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

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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。

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。

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。

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。

 会场提问和海报展示环节

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。