为经过处理后的左图红框内图像,右图为人类大脑皮层的俯视图。

在病重时,你也保有着自己一贯的绅士和体贴。你乐观积极地面对着病痛并转而安慰我们。你曾为需要在家休养不能时常来指导我们而表示遗憾和抱歉。即使在生命的最后阶段,你仍然通过Dr. Nicola Palomero-Gallagher关心组里的科研进展,更是请求她代替你来照顾我们直到完成博士学业。您在这小小的办公室为我们撑起了一方世界,伴随着氤氲的烟丝香气,您的奇思妙想和我们的欢声笑语充盈了这里。现在,您离开了,这间办公室再也等不来他的主人。


这间办公室再也等不来他的主人,楼道间再也听不到您的笑声,空气中再也不会飘荡着您烟丝特有的香味。

2020年4月26日,您在安静平和中去世,留给我们的是您耀眼而传奇的一生。在这个特殊时期,为了让世界各地的科学工作者有机会向这位伟大的神经科学家辞别,Jülich研究中心建立了一个电子吊唁簿,让大家可以用文字、图片或点燃蜡烛的方式来纪念Karl Zilles教授。


可以通过以下链接进入:

https://trauer.op-online.de/traueranzeige/profdrmeddrmed-hc-karl-zilles


There are some who bring a light so great to the world that even after they have gone the light remains.


(谨以此文,纪念Karl Zilles教授为世界脑科学做出的杰出贡献。深切哀悼Karl Zilles教授的逝世。)


逝者卡片


Karl Ziles

Karl Zilles教授的科学生涯及其声誉使他担任了许多重要的职务。他曾担任杜塞尔多夫-于利希合作研究中心的发言人。同时,他也是德国国家科学院(Leopoldina)院士,北莱茵-威斯特法伦(Nordrhein-Westfalen)科学与艺术学院院士。2006年因其杰出的贡献,Zilles教授被授予Dr. Robert Pfleger 研究奖。2011年,德国罗斯托克大学授予他荣誉博士学位。2012年,美国斯坦福大学聘请他为客座教授。此外,Zilles教授曾担任人类脑图谱组织(OHBM)委员会主席。2014年,在第20届人类脑图谱组织(OHBM)年会上,组委会将OHBM-玻璃脑终身成就奖(Glass Brain Award)授予Karl Zilles教授,以表彰他在人脑图谱上做出的突出贡献,他也因此成为了获得该奖项的第一人。Zilles教授还是Brain Structure & Function杂志的推动者和(共同)主编,该杂志因其高质量而受到高度评价。据统计,Zilles教授已发表学术论文千余篇,参与著作上百部,其中包括Nature, Science, Nature Reviews Neuroscience, Neuron, Trends in Neuroscience, Brain, Neuroimage, Cerebral Cortex等高质量文章。他曾多次被评为全球神经科学和行为研究领域被引次数最多的科学家之一。


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