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繪人腦圖譜 看腦洞如何大開
剛結束在天津的學術會議,晚上八時多趕到北京,從地鐵口走出來的駱清銘,戴著黑色棒球帽,拖著行李箱,樸實猶如一名旅者。雖年過半百,但他講話的語速和眼神里,卻越發透出年輕的朝氣。
這位其貌不揚的“旅者”,正是當年建立顯微光學切片斷層成像系統技術(MOST),創造出了當時世界上最精細的小鼠全腦神經元三維連接圖譜,從而斬獲“2011年度中國十大科學進展”的人。
前不久,基于MOST技術而誕生的給大腦“拍彩照”的技術,再次舉世矚目。“如果以前的技術是‘拍黑白照’,現在就是‘拍彩照’。”駱清銘說,“在全球范圍內來看,我們要率先以工業化方式,大規模、標準化、高分辨來建立世界上最好的腦連接圖譜。這是一場科學的賽跑,希望我國的‘腦計劃’能早日啟動,依靠自主核心技術在這一領域占據先機。”
人物檔案
駱清銘,1966年生,湖北蘄春人,教授、博士生導師,中共黨員,華中科技大學副校長。1999年他受聘教育部“長江學者獎勵計劃”特聘教授(首批),2000年榮獲國家杰出青年科學基金,2007年當選國際光學工程學會會士。
華中科技大學副校長駱清銘喜歡用“有趣”和“有用”來描述人生的這十六年時光。“差不多就是兩個八年抗戰”:前八年時間研究出來怎么給大腦“拍黑白照”;后八年時間,創造出怎么給大腦“拍彩照”,并以工業化的方式來進行,改變原來“小作坊”的科研方式,實現腦科學研究方式的變革。
第一個八年:拍出“黑白照”
駱清銘善于通俗的解釋。“拍黑白照”就是2010年他帶領團隊研發出來的顯微光學切片斷層成像系統技術(MOST)。這項技術,奠定了駱清銘做腦科學研究的技術基礎,在他看來,這是最艱難卻又改寫人生的經歷。
1997年,駱清銘從美國留學回到中國。此前他在賓夕法尼亞大學醫學院最好的實驗室工作了兩年。在美國,他做了一件自己看起來很簡單的事情:測試人腦頂葉運動皮層的運動響應,以光學成像的方式將它表現出來,駱清銘后來還申請了專利。他說,當年的媒體報道將這件事描述為:世界上第一次用光學成像的方式測出了腦的活動。
回國后的駱清銘認為,他可以在腦部研究上做點“文章”。一開始,他做“無損檢測”,但“周邊的人都不相信”。于是,他順藤摸瓜地聯想到,“如果實實在在把腦子里每一個神經元、毛細血管都做出來,會不會有用”。
雖然當時駱清銘拿了兩個國家自然科學基金項目,但經費加起來也才是有二十四萬元。他只好“東拼”一點,“西湊”一點,又找了學院的幾個老師和學生,研究項目就這樣風風火火地“登場”了。
2002年,他正式啟動高分辨腦連接圖譜研究。2010年,他的“拍黑白照”成果發表在國際頂級期刊《科學》上。現在回想起來,駱清銘已經記不清這八年的艱苦細節,只是那種“重壓”之感依稀浮現于眼前,“帶頭的人心理壓力比受到的苦要大。不知什么時候是個頭”。
第二個八年:拍出“彩色照”
后面的八年,在駱清銘看來,是被時代推著往前走的。在這一技術之上,后來又有人對他提出,是否可以將“黑白照”做成“彩色”,于是就有了兩色的腦圖譜,再后來,圖譜的色彩元素越來越多,顯示的內容越來越精細。“連藝術家看到,都會驚嘆腦結構的美。”駱清銘指著電腦中色彩斑斕的腦圖譜,忍不住嘆道。
隨著技術的不斷升級,2016年8月8日,《新聞聯播》對駱清銘教授團隊的科研成果進行了報道。報道中介紹,他的技術處在世界領先地位,他所做的腦連接圖譜研究是認知腦功能的科學前沿,那時,駱清銘團隊的目標非常清晰:做成3D人腦連接圖譜。
很快,蘇州工業園區就找到駱清銘,希望能幫助他實現這一目標。2016年10月10日,到今年10月10日,經過一年時間,駱清銘的華中科技大學蘇州腦空間信息研究院建成,于是,就有了今天我們看到的腦部“彩色照片”。
“一群中國科學家卻能給大腦‘拍彩照’,讓大腦空間呈現出一個繽紛的多彩世界;并能精準定位,給每個神經元上都標記門牌號;還可以把各種形狀的神經元單拎出來,清楚地看到每根神經元的走向;最牛的是,他們率先以工業化方式大規模、標準化、高分辨繪制腦圖譜數據……”
對話:
令國外折服的“中國技術”
廣州日報:如何理解腦空間信息學?
駱清銘:就是連接腦科學與類腦人工智能的科學,它可以作為一個橋梁將二者串聯起來。全腦連接圖譜,是人類認知腦功能并進而探討意識本質的科學前沿,對腦疾病防治、人工智能技術發展,具有引導作用。
打個比方,把人腦看成“地球”,一開始是蠻荒之地,沒有什么路,隨著社會的進步,開始有了路,后來還有了高鐵。腦子在不斷地發育,一開始都是混沌狀態,之后建立起來了各種連接。
我現在就是要得到整個腦子的神經連接的“道路”,最后才能去研究它的“交通狀況”。
廣州日報:國外如何評價這個“腦連接圖譜”?
駱清銘:國外評價是:這種工業化、大規模、標準化的生產,將改變神經科學的研究方式。就像基因組測序,很多人可以借助這個做很多事情。將來有腦部疾病,就可以通過這個圖譜去找到并修復它。
美國近期公布的“腦計劃”項目,總投入達2.5億美元,就是建立腦數據庫。其中就需要用到“腦連接圖譜”的“中國技術”。將來我們的“腦計劃”啟動了,應該有希望比美國做得更好。
成立研究院
工業化方式 提高科研速度
廣州日報:你在蘇州成立了一個腦信息空間研究院,當時是如何成立的?
駱清銘:媒體報道后就有很多人找到我,期待能馬上應用。我說我集中精力只做基礎研究,不碰產業。后來蘇州方面的科技部門找到我,很快就一拍即合。
我們去年10月10日簽訂協議,計劃在研究院建成50套設備。《自然》的報道說,中國用工業化的形式來做腦科學研究。過去做一個鼠腦研究要10天,現在平均每天就能處理2至3只鼠腦,這樣就可以批量地做,大大提高科學研究的速度,并形成標準。所以現在全球都在關注。
廣州日報:這個研究院成立的意義是什么?
駱清銘:是改變已有的研究方式。現有的研究方式速度很慢,樣本不多,沒有一定的標準。而工業化的核心,就是標準。
現在全球的科學研究都在賽跑,我們的優勢就是這一技術核心,所以我心里也很著急,希望我們也能盡快把這一研究更進一步,形成標準。
堅持信念
做點有用的事情
廣州日報:如今該項技術已經發展到了怎樣的階段?
駱清銘:在全腦范圍,每一條神經元,就像一條路一樣,非常清晰。所有這些數據,都是其他國家拿不到的,正是我們的核心技術所在。
我們最早的技術是MOST(顯微光學切片斷層成像),后來發展為f-MOST。如果把它理解為一個相機,開始是一個黑白相機,后面是一個彩色相機,再后來發展成多種顏色。
廣州日報:現在國內做研究主要的方式是怎樣的?是否最終能夠規模化?
駱清銘:我們的有些研究,idea(想法)是國外的,買國外的儀器,做出來的成果最后還是到國外去發表。長期以來,這種現象很嚴重。而我推崇的是,要重視發展新技術新方法,最好是研發出具有自主知識產權的新儀器。只有發展了自己的儀器,用它再去開展應用研究,解決問題就簡單多了。所以,現在應該更加重視中國人去研發自己的科學儀器設備。
現在我們做點簡單的研究很容易,但如果想用規模化手段解決重大科學問題,做更大影響力的事情還很難。
廣州日報:你從2002年初開始啟動MOST技術的研究,歷時8年研發成功,最艱難的事是什么?
駱清銘:從我們的角度來說,這件事很正常。科學研究本來就是探索未知的事。只是帶頭人心里的壓力,比受的苦要大。關鍵是心里的煎熬,不知什么時候是個頭。這個idea是我的,我一直堅信能做得成。能形成現在這樣一個影響力,是我沒有想到的,當時只想把這件事做出來。
廣州日報:你還是堅持了自己的信念?
駱清銘:這個信念來源于一個科學工作者基本的良心。既然我做研究,拿了國家經費,就一定要做點有用的事情。如果我們花費這么多時間和精力去做一件沒用的事情,就沒意義了。不是說發幾篇文章,把研究從“紙”變成“紙”就行了。
研究做出來之后,不少人說我有遠見。其實并不是這樣,說不定我的研究還真失敗了。但我們有一個基本的要求,就是堅持去“成功”。
技術應用
在疾病領域應用廣泛
廣州日報:全腦連接圖譜未來在疾病這一塊有什么應用?
駱清銘:在疾病治療方面的應用非常重要。現在北京有教授做了一個脊髓損傷的案例:把脊髓切斷之后又連接起來。脊髓重新連接后,功能是否能恢復正常?將來我就能幫忙證明這件事。
同樣,還有關于藥物效果的研究。我們跟上海一家藥研所合作,能測出藥物使用后,藥效到達了哪些部位?是否真的發揮作用?
我提供了一個平臺,能顯示非常直觀的結果,可以精確到一微米的位置。
廣州日報:1997年,你當時為什么選擇從美國回來?
駱清銘:其實我那時候的想法很樸素。我當時的研究領域是一個新興領域。我從小受的教育是很傳統,心里覺得至少要為國家做點事。我很慶幸趕上了一個好時代。要說我多有遠見,這不是事實。我只是跟著自己的內心在走。(記者杜安娜、張丹)
編輯:趙彥
關鍵詞:繪人腦圖譜 腦洞 如何大開