浪漫的科學騎士：致保羅·艾倫
昨日，微軟聯合創始人保羅·艾倫（Paul Allen）辭世。在朋友圈諸多懷念他的文章里，艾倫是一名SAT拿到滿分的少年極客，是與比爾·蓋茨聯合創立微軟的商業奇才，是一支NBA籃球隊和一支NFL橄欖球隊的體育富豪，是勘察與打撈沉船遺骸的探險者，也是一名注重科研、教育、以及環保的慈善家。說起艾倫在生物醫學領域的貢獻，很多人會提到以他姓氏命名的艾倫腦科學研究所（Allen Institute for Brain Science）。但少人提及的是，艾倫在細胞生物學和人工智慧領域，也捐贈了數億美元資助研究。更重要的是，這些科學研究成果大多沒有築起高高的壁壘，而是以資料庫或工具的形式對公眾開放。
一名「程序員」對大腦的好奇
共同創辦微軟，而又最終離開後，艾倫曾認真思考他想做的下一件「大事」。他曾與詹姆斯·沃森（James Watson）、理查德·阿克塞爾（Richard Axel）、以及利蘭·哈特韋爾（Leland Hartwell）三名諾獎得主以及其他多名科學家展開頭腦風暴，在生命科學領域尋找突破，而一個神經科學領域的大項目吸引了他的注意。
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這個項目最初來自加州理工大學大衛·安德森（David Anderson）教授的提案，它聽上去很簡單：人類也好，小鼠也好，每個體細胞里的基因總數是一樣的。但在腦細胞和心臟細胞里，起作用的基因卻大不相同。就像計算機會從硬碟里調取儲存的信息一樣，細胞也會從基因組裡調取遺傳信息。那麼，搞清楚腦細胞調取了哪些信息，就可能理解這些基因，甚至是這些腦細胞的功能。
「作為一個曾經的程序員，我一直對大腦的功能充滿好奇，我想要知道大腦中的信息流是怎麼產生的，」艾倫在一次訪談中這樣說道：「當你開始研究神經科學時，就會發現萬物與萬物聯繫在一起。大腦將它所見，所聽，所感知，所經歷的一切融合到一起，計算出動物下一步的舉動。不管是小鼠還是人類，都是這樣。」
艾倫已為腦科學研究所捐贈了5億美元（圖片來源：Joe Mabel [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html) or CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], via Wikimedia Commons）
2003年，以其姓氏為名，艾倫腦科學研究所在西雅圖成立，這正是艾倫的故鄉。為了支持這家研究所的發展，艾倫個人捐獻了1億美元的啟動資金。至今，艾倫給這家研究所的總捐助已經達到了5億美元。
從小鼠大腦到人類大腦
艾倫腦科學研究所的第一個大型項目，是生成小鼠大腦中不同區域的RNA表達圖譜。通過測量RNA的水平，科學家們能夠知道，哪些基因信息得到了「啟動」。這是一個龐大的項目——為了獲得靠譜的數據，研究所招募了60名年輕的科學家，對總計4000個小鼠大腦進行切片分析，並通過原位雜交技術（ISH）檢測不同基因的表達。這項耗時3年才完成的工作生成的「艾倫小鼠腦圖譜（Allen Brain Atlas）」包含8500萬張圖像，600兆兆位元組的數據，相當於2003年整個互聯網數據的一半。
艾倫在觀察大腦切片（圖片來源：By Jordanatvulcan [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)], from Wikimedia Commons）
這一資料庫自上線後，立刻獲得了工業界和科學家的好評。在鼓舞下，艾倫繼續為研究所注資1億美元。而這次，他挑戰的目標成為了人類大腦——它比小鼠大腦大3000倍，腦細胞數目是小鼠的1000倍。
從小鼠到人類，這並不是簡單的一步。首先，用於大腦切片與染色的工具需要全部更換，以適應大腦尺寸的不同。其次，科學家們還需要想方設法獲取人類的大腦用於研究。與小鼠不同，我們很難一下子獲取數以千計的人類大腦製作圖譜。即便有人願意捐出大腦，科學家們還需要確保他們生前沒有出現過大腦損傷或疾病。最終，研究人員們能用上的人類大腦，還不到10個。
艾倫腦科學研究所取得的一系列裡程碑（圖片來源：艾倫腦科學研究所）
這給科學家們提出了極高的要求。由於樣本稀少，處理上的稍有不慎，就會帶來結果上的巨大偏差。經過4年的時間，「艾倫人類腦圖譜（Allen Human Brain Atlas）」獲得了初步的成功——在最初分析的兩個大腦中，科學家們發現基因的表達模式只有很小的差異，表明他們的方法並沒有引入很大的偏差。而這意味著只要進一步擴大樣本的數量，我們就有望得到人類大腦中基因表達的「標準模式」。
正如艾倫腦科學研究所所言，我們在「加速理解大腦」的道路上，邁出了重要的一步。
幾百萬人用過的工具
自上線以來，艾倫腦科學研究所提供的資料庫迅速成為了神經科學家們的常用工具。就在上線那一年，就有不少位於研究所之外的學者使用這一工具，來尋找和多發性硬化症，進食障礙，記憶障礙等多種疾病患病風險有關的基因。強生（J&J）公司神經科學研發負責人Husseini K. Manji博士表示，圖譜里的基因數據能幫助他的團隊決定研發項目。麻省理工學院（MIT）的光遺傳學大牛Ed Boyden教授也指出，查詢相關的基因數據，能指明研究的下一個方向。類似的案例在世界各地的實驗室比比皆是。
許多紀念艾倫的科學家，都是腦科學資料庫的用戶（圖片來源：艾倫腦科學研究所）
據統計，每個月都有超過50000名科學家使用這些工具，累計訪問人數已經超過了200萬。基於這些資料庫誕生的研究論文，屢次登上《細胞》、《自然》、以及《科學》等頂尖學術期刊。僅在今年，基於這一工具發表的論文數就達到了31篇，幾乎每周就有一篇論文誕生。
值得稱道的是，腦科學研究所並不是艾倫在科研領域的唯一投入。2013年，艾倫人工智慧研究所（Allen Institute for Artificial Intelligence）正式成立，其願景是通過具有高度影響力的人工智慧研究，造福人類。2014年，艾倫細胞科學研究所（Allen Institute for Cell Science）也宣告啟動。它將以多樣的技術與方法，大規模研究細胞這一生命的基本單位，以求理解整合系統中的複雜細胞行為，推進生物醫學。
艾倫細胞科學研究所的理念是，看清細胞的形態，能讓我們更好地理解它的功能（圖片來源：艾倫細胞科學研究所）
在人工智慧研究所中，科學家們正在讓人工智慧「具有常識」，「掌握閱讀」，並「從事學術研究」。而在細胞科學研究所，科學家們則用先進的技術，整理出了屬於細胞的「Facebook」，闡明了不同細胞在運作時的模樣，供人研究。這些工具同樣對公眾開放。
全人類的遺產
有些富豪將自己的財富投資房地產，有些富豪選擇將金錢直接施捨給窮人，艾倫則不是這樣。辭世前，他的身家有200億美元，是全球最富有的50人之一。而他的選擇，則是研究人類的大腦，並投資年輕一代的科學家，讓他們放手去挑戰這一困難的項目。
艾倫在做出這一選擇時，也許也曾想到他的母親。這名曾經的教師是艾倫知識的啟蒙人，讓他對書籍和知識產生了濃厚的興趣。但在2003年，這名偉大的女性不幸確診阿茲海默病，並於2012年離世。和許多阿茲海默病患者一樣，艾倫的母親在離世前，彷彿經歷了靈魂的緩慢抽離。「你所深愛的人，他們的人性會逐漸消逝，而你對此無能為力。」艾倫懷念道。
艾倫沒能留住她的母親。但他留下的三大研究所和無數科研項目，則有望讓後人不再需要承受他所經歷的痛。這是終身未婚未育的艾倫，給全人類留下的寶貴遺產。
本文題圖：By Miles Harris [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], from Wikimedia Commons
參考資料：
[1] Matthew Herper, Inside Paul Allen"s Quest To Reverse Engineer The Brain, Retrieved October 16, 2018, from https://www.forbes.com/sites/matthewherper/2012/09/18/inside-paul-allens-quest-to-reverse-engineer-the-brain/#32a66f9553c6
[2] Allen Institute for Brain Science. Retrieved October 16, 2018, from https://alleninstitute.org/what-we-do/brain-science/about/vision-mission/
[3] Allen Institute for Artificial Intelligence. Retrieved October 16, 2018, from https://allenai.org/index.html
[4] Allen Institute for Cell Science. Retrieved October 16, 2018, from https://alleninstitute.org/
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