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绘人脑图谱 看脑洞如何大开
来源:人民政协网   发布者:尹海华   日期:2017-10-18  

刚结束在天津的学术会议,晚上八时多赶到北京,从地铁口走出来的骆清铭,戴着黑色棒球帽,拖着行李箱,朴实犹如一名旅者。虽年过半百,但他讲话的语速和眼神里,却越发透出年轻的朝气。

这位其貌不扬的“旅者”,正是当年建立显微光学切片断层成像系统技术(MOST),创造出了当时世界上最精细的小鼠全脑神经元三维连接图谱,从而斩获“2011年度中国十大科学进展”的人。

前不久,基于MOST技术而诞生的给大脑“拍彩照”的技术,再次举世瞩目。“如果以前的技术是‘拍黑白照’,现在就是‘拍彩照’。”骆清铭说,“在全球范围内来看,我们要率先以工业化方式,大规模、标准化、高分辨来建立世界上最好的脑连接图谱。这是一场科学的赛跑,希望我国的‘脑计划’能早日启动,依靠自主核心技术在这一领域占据先机。”

人物档案

骆清铭,1966年生,湖北蕲春人,教授、博士生导师,中共党员,华中科技大学副校长。1999年他受聘教育部“长江学者奖励计划”特聘教授(首批),2000年荣获国家杰出青年科学基金,2007年当选国际光学工程学会会士。

华中科技大学副校长骆清铭喜欢用“有趣”和“有用”来描述人生的这十六年时光。“差不多就是两个八年抗战”:前八年时间研究出来怎么给大脑“拍黑白照”;后八年时间,创造出怎么给大脑“拍彩照”,并以工业化的方式来进行,改变原来“小作坊”的科研方式,实现脑科学研究方式的变革。

第一个八年:拍出“黑白照”

骆清铭善于通俗的解释。“拍黑白照”就是2010年他带领团队研发出来的显微光学切片断层成像系统技术(MOST)。这项技术,奠定了骆清铭做脑科学研究的技术基础,在他看来,这是最艰难却又改写人生的经历。

1997年,骆清铭从美国留学回到中国。此前他在宾夕法尼亚大学医学院最好的实验室工作了两年。在美国,他做了一件自己看起来很简单的事情:测试人脑顶叶运动皮层的运动响应,以光学成像的方式将它表现出来,骆清铭后来还申请了专利。他说,当年的媒体报道将这件事描述为:世界上第一次用光学成像的方式测出了脑的活动。

回国后的骆清铭认为,他可以在脑部研究上做点“文章”。一开始,他做“无损检测”,但“周边的人都不相信”。于是,他顺藤摸瓜地联想到,“如果实实在在把脑子里每一个神经元、毛细血管都做出来,会不会有用”。

虽然当时骆清铭拿了两个国家自然科学基金项目,但经费加起来也才是有二十四万元。他只好“东拼”一点,“西凑”一点,又找了学院的几个老师和学生,研究项目就这样风风火火地“登场”了。

2002年,他正式启动高分辨脑连接图谱研究。2010年,他的“拍黑白照”成果发表在国际顶级期刊《科学》上。现在回想起来,骆清铭已经记不清这八年的艰苦细节,只是那种“重压”之感依稀浮现于眼前,“带头的人心理压力比受到的苦要大。不知什么时候是个头”。

第二个八年:拍出“彩色照”

后面的八年,在骆清铭看来,是被时代推着往前走的。在这一技术之上,后来又有人对他提出,是否可以将“黑白照”做成“彩色”,于是就有了两色的脑图谱,再后来,图谱的色彩元素越来越多,显示的内容越来越精细。“连艺术家看到,都会惊叹脑结构的美。”骆清铭指着电脑中色彩斑斓的脑图谱,忍不住叹道。

随着技术的不断升级,2016年8月8日,《新闻联播》对骆清铭教授团队的科研成果进行了报道。报道中介绍,他的技术处在世界领先地位,他所做的脑连接图谱研究是认知脑功能的科学前沿,那时,骆清铭团队的目标非常清晰:做成3D人脑连接图谱。

很快,苏州工业园区就找到骆清铭,希望能帮助他实现这一目标。2016年10月10日,到今年10月10日,经过一年时间,骆清铭的华中科技大学苏州脑空间信息研究院建成,于是,就有了今天我们看到的脑部“彩色照片”。

“一群中国科学家却能给大脑‘拍彩照’,让大脑空间呈现出一个缤纷的多彩世界;并能精准定位,给每个神经元上都标记门牌号;还可以把各种形状的神经元单拎出来,清楚地看到每根神经元的走向;最牛的是,他们率先以工业化方式大规模、标准化、高分辨绘制脑图谱数据……”

对话:

令国外折服的“中国技术”

广州日报:如何理解脑空间信息学?

骆清铭:就是连接脑科学与类脑人工智能的科学,它可以作为一个桥梁将二者串联起来。全脑连接图谱,是人类认知脑功能并进而探讨意识本质的科学前沿,对脑疾病防治、人工智能技术发展,具有引导作用。

打个比方,把人脑看成“地球”,一开始是蛮荒之地,没有什么路,随着社会的进步,开始有了路,后来还有了高铁。脑子在不断地发育,一开始都是混沌状态,之后建立起来了各种连接。

我现在就是要得到整个脑子的神经连接的“道路”,最后才能去研究它的“交通状况”。

广州日报:国外如何评价这个“脑连接图谱”?

骆清铭:国外评价是:这种工业化、大规模、标准化的生产,将改变神经科学的研究方式。就像基因组测序,很多人可以借助这个做很多事情。将来有脑部疾病,就可以通过这个图谱去找到并修复它。

美国近期公布的“脑计划”项目,总投入达2.5亿美元,就是建立脑数据库。其中就需要用到“脑连接图谱”的“中国技术”。将来我们的“脑计划”启动了,应该有希望比美国做得更好。

成立研究院

工业化方式 提高科研速度

广州日报:你在苏州成立了一个脑信息空间研究院,当时是如何成立的?

骆清铭:媒体报道后就有很多人找到我,期待能马上应用。我说我集中精力只做基础研究,不碰产业。后来苏州方面的科技部门找到我,很快就一拍即合。

我们去年10月10日签订协议,计划在研究院建成50套设备。《自然》的报道说,中国用工业化的形式来做脑科学研究。过去做一个鼠脑研究要10天,现在平均每天就能处理2至3只鼠脑,这样就可以批量地做,大大提高科学研究的速度,并形成标准。所以现在全球都在关注。

广州日报:这个研究院成立的意义是什么?

骆清铭:是改变已有的研究方式。现有的研究方式速度很慢,样本不多,没有一定的标准。而工业化的核心,就是标准。

现在全球的科学研究都在赛跑,我们的优势就是这一技术核心,所以我心里也很着急,希望我们也能尽快把这一研究更进一步,形成标准。

坚持信念

做点有用的事情

广州日报:如今该项技术已经发展到了怎样的阶段?

骆清铭:在全脑范围,每一条神经元,就像一条路一样,非常清晰。所有这些数据,都是其他国家拿不到的,正是我们的核心技术所在。

我们最早的技术是MOST(显微光学切片断层成像),后来发展为f-MOST。如果把它理解为一个相机,开始是一个黑白相机,后面是一个彩色相机,再后来发展成多种颜色。

广州日报:现在国内做研究主要的方式是怎样的?是否最终能够规模化?

骆清铭:我们的有些研究,idea(想法)是国外的,买国外的仪器,做出来的成果最后还是到国外去发表。长期以来,这种现象很严重。而我推崇的是,要重视发展新技术新方法,最好是研发出具有自主知识产权的新仪器。只有发展了自己的仪器,用它再去开展应用研究,解决问题就简单多了。所以,现在应该更加重视中国人去研发自己的科学仪器设备。

现在我们做点简单的研究很容易,但如果想用规模化手段解决重大科学问题,做更大影响力的事情还很难。

广州日报:你从2002年初开始启动MOST技术的研究,历时8年研发成功,最艰难的事是什么?

骆清铭:从我们的角度来说,这件事很正常。科学研究本来就是探索未知的事。只是带头人心里的压力,比受的苦要大。关键是心里的煎熬,不知什么时候是个头。这个idea是我的,我一直坚信能做得成。能形成现在这样一个影响力,是我没有想到的,当时只想把这件事做出来。

广州日报:你还是坚持了自己的信念?

骆清铭:这个信念来源于一个科学工作者基本的良心。既然我做研究,拿了国家经费,就一定要做点有用的事情。如果我们花费这么多时间和精力去做一件没用的事情,就没意义了。不是说发几篇文章,把研究从“纸”变成“纸”就行了。

研究做出来之后,不少人说我有远见。其实并不是这样,说不定我的研究还真失败了。但我们有一个基本的要求,就是坚持去“成功”。

技术应用

在疾病领域应用广泛

广州日报:全脑连接图谱未来在疾病这一块有什么应用?

骆清铭:在疾病治疗方面的应用非常重要。现在北京有教授做了一个脊髓损伤的案例:把脊髓切断之后又连接起来。脊髓重新连接后,功能是否能恢复正常?将来我就能帮忙证明这件事。

同样,还有关于药物效果的研究。我们跟上海一家药研所合作,能测出药物使用后,药效到达了哪些部位?是否真的发挥作用?

我提供了一个平台,能显示非常直观的结果,可以精确到一微米的位置。

广州日报:1997年,你当时为什么选择从美国回来?

骆清铭:其实我那时候的想法很朴素。我当时的研究领域是一个新兴领域。我从小受的教育是很传统,心里觉得至少要为国家做点事。我很庆幸赶上了一个好时代。要说我多有远见,这不是事实。我只是跟着自己的内心在走。


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