沃森現身蘇州冷泉港腦科學會議，竟表示「對神經科學不感興趣」

知識 10-28

10月中旬，沃森在蘇州冷泉港「活體細胞與生物體的光學影像前沿」會上

撰文 | 張濤

責編 | 葉水送

人腦是地球上最複雜的電路系統，包含約800億個神經元，每個神經元都像一個小的電路元件，可有多達1000個電信號的輸入和輸出位點，並會伴隨著發育，學習等持續變化。我們的理性、情感、行為，都隱藏在這800億個神經細胞形成的電路上。

近年來，美國、歐洲、日本和中國分別推出了腦計劃，著眼於神經細胞的結構、連接、變化以及如何編碼行為。上周，主題為「活體細胞與生物體的光學影像前沿」的會議在蘇州冷泉港亞洲會議中心召開，聚焦於這些重要的科學問題。這不僅有助於我們了解腦科學前沿，還能加深我們對自我的認識。

此次會議，諾獎得主、冷泉港實驗室前主任沃森也前來助興。雖然已是90歲高齡，言語間仍然風趣有范，說到老搭檔克里克晚年去研究大腦和意識，他表示自己從未對此感興趣過（因大腦太複雜了），這簡直是來砸場子。腦科學真的有這麼難嗎？

靜止的大腦

神經細胞是大腦電路系統的基本單元，一般情況下，它通過「樹突」接收信號，通過「軸突」輸出信號，不同細胞通過「突觸」傳遞信號。所謂看見，就是看到這些精細的亞結構，看到它們如何連接、如何變化，這並不容易。

神經細胞分別通過軸突和樹突傳出和接收電信號，在突觸前（右下放大圖），電信號轉化為化學信號，並在突觸後重新轉換成電信號。圖片改編自wikipedia

此次會議邀請到了中美日三國的代表性實驗室，他們致力於發展技術，對鼠和猴的大腦神經元圖譜進行解析。最讓人驚訝的是，神經細胞比想像中更加複雜。一些細胞能夠跨越整個大腦，總長度可達半米，而被認為是中心的「胞體」反倒顯得微不足道。即便是同一個地方發出的同一種類型的神經細胞，其形態也可能會有很大的不同，通過單細胞測序，一些實驗室對這些細胞的基因表達情況進行比較。

除了看細胞，還有研究者另闢蹊徑，對細胞間隙進行成像，從而還原神經細胞的空間位置。

小鼠大腦圖譜解析。左，一個投射到小腦的神經元；中，3個從丘腦投射出的神經元；右，較多神經元畫成的圖譜。方框內為胞體和樹突所在位置。圖， Janelia Research Campus, MouseLight（http://mouselight.janelia.org）。

活動的大腦

解析大腦的神經細胞結構相當於看到了「硬體」，接下來還需要看到「程序」。和通常所見的電路不同，神經細胞每一次放電，每一次活動，都依賴且伴隨著豐富的化學信號。通過巧妙的基因設計，科學家將一些化學信號連上熒光蛋白，使其在電信號產生時發光。於是我們便有機會看到了活動的大腦，分析這些電信號和老鼠的運動、睡眠、視覺、聽覺等行為的關係，便能研究電信號如何編碼行為。

對清醒小鼠大腦內側前額葉的神經信號的記錄，每當細胞產生電信號，就會被點亮，這種方法可以顯示出神經細胞亞結構。視頻來自中科院神經所張顯

這次會議呈現了酷炫的技術進步。有研究者致力於標記新的信號分子；有些研究者則致力於改進最經典的檢測鈣信號的方法；還有一些研究者發展更好的成像技術，從而更快，更精細，更大範圍，更靈活的捕捉到大腦信號。利用這些先進的技術，科學家可以研究睡眠，學習，記憶，視覺等具體的行為。有趣的是，編碼一個行為，並不需要整個神經細胞的參與，考慮到神經細胞如此複雜，採取「地方自治」也是情理之中，由於可以同時對神經細胞的不同結構進行雙色成像，相信不久之後，神經細胞中央（胞體）和地方（樹突棘，軸突等）的關係會更加清楚。

現代生物學開拓者之一Sydney Brenner曾說過：科學的進步的順序很可能是：新技術，新的發現，最後產生新的觀念。與會的部分科學家都非常認同這一觀點。（他們致力於發展和應用新技術，並喜歡起好聽的名字，比如storm、fast、rush、ASAP(儘快）、Paris（巴黎）、sushi（壽司），為了成全這些名字，常常不完全按照首字母縮寫來命名。）

來自加州大學伯克利分校的丹揚教授，發現大腦內多個腦區可以控制睡眠，有趣的是，這些腦區都能夠抑制肌肉的運動或是焦慮，興奮等「心理運動」，她提出睡眠的本質是對運動的抑制。這其實就是一個由技術（成像，基因操作等），到發現（調控睡眠的腦區，對運動的抑制），再到新觀念的過程（睡眠模型）。