陳娟:鍾情腦科學,探索新天地

2021-01-09 騰訊網

陳娟

眼睛是心靈的窗戶,視覺則是人類認識世界、了解世界的重要渠道之一。作為人類出現的重要標誌,直立行走使遠古人類的視野更加開闊,從而加速了大腦進化的進程,並逐漸學會了使用工具。工具的使用是一個極其複雜的過程,需要眼睛、大腦、手等一系列神經、骨骼、肌肉等的密切配合才能實現。因此,能否製造和使用工具也成為人與動物的根本區別。

人類的視覺究竟是如何引導手部完成動作的?大腦究竟又是如何將視覺信息轉化為「命令」下達到手部的呢?這些成為相關領域科研學者一直思索的難題。尤其是進入資訊時代後,國際上關於人類腦機接口的研究已經湧現,人工智慧日益受到各國重視,在我國《「十三五」國家科技創新規劃》腦科學與類腦研究重大項目中就明確指出要「以腦認知原理為主體,以類腦計算與腦機智能、腦重大疾病診治為兩翼,搭建關鍵技術平臺,搶佔腦科學前沿研究制高點」。而這也成為新時期下我國科技工作者神聖而艱巨的使命。

「大腦本身進化得非常完美,現有的結構剛好可以完成特定的功能,這一點就讓我覺得非常有魅力。」華南師範大學心理學院教授陳娟在採訪中回答道。正因如此,原本在數學專業學習的她在研究生階段時選擇了心理與認知科學,開始對感知與動作的神經機制、感知與動作訓練以及大腦的可塑性等系列問題展開深入學習與探索。多年以來,她從未停下求知的腳步,不斷拓展著研究方向,試圖將認知大腦領域的迷霧層層撥開。

科研是一件非常有意思的事情

興趣是最好的老師,它能調動人的生命力,使其熱衷於自己的事業而樂此不疲。正如孔子所言:「知之者不如好之者,好之者不如樂之者。」能夠發現自己的興趣,並與其相伴一生是一種幸運,「80後」陳娟就是一位幸運兒,她與心理學的結緣正是源於對其濃烈的興趣。

大學時,陳娟就讀於北京師範大學數學科學學院數學與應用數學專業。「數學是一切科學之母」,4年中,在這所百年學府裡,敏而好學的陳娟認真學習了基礎數學、概率論、數理統計等專業課,打下了紮實的數學基礎,直到現在她都很感激當時專業課老師們的悉心教導。

雖然學校當時對於學生的培養已不單單是師範方向,也有面向科學研究的培養,但大部分學生畢業後還是會去當數學老師。然而,這對陳娟來講並不具備足夠的吸引力。「當時我並不想當數學老師,正好我的室友輔修了心理學,平時聊天時她常常會和我們說一些關於記憶、人類智力的話題。在空閒的時候我也常去旁聽心理學的課程,尤其對認知科學特別感興趣,很想去深入了解人類大腦的功能和結構等。」談及為何會選擇心理學時,陳娟坦言道。

機會總是留給有準備的人,本科時旁聽的心理學課程使陳娟日後從事心理學領域的探索成為可能。在大三備考研究生時,考慮到腦科學常常設置在心理學院裡,陳娟報考了北京大學心理與認知科學學院,「當時我考的分數並不是那麼高,正好方方教授想要一個數理基礎比較好的學生,所以就錄取了我,這也是非常幸運的一件事吧。」陳娟謙虛地回答說。

在方教授的指導下,陳娟正式踏上了認知科學的科研之路。北京大學心理與認知科學學院是目前國內第一個進入ESI世界排名前百分之一的心理學院系,在QS世界大學排名中,心理學院一直位列大陸高校心理學院/系的榜首。身處一流的視覺與腦成像實驗室,在5年的學習中,陳娟得以深入學習研究視知覺、意識、注意和它們的認知神經機制,展開了物體識別領域的研究。同時作為方教授的第一名博士生,方教授的一言一行也在潛移默化中影響著陳娟。尤其是他極其嚴謹的治學態度,在陳娟心裡留下了深刻的烙印。

嚴師出高徒,憑藉方教授嚴謹的治學態度和陳娟對科研的執著熱愛,博士期間的陳娟在學業上取得了優異的成績,教育部博士生學術新人獎、北京大學優秀畢業生等榮譽稱號就是對她辛勤付出的肯定,陳娟也為自己的學生時代畫上了一個圓滿的句號。

科研探索永無止境,尤其是在科技發展日新月異的今天。為了拓展研究領域,開闊研究思路,在方教授的推薦下,博士畢業後陳娟選擇前往加拿大西安大略大學腦與精神研究所,跟隨Melvyn Goodale教授和Jody Culham教授從事博士後研究工作。Goodale教授是視覺雙通路理論的提出者,也是加拿大皇家學會院士及英國皇家學會院士;Culham教授是國際上首次實現用磁共振掃描儀(MRI)研究真實動作的科學家。尤為值得一提的是,Goodale教授和Culham教授的感知與動作實驗室是世界上能用fMRI技術研究動作的幾個實驗室之一,擁有最先進的實驗室設備還配備有硬體工程師以及加工車間。能夠跟隨業內名師學習讓陳娟受益匪淺。

在將近6年時間裡,陳娟跟隨兩位教授在視覺信息引導動作的研究領域展開了深入學習與研究。博士後期間,陳娟不僅參加了兩位教授領導的多個加拿大自然科學與工程委員會的關於人類動作的研究項目,還參與了加拿大與德國合作的「The Brain in Action」項目。期間她以主要負責人身份完成了多項動作方面的研究,積累了豐富的經驗。這些經歷不僅開拓了陳娟的視野,也使她更加明白了開放合作的重要性,「Goodale教授的合作者遍布世界各地,他的學生們可以同時參與好幾個研究項目,這樣學的東西確實也比較多」。

有人說科研之路太艱辛,但在陳娟看來,能在最美好的青春年華裡,從事自己最喜愛的心理學研究是一種幸福。「我覺得做科研是一件非常有意思的事情,你可以不停地思考,不斷地進步,去接觸大量的新的事物。就像刑警破案一樣,總是能透過一些蛛絲馬跡去尋找事情的真相。一旦有了大膽的猜想,就去收集數據,迫不及待地想要知道它的結果究竟是什麼,這應該就是科研本身的魅力所在。」採訪中陳娟對於科研的喜愛溢於言表。

科研要與應用需求結合

「我希望能將自己的研究與應用層面的一些需求相結合,科研還是要有一定的應用價值。」陳娟坦言道。

「紙上得來終覺淺,絕知此事要躬行」。為了能夠開展更具應用價值的研究,陳娟積極和相關領域的醫學團隊以及醫療器械研發團隊合作,如國家醫療保健器具工程技術研究中心的視覺與動作團隊等,她希望用自己的研究幫助有需要的人。2019年陳娟充分利用寒暑假的時間以訪問學者的身份前往加拿大滑鐵盧大學眼科與視覺科學學院和加拿大勞裡埃大學運動障礙與康復研究中心訪問學習。另外,陳娟還和上海矽步機器人有限公司開展了密切合作,希望將自己的研究應用到機器手臂和靈巧手的開發上。

依託優質平臺攀登科研高峰

2018年9月,順利完成博士後研究的陳娟加入了華南師範大學心理學院。華南師範大學心理學科在2017年教育部學科評估中與北京大學心理學科、北京師範大學心理學科被並列評為A+。此外,2017年10月,廣東三九腦科醫院正式掛牌為「華南師範大學附屬三九腦科疾病與康復醫院」,成為華南師範大學的首家附屬醫院。

「與三九腦科醫院的合作能為科研提供豐富的臨床資源和基於臨床實踐的科學問題,為我們開展一些病人的研究提供了便利。而且早些年學校就投入經費2000萬元購置了3T核磁共振系統,也為開展相關研究提供了一個非常好的技術平臺。這也是學校最吸引我的地方。」採訪中陳娟詳細介紹說。

依託華南師範大學這一優質平臺,陳娟的科研之路變得順暢許多。「初到學校時,雖然我個人缺少科研經費,但學院為我們提供了一定的啟動經費,我們的學科帶頭人莫雷教授也給了我很多幫助,讓我能購買一些科研設備把攤子搭起來。而且整個學院的科研氣氛非常和諧,大家都擰成一股繩共同努力,這讓人倍感溫馨。」陳娟感恩地說道。

從事博士後研究工作期間的工作團隊

一分耕耘一分收穫,多年來藉助北大、加拿大西安大略大學和華南師範大學的平臺優勢,在認知學領域不懈耕耘的陳娟已取得了諸多科研成果。截至目前,她以作為第一/通訊作者發表論文10多篇,包括Current Biology、Cerebral Cortex、Journal of Neuroscience、Psychological Science等心理學和腦科學領域的著名雜誌。此外,陳娟還多次在國際學術會議做口頭報告,為10多個領域內雜誌審稿。

2020年年初,陳娟將再次攀登科研高峰。由她主持的國家自然科學基金面上項目「物體距離的神經表徵及任務對物體距離表徵的影響」正式立項。據介紹,物體離觀察者的距離是判斷物體真實大小以及能否對物體進行操作的重要依據。但現有的考察距離的神經表徵的視覺研究,通常是將有單眼深度線索的錯覺圖片或者有雙眼視差的立體圖片呈現在一個位置固定的顯示器上,並不是真正將物體放置在不同距離的空間位置上。因此,由類似這樣的實驗得出的結論並不能推廣到真實情景中。

在該項目中,陳娟將操縱物體距離觀察者的真實距離,擬採用功能性磁共振成像(fMRI)、腦磁圖(MEG)研究物體距離的神經表徵和動作任務對物體距離表徵的影響。「要想在fMRI或者MEG實驗室內操縱物體或者顯示器的真實距離,必須開發相應的研究裝置和實驗範式,相信此類裝置和實驗範式開發成功後,將會帶動一大批與真實物體和真實空間相關的研究。」陳娟滿懷期待地說。

據介紹,該項目不僅有基礎研究意義,也具有很強的應用價值。由於距離可以幫助完成結果預測(如對危險的預測)或者動作準備與執行,而對距離表徵的時間、空間和受調節因素的研究將有助於從大腦中解碼距離信息,用於預測結果和引導動作。

建設一支多學科的團隊

獨行雖快,眾行致遠。科研成果的取得離不開優秀的團隊,離不開每一位成員的努力和大家的共同協作。從本科、博士再到博士後,從國內一流學府到世界頂級實驗室,一路走來,諸位良師或嚴謹認真,或開放包容的科研作風已對陳娟產生了深刻的影響。作為一名年輕的博士生導師,陳娟對如何培養學生成才、建立自己的科研團隊有了獨到的理念。

「目前,我的團隊有1名博士生,7名碩士生。今後我想建設一支包含多種學科背景的科研團隊,目前除了心理學背景外,我們實驗室還有機械工程等工科背景的。尤其是我的研究方向特別需要一些具有比較強的邏輯分析能力和數據處理能力的人才,而且不同學科背景的學生之間也可以互相學習,彼此促進。」陳娟解釋道。

科研貴在創新,但每一次創新都離不開思維邏輯的縝密和科學推理的嚴密。作為導師的陳娟很希望培養學生們具備這種能力。「我覺得批判性的思維能力可能是更重要的,老師布置課題以後,學生們需要自己去查閱相關的文獻材料,並不斷地思考、總結,跳出原有的思路。」陳娟坦言道。

進入資訊時代,科學技術迎來了飛速的發展。作為科研工作者更要及時調整自己的思維,以適應這種快速發展的趨勢。因此在平時的科研學習中,陳娟儘可能地讓學生們多掌握一些科研方法,以便提高學生們的學習遷移能力,讓他們能在未來有更好的發展。尤其是對於那些立志從事科研工作的學生,陳娟更希望能夠培養他們具備良好的科研品味,找到一個真正有價值的科研問題,並一步一步地將其解決。

九層之臺起於壘土,認知學的探索之路還很漫長,但陳娟有信心繼續走下去。現階段她將繼續加強團隊培養,完善設備建設,同時也進一步加深與醫院等機構的通力合作。「希望能在立足基礎研究的同時把研究往應用上去推廣,將認知學的理論更多地應用於機器人開發等方面。」陳娟憧憬道。

閒暇與團隊成員在一起

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