卓越冒險 孜孜以求不怕冷板凳——走進北京大學麥戈文腦科學研究所

腦的奧秘不僅是科學家長期好奇的科學前沿，而且與人類健康、人類智力、人類未來息息相關。

如何推進科學研究，是急功近利、還是持之以恆，是中國近代科學不斷面臨的問題。在中國的神經科學界，也經常出現數文章、比刊物、搶熱點的問題。

廣義的神經科學，包含生物、心理認知、醫學等多學科問題，而技術上更是物理、化學、計算、工程等多途徑的「用武之地」。北京大學在心理學科方面曾擁有過汪敬熙等優秀學者，培養過張香桐等優秀畢業生，但也曾經歷過相對退步的階段。

2011年成立的北大IDG麥戈文腦科學研究所聚集分散在北大的腦科學研究力量，引進新的優秀人才，提供多學科交叉的平臺，並帶頭推動科研環境的改善，更是鼓勵支持年輕人靜心鑽研，取得初步成效。2018年，腦科學研究所兩個實驗室出現令國際神經科學界稱道的研究工作，北大腦研究逐步走向世界前列。

唐世明和李毓龍兩位研究員的研究，都沒有人們詬病的依賴經費人海戰術的問題。這些年輕科學家們以智慧選擇重要、深刻的問題，以能力設計優美、巧妙的實驗，堅持多年，突破了困惑國際神經科學界多年的難題。北大默默地支持這些研究，而不給予過分壓力，更沒有要求年輕的科研人員趕緊出用於「數數字」的表面文章。唐世明本科畢業於北京航空航天學院自動化系，後轉而跟隨中國科學院生物物理所（和後來神經科學研究所）的郭愛克研究員做研究生，研究果蠅視覺，並於2001年在《科學》發表其第一篇論文。他到中國科學院生物物理所任研究員後，再度在《科學》發表論文，並於2005年獲得國家自然科學基金會傑出青年基金。到北京師範大學任教授後，他再一次調整自己的研究方向，放棄果蠅研究，研究貓和猴的視覺。這種研究方向的轉變是因為唐世明認為高等動物的視覺才更重要、更有趣，但轉方向後唐世明的論文發表減少，再也沒上《科學》。這時候有些人支持，有些人就不支持其工作。2011年，唐世明加盟北大，同時得到了北大IDG麥戈文腦科學研究所和北大-清華生命科學聯合中心的大力支持。他從助理教授做起，7年如一日堅持不懈，終於在世界上第一個成功地通過基因和光學結合的方法在活體猴腦檢測出神經細胞活性，2017年和2018年連續發表多篇論文，闡述其結果。唐世明沒有國外留學的背景，北大長期支持他是因為其學術水平、因為其孜孜不倦的學術追求，他的待遇與其是否有國外留學背景毫無關係。此外，他的交叉背景也為北大倍加珍惜。

李毓龍研究員是北大生物本科生，留學美國Duke大學獲得博士學位，後赴史丹福大學做博士後。2012年，他回國加盟北大麥戈文腦研究所後，長期努力發明檢測腦內神經遞質傳遞信息的探針。在2018年發表論文之前，他6年沒有論文，這是在國內外很多機構都難以生存的記錄，但北大一直支持，因為他選擇了重要問題，採用了很好的方法，而且為此不懈努力。

北大IDG麥戈文腦科學研究所對唐世明和李毓龍的支持，代表北大對學術優秀的鼓勵，代表北大對學術堅持的支持，代表北大敢為中國先、敢創世界第一的精神。

經過7年的探索和發展，研究所依靠北大多學科優勢，憑藉「自主、寬鬆、創新」的交流機制，以一流的團隊打造出眾多一流的科研成果，堅持「全過程」的學生培養模式，向著全面認知腦邁出了堅實的步伐。

研究所成立籤字儀式

多學科優勢支撐腦研究平臺

「北大腦科學研究的優勢可以概括為一個『全』字，齊全的學科門類為腦科學研究提供了充分的保障。」研究所常務副所長、心理與認知科學學院院長方方教授說道。

研究所整合了北大心理、認知、神經科學、精神疾病、信息科學、物理、化學等相關學科，聯合醫學部及附屬醫院開展研究，麥戈文研究所可謂名副其實的多學科交叉腦研究平臺。

2016年，麥戈文研究所牽頭成立了「北京大學腦科學與類腦研究中心」。中心研究涵蓋人工智慧、腦機交互、生物醫學工程、腦成像等腦科學研究相關領域。

研究所的研究領域不僅全面，而且各學科都具有獨特的科研優勢。「北大擁有全國腦科學研究最完整的團隊，而且跨學科、交叉合作研究很成功。」方方說道。

研究所另一位PI、北京大學基礎醫學院副院長王韻教授的研究方向主要為痛與痛覺調製的細胞信號轉導通路以及神經發育和損傷修復機制。王韻教授對她的研究領域解釋道：「以我所研究的疼痛為例，它是涉及多個維度的研究領域，包括感覺、情緒、認知和社會等。」

王韻的研究領域需要綜合利用多學科手段，整合分子生物學、生物化學、遺傳學、電生理學、形態學和行為學等研究方法。因此與其他學科研究人員的交流合作非常重要。她意識到，疼痛遠比想像的複雜，對疼痛的研究不僅只在生理方面，還離不開心理和認知方面的研究。

這也是她當初加入研究所的原因之一——麥戈文的平臺聚集了來自不同學科的「高手」，「高手」之間的交流總能使自己的研究受到啟發。

「其他學科背景的老師幫助我們設計了一些實驗，更加合理、準確地解釋我們得到的現象。」王韻說道。

研究所能夠在短時間內發展壯大，這得益於北京大學門類齊全的學科體系，當然，從另一個角度看，隨著研究所科研團隊的不斷發展，科研水平的不斷提高，越來越多的頂尖學者願意加入研究所，這也促進了北大的學科建設與發展。

「麥戈文研究所的平臺為各院系、各學科交叉融合起到了很好的連接作用，更好地推動著學校『雙一流』建設。在這個層面上，麥戈文研究所的願景和北大發展的願景是一致的。」方方說道。

「寬鬆、自由、創新」的交流機制

「研究所寬鬆的研究氛圍與自由民主的科研文化氛圍也是吸引我加入的原因之一。」王韻對麥戈文的交流機制印象深刻。她從這種交流中受益良多。「研究所多樣的交流方式促進了PI之間的合作。」

每月一次的PI交流會為不同學科背景的PI提供了絕佳的交流機會。大家經常就某個問題爭論和追問，「儘管有些問題我聽不太懂，但是每次交流我都會得到啟示」。

研究所PI交流會

交流會上，PI們甚至會不時質疑其他人的觀點。「質疑是一種不斷修正研究的過程，其他學科背景的老師總能從他的視角對我的研究提出不同看法，使我非常受益。」王韻說道。

研究所的另一大特色就是每周一次的麥戈文系列學術報告會。

每次報告會上，來自不同文化、不同學科背景的「大咖」都會將其研究領域最前沿的問題和最新的研究成果介紹給研究所的師生。在來訪的過程中，師生間的學術交流和互動總可以碰撞出新的「火花」。

「從學科交叉的層面思考與提問可以為我自己的研究開闢新的方向，也使我的研究課題走得更前沿、更廣闊，」王韻說道，「另外，報告會上還結識了很多過去只讀過其文章而『未曾謀面』的『大師』。」

UCLA心理系系主任Gregory Miller教授於2017年9月在研究所作報告

報告會的結束不意味著學術交流的結束，研究所的學生們會根據自己的興趣將報告人的講座整理出學術筆記，經過相關老師審核後，發布在研究所的「腦科學」公眾號上，與學術同仁以及科學愛好者共享。

「與國外的專家進行兩三天的交流，對雙方工作都有促進。」與此同時，國外專家對北大麥戈文科學家的研究進展、對北大、對中國腦科學的發展也有了更深入的了解。

每位PI都可以及時迅速地了解到其他PI工作的進展，這得益於研究所辦公室的高效工作，辦公室工作人員將PI最新研究進展整理成通訊，及時在研究所內部發布，進一步通暢了PI之間的交流。

每年MIT麥戈文研究所和北京的三個麥戈文研究所會聯合舉辦不同主題的研討會，各個研究所的代表在研討會上分享自己的科研進展。

「兩個月前我剛到美國MIT麥戈文作了關於我的探針工作的報告，能與MIT的老師有這樣充分的交流得益於麥戈文這樣的平臺。」研究所PI李毓龍說道。

2016年11月在MIT舉辦的麥戈文聯合交流會

「寬鬆、自由、創新」，這是王韻對麥戈文研究所的文化印象最深刻的三個詞。

一流團隊創造一流成果

7月9日，學術期刊Nature Biotechnology報導了李毓龍研究組的研究論文。該研究首次開發了基於G蛋白偶聯受體的乙醯膽鹼螢光探針。

7月12日，學術期刊Cell報導了該研究組的研究論文，該研究開發了基於相似原理的多巴胺螢光探針。這也是首個由中國團隊牽頭髮表在國際頂尖學術期刊的神經遞質分子探針研究成果。

基於G蛋白偶聯受體的多巴胺探針

乙醯膽鹼探針在培養細胞中表現出對乙醯膽鹼特異的螢光響應

短短幾天，兩項重要成果，這項「不一般」技術的背後，是更「不一般」的研究團隊。

今年是李毓龍在北大麥戈文工作的第6年，令他印象深刻的是，自己來北大面試的那天恰巧是研究所成立的當天。更令他印象深刻的，則是北大麥戈文研究所引進專家的嚴格標準。

「研究所不斷通過高標準的國際招聘引進國際頂尖腦科學專家。研究所在全球範圍內全年開放申請，招聘委員會每月對來自全球的應聘資料進行集中討論和審核，以確保高質量、高水平的完成PI招聘工作。」方方介紹道。

目前，研究所共有24名PI，其中9名來自心理與認知科學學院，7名來自生命科學學院，1名來自物理學院，1名來自分子醫學研究所，4名來自醫學部，1名來自化學與分子工程學院，1名來自信息科學技術學院。

北京大學IDG麥戈文腦科學研究所學科組成

研究所不僅匯聚了北大心理、生物、物理以及臨床醫學的腦科學研究力量，也連接了校內多個高水平實驗室、研究中心。

研究所PI高家紅所在的北京大學磁共振成像研究中心擁有專門用於腦科學研究的4臺高場磁共振成像儀和1臺腦磁儀。這些尖端的無創腦成像技術既是揭示健康人腦神經活動的有力工具，也是探索人類重大腦疾病診治方法的有效手段。

3.0T磁共振成像系統

最先進的腦科學研究設備是學校多年以來對腦科學研究進行大量投入的縮影，也對科研成果的取得起到了至關重要的作用。

「北大麥戈文的學者於其所在領域從事的研究處於世界一流。」方方說道。

短短7年取得的多項重大科研成果，為我國腦科學領域研究的發展作出了重要貢獻。

唐世明課題組建立了首個清醒猴雙光子系統，並在Neuron上發表研究論文，該研究通過在猴視覺皮層顯微注射腺相關病毒（AAV），轉入基因編碼探針，實現了清醒猴長時程雙光子成像。目前該項技術已在國際國內獲得應用。

清醒猴雙光子成像：(A)通過顯微注射AAV轉染GCaMP5鈣探針的猴初級視皮層V1螢光圖像(6個月)；(B)視皮層V1一個光學切面的雙光子圖像，在850x850微米的視場內可觀測到多達2000個神經元；(C)三維的雙光子圖像，可以探測600微米以上深度。

羅歡課題組在PLoS Biology上發表研究論文。該研究採用腦磁圖解析了人腦進行視知覺整合的時空動態神經機制。這是中國大陸第一篇獨立發表在頂尖期刊的腦磁圖研究。

方方課題組在PNAS發表研究論文揭示了成人大腦皮層的深度可塑性。研究發現後天知覺訓練可顯著改變既往的腦區功能。

結合穿顱磁刺激技術和磁共振腦成像技術研究運動知覺學習

陸林課題組在JAMA Psychiatry雜誌發表的研究成果有望攻克尼古丁依賴等病理性記憶相關精神心理問題無長期有效治療方法這一醫學與社會難題，是人們向治療吸菸成癮及其他物質成癮邁出的標誌性一步。

吸菸者病理性成癮記憶的形成和再鞏固過程（摘自評論文章）

在2015年召開的研究所第五次理事會上，麥戈文夫婦參加會議。在會上，麥戈文女士評價道，北大為麥戈文提供了堅定有力的支持，很好地履行了合約的承諾，研究所全體成員通力合作，迄今取得的進展超出了當初的預計。

「北大麥戈文已經成為中外合作發展科學的典範。」如麥戈文女士所說，儘管腦科學研究未來的路還很長，但研究所已在「探索大腦奧秘、造福人類」的路上邁出了堅實的一步。

第五次理事會與會人員合影

聚焦學生成長的「全過程」培養理念

「王老師極少給我們制定課題實施的詳細計劃。實驗的具體實施時間由我們自主決定。」2010級基礎醫學-本博八年制徐煜在王韻實驗室從事科研，他用「自主」「和睦」形容實驗室的氛圍。

實驗室成員間的友善關係令他印象深刻。每周一次組會、各種學術會議都是大家很好的學習交流機會。

「每當成員在實驗中出現疑問，在課題組群中發出問題，或找實驗室其他成員求助，問題很快就得到解決，實驗室『運轉』的效率非常高。」「每次組會頭腦風暴中都能碰撞出思維的火花。」基礎醫學院2014級直博生呂天節從事神經發育與神經系統疾病的研究，他參與發表了一篇SCI論文。最令他印象深刻的是實驗室「開放」的氛圍。

「以學生成長為導向是北大麥戈文學生培養的理念，而這個理念的『獨到之處』體現在培養的機制上。」研究所PI羅歡說道。她從事認知神經科學方向的研究。

「從項目的調研、行為實驗、腦成像實驗、數據分析到寫文章，我要求我的學生都經歷一遍。這樣就保證學生具備全面的能力，有效避免了高度分工模式帶來的弊端。」

「儘管一開始成果會慢一點出來，但幾年後實驗室會出現『小爆發期』，很多成果『扎堆出現』。」羅歡說道。

在這樣的培養模式下，每個學生都有自己的想法、節奏與步驟，每個人研究的問題不盡相同，也給老師們帶來了一定困難和挑戰。

「每個學生的研究都是獨立的問題，有的我也不是很了解。」羅歡坦言，這就要求老師不斷與學生討論，了解他們的進度。這也是教學相長的過程。「儘管如此，一旦成功後特別有成就感。」

「在王韻老師的實驗室收穫最大的是學會為人處世，提高自己的團隊協作能力。」如呂天節所說，學生們不僅只學會做學術。他的理想是從事大健康產業工作。

徐煜的理想是從事醫學聯絡官（Medical Science Liaison）的工作。除了要求具備科研能力，這項工作還對與人交流的能力要求很高。「自主實施實驗使我有充裕時間參加社團活動，社交能力得到了提高。這些都使我能夠勝任醫學聯絡官的職位，並在類似背景的博士生中具備優勢。」

麥戈文研究所「全過程」培養模式還體現在重視對低年級學生的培養上。迄今為止，麥戈文研究所與北大-清華聯合中心已連續7年舉辦神經科學暑期班。

作為組織者之一，李毓龍介紹道：「一般夏令營都是招研究生三年級學生，麥戈文暑期班則針對大一大二的學生。每期有70-100個學生。」

暑期班邀請了多名優秀的神經與認知方面的科學家為同學們分享此領域最前沿的科學進展，同時還安排了實驗室參觀、文獻閱讀展示、體育活動、晚會派對等一系列豐富精彩的活動。

2015年神經科學暑期班

「參加暑期班為學生開了一扇新的窗。」通過暑期班的學習，對神經科學感興趣的同學可以真正了解神經科學研究是如何開展的。「很多同學在參加暑期班後，對神經科學產生興趣，進一步出國深造。」

「還有的學生留在了我們麥戈文。」李毓龍笑著說道。

前行之路

「北大麥戈文腦科學研究所發展的願景是『理解腦的工作機制』，為治療腦疾病開發一些新方法。」方方這樣評價研究所的發展方向。

儘管麥戈文在一些領域已經取得很多重要成果，但未來腦科學發展任重道遠，目前的研究只是「冰山一角」。

「這也意味著更多的突破和可能，」李毓龍說道，「我更多地想搞清楚不同神經元如何進行通訊連接，行使生理功能。不同情感、情緒在細胞層面到底由哪些腦區來掌管。大腦如何控制這些功能我們還不了解。我個人進一步的研究要在這些方面努力。」

「拿抑鬱症來舉例，目前藥物可以起到作用，但我們不清楚為什麼藥物會起作用。」只有搞清楚機制才能更好地治療。

李毓龍認為基礎研究是未來腦科學研究取得進展的關鍵。

「基礎研究和臨床研究要並舉，目前基礎研究還有很多領域是空白的，還需推進交叉學科的研究來填補。舉例來說，進一步對大腦的研究需要物理、化學、生物、心理以及醫學在更深層次交叉融合。」

國家對於基礎科學研究的重視為麥戈文腦科學研究所的發展提供了契機，對腦科學發展的部署更是麥戈文下一步發展的一劑強心劑。

國務院不久前發布的《關於全面加強基礎科學研究的若干意見》把圍繞「腦與認知」開展探索作為未來基礎前沿科學研究的重要領域，並指出要加強對腦科學等重大科學問題的超前部署。

2016年，中國「腦科學與類腦科學研究」（Brain Science and Brain-Like Intelligence Technology）（「中國腦計劃」）啟動，確立了以探索大腦秘密、攻克腦疾病為導向的腦科學研究方向以及以建立和發展人工智慧技術為導向的類腦研究方向。

「麥戈文要乘腦計劃的東風，把中國腦科學研究向前推進，麥戈文將在中國腦計劃中起到『生力軍』的作用。」方方介紹道。

今年3月22日，北京腦科學與類腦研究中心在北京成立。麥戈文腦科學研究所所長饒毅教授擔任研究中心聯合主任。

北京腦科學與類腦研究中心是中國腦計劃落實的第一步。該中心又被稱作「北方中心」，與成立於上海的「南方中心」共同為中國腦計劃的推進貢獻力量。

由多家單位合作共建的「北方中心」將結合北京「全國科技創新中心」的戰略定位，重點圍繞共性技術平臺和資源庫建設、認知障礙相關重大疾病、類腦計算與腦機智能、兒童青少年腦智發育、腦認知原理解析五方面開展攻關。

「中國的腦科學處於蓬勃發展的態勢，但是和美國還有一定差距。在科研隊伍數量、科學家水平、青年科學家培養等方面都需要下功夫，這也是麥戈文研究所未來努力的方向。」方方說道。

 

王克楨樓實驗室，來自心理與認知科學、生命科學、分子醫學等領域的追夢者在腦科學——這個「人類理解自然界現象和人類本身的終極疆域」裡孜孜以求。

七年，北大麥戈文用實踐詮釋了「全面認知腦將不只是夢想」。北大麥戈文的探索之路才剛剛開始！（文/新聞網記者 王巖  圖/北大IDG麥戈文腦科學研究所）

 

編輯：山石