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[美]卡尔·迪赛罗斯Karl Deisseroth

神经生物学

● 斯坦福大学生物工程学、精神病学与行为科学教授

● 曾获2015年生命科学突破奖

◆“做一名科学家有时候就意味着做一个我行我素的怪人。”

迪赛罗斯教授,请问您什么时候发现自己的大脑非常地与众不同呢?

每个人的大脑都是与众不同的,但是我的大脑有几个特点,比如说我与单词之间存在着一种特殊的联结。对我来说,快速阅读和记忆单词是件轻而易举的事。我上五年级的时候,老师要求全班同学在45分钟内背诵一首诗。我盯着这首诗看了一会儿,几秒钟后举手说:“我背完了。”当我站起来背诵这首诗的时候,老师心里可能在想:“这绝对不可能,他肯定早就背过这首诗了。”于是老师又让我背另一首诗,同样地,我在几秒钟内就背下来了。

简直太不可思议了,这背后的秘诀是什么呢?

我认为这可能与视觉有关,我喜欢把单词组合在一起。很多人可以瞬间读懂一个单词或一个句子,我就是这样,如果一段话里有很多长句,我马上就能明白它们的含义,这离不开我与单词之间的特殊联结。感觉是记忆的一部分,而记忆也是感觉的一部分。我们之所以能够记住单词,是因为这些单词能唤起我们的某种感觉,恰恰是这种感觉帮助我们记住了单词。

我听说过一件事:您在参加某次会议的时候,一边听演讲人作报告,一边读他的两本书。

我们以为自己一次只能做一件事。有这样一种观点,说的是意识构成一个单元,但这并不意味着我们不能同时做好几件事,哪怕我们在一个时间点只能对一件事产生意识,我们也有能力一心多用。我认为医生就有同时做好几件事的能力,他们一心多用的时候脑子里同时进行着多种思维活动,这种能力对他们来说十分重要。如果医院里同时发生多起紧急事件,医生就需要同时关注所有的紧急事件。

您做科研的目的是什么呢?

首先,我想知道感觉从何而来。我们生而为人,所面临的最深刻的问题之一是:一个客体怎么会有内在的主观感知呢?它怎么会有感觉呢?在某种程度上,这也许是个无法解答的问题,它一直困扰着我。

您难道不是第一个使大脑变透明的人吗?

我们研发出了水凝胶组织技术,运用这种技术我们可以在组织细胞中生产所谓的水凝胶。换句话说,我们可以将部分脑组织做成水凝胶。借助这项技术,我们可以在保证大脑完好无损的情况下进入大脑内部,看到各个不可思议的组成部分,也就是构成整个大脑系统的分子和细胞。

◆“科学和艺术主要通过大脑联系在一起。”

您也是第一个成功打开和关闭脑细胞(神经元)的人。

没错,这项技术被称为光遗传学技术。凭借这项技术,我们能够利用光打开和关闭神经元。很多人认为光是收集信息的一种方式,例如使用显微镜或望远镜都可以收集信息。光遗传学技术恰恰相反,我们利用光来传递信息,控制生物活动,使生物产生相应行为。

光遗传学技术的操作原理是怎样的?

我们从藻类、植物和细菌中提取基因,即脱氧核糖核酸(下文简称DNA)的特殊片段。由这些基因编码的蛋白质将光刺激转化为电信号。蛋白质吸收光子,并使带电粒子(离子)流过细胞膜。我们把这样的DNA片段植入动物的大脑中,随后动物神经元开始产生特定的蛋白质,这些蛋白质受到光刺激被激活,从而控制离子的流动。除此之外,我们甚至可以决定哪些细胞应该产生这样的蛋白质,哪些不应该。因此,利用光遗传学技术,可以精准操控哪些细胞在光刺激作用下应该打开,哪些应该关闭。

这项技术有什么用处呢?

它是一种探索工具。我们可以用它来研究大脑的工作方式;可以掌握各种细胞的功能;可以了解解决矛盾的过程;可以弄清楚积极情绪和消极情绪在大脑中产生的位置。我们现在已经可以看到这些蛋白质晶体结构的高清图像,可以看到每一个原子的具体位置。现在我们可以思考一些以前根本没人会问的问题。比如:这个细胞在这里起什么作用?这是什么类型的细胞?这个细胞是怎样与那个细胞进行交流的?这个细胞最终是如何对行为产生影响的?

目前的研究现状是这样的,那您下一步打算做什么呢?

用不了多久,我们就可以做越来越复杂的行为研究。我们现在已经在研究哺乳动物和其他动物行为的各个方面,未来会出现医学疗法的新理念。一旦我们掌握了大脑系统的运作方式,一切都会变得更加精确。一旦我们了解了某种症状产生的原因——这也是光遗传学科学家们正在做的事情——我们就可以对这种症状进行各种干预和治疗。

我不知道这是不是我的错觉,光遗传学技术有没有被滥用的可能呢,比如说用于精神控制?

就算我们想滥用这项技术,我们首先也要对大脑有更多的了解。目前看来,您所说的这个问题并不是很紧迫的问题,因为还没有人把这项技术用于精神控制,但我们还是要密切关注这一点。未来的某天,人是否会被操控?人的喜好、能力和优先级是否会被改变?理论上来说,这是有可能发生的。很久以前,我们就开始在动物身上做这种实验了,我们可以任意影响动物想做什么或不想做什么。

您上大学的时候,除了学习神经科学和医学之外,还修过文学写作课程。您对写作的兴趣从何而来呢?

从儿童时期到青少年时期,我一直都在写作,我还参加了写作俱乐部。念高中的时候我也上过写作课,当时我还以为自己未来可能会成为一名作家呢。上大学后,我也坚持在当地一所高中上写作课。写作是我一生的课题,它是我的爱好之一,否则我可能永远不会抽时间来做这件事,因为我还有很多其他事要做。

在您看来,故事为什么很重要?

因为人与人之间通过故事相互联系、相互学习。例如,我的目标是书写有关光遗传学的故事,这是一个人人都能理解的故事,这是一个与光、植物和情感相关的故事。这个故事告诉人们基础理论研究的价值是什么,就是要帮助人们理解世界;告诉人们基础理论研究能够创造出人意料的、有影响力的、极具变革性的事物。

您认为科学和艺术之间有联系吗?

科学和艺术主要通过大脑联系在一起。您想想,艺术性的文字能唤起人们心中某种感受,这整个过程都在脑细胞中进行,大脑将艺术和文字转化为感受。在某种程度上,这就是神经科学的本质,也是艺术的本质。

您还记得很多事情,您一定是个情感丰富的人。

我刚开始给学生上课的时候,学生们认为我不够活泼,因为我上课从来不在教室里走动,学生们想看到我表露出我的情绪,但我很难做到这一点,因为我曾告诫过自己内心应该保持平静,不应该把情绪写在脸上。生活中大部分时候,我都在扮演精神病学家、教师或教授的角色,但这些并不是传统意义上会表露情感的角色,不是吗?我认为在扮演这些角色的时候,我最好是做一张干净的白纸或者做一块坚硬的石头,不流露出任何情绪。

◆“她们必须清楚自己的生活需要什么,她们想从伴侣身上获取什么。”

您为什么继续从事精神病学的研究工作呢?

精神病学家是我的身份之一。我喜欢听别人讲他们的故事,我想帮助他们减轻痛苦。精神病学家这个身份已经成为我自身不可分割的一部分。

您是一名精神病学家,同时也是一名教师和教授,已婚并育有5个孩子。出于工作的需要,您经常出差,您的妻子也是一名非常成功的科学家。请问您是怎么做到这些的?

我的妻子是一名非常出色的科学家。她拥有双医学博士学位,是一个前沿实验室的负责人,她也经常满世界跑。不过事情并不会一帆风顺,总会出点岔子。我们也经历过失败,遭受过打击,但就算事情的某个方面出了问题,我们还是可以从其他方面获得满足感。

许多科学家(绝大多数是男性科学家)跟我说,一个女人不可能一边做着顶尖科研,一边生孩子,但您妻子似乎就成功做到了这一点。

我的妻子仅凭一己之力就做到了这一点,她是个了不起的人:她是一位创造力很强的科学家,在她的研究领域里是带头人。从事科研事业的同时,我们一共生了5个孩子。

您对那些有朝一日希望成家立业的年轻女科学家有什么建议吗?

我觉得我没有资格给她们提建议,我只想告诉她们,她们绝对有能力很好地兼顾一切,我认为我妻子的经历已经清楚地证明了这一点。我觉得她们必须清楚自己的生活需要什么,她们想从伴侣身上获取什么,她们与伴侣必须相互适应。不同的夫妻有不同的相处之道,夫妻间需要真诚的沟通和恰当的规划。

您在通往成功的道路上是否遇到过阻碍呢?

在我的职业生涯初期,每当别人看到我们正在做的事情,总是会评头论足一番。比如,他们会说“你们这么做是行不通的”,或者说“这是10个不同的问题,你们得一一解决,但其中很多问题几乎是解决不了的”。我不会去回应这样的评论,所以在我们解决所有问题、取得成果之前,整个过程其实是很艰辛的。

到底有多艰辛呢?

最初那5年,我身体不是很好。由于精神持续紧张,压力过大,我几乎每天都感到头晕目眩,当时我的身心状况并不好,对我来说那是一段很艰难的日子。

是什么让您坚持到现在?

我希望,我也相信我们所做的事情终有一天会变得有意义。当生活把我们带到一个地方,让我们有机会做有意义的事情,这便成了我们的一种特权,对此我们不可掉以轻心。我早就预测过光遗传学有朝一日会成为一门重要学科,这是一种对于可能发生的事情应该肩负的责任,这种责任让我整整5年都倍感压力,在这5年里,我把光遗传学研究当作我的使命,把它看作生活已经为我铺好的路。

当您所做的一切终于开始有起色时,您是否经历过“恍然大悟”的惊喜时刻呢?

我印象最深的是2007年。当时我实验室里的一名博士生做了一个实验:他把一个DNA片段放在小鼠大脑的对应位置(控制运动的位置)上。当我们打开灯,小鼠就会运动;当我们把灯关掉,小鼠就不动了。这简直太不可思议了。从这个实验可以看出,我们能够借助光和植入的DNA片段精准控制一只哺乳动物的行为。与此同时,这个实验也打消了其他人的疑问和顾虑。

神经科学最让您着迷的地方是什么?

从某种程度上讲,科学是深入了解一切事物的根源,包括文学、艺术、历史、法律,神经科学尤其如此。我们已经认识到了神经科学对计算机科学的意义,目前所谓的“深度学习”革命和机器学习革命都源自神经科学。神经科学已经改变了我们生活的方方面面。

您对那些正在考虑从事科研工作的年轻人有什么建议吗?

对人脑和神经科学的发展感兴趣,是一件好事,但我要鼓励年轻人学会承担更多风险。从事高风险工作会让人觉得很自由。如果我们不期待某件事应该有什么样的结果,或者不期待某件事在一定时间内应该有多大成效,那我们就会轻松很多。如果我们做一些可以预见结果的事情,我们的压力会更大,因为我们总是会急于求成。

这些年轻人应该具备什么样的思考方式呢?

最重要的是要注意休息,工作不要太过辛苦;要定期调整自己,每天都要腾出时间来认真思考。紧急情况总是不可避免的,但每天都要留出至少1个小时的时间,对事情进行深度钻研,这一点非常重要。

什么情况最适合您思考?

我需要一个非常安静的环境,最好是一个没有窗户的房间,在这样的环境里,我的身心可以平静下来。这个房间不一定得是黑暗的,但如果房间里的东西都不会发生变化就最好不过了。这个时候我会进入一种冥想状态,在这种状态下,我可以集中精力,深入思考问题。

再谈谈自我封闭吧,您年轻的时候是个我行我素的人吗?

是的,我是这样的人。我有点内向,其实很多科学家年轻的时候都不怎么受欢迎,我也不例外。我是我们班最矮的,也是年纪最小的,我比其他人小两岁,渐渐地,我成了班里的边缘人物,这很可能就是我不随大流的主要原因吧。

您有没有过随大流的经历呢?

如果我是一名医生,那我不应该一直不随大流,因为病人还是希望得到常规的护理。作为一名医生,我会随大流,但当我以其他身份出现的时候,我就不随大流了。

您认为我行我素的人会成为更出色的科学家吗?

做一名科学家有时候就意味着做一个我行我素的怪人。如果科学等同于新发现,那就意味着我们要把已有的规则都抛诸脑后,我们必须习惯这一点,所以我们有必要对现行的规则和目前的知识水平感到适度不满。

您想对大家说些什么?

我想说我们正生活在一个独一无二的时代里,我们正处在发现世界、发现自我的过程中。机不可失,时不再来,况且这样的发现有着深远的意义。身处我们这个时代的人都应该为科学的新发现而感到兴奋,因为这些发现会永远影响人类的命运,我们应该去挖掘隐藏在这些发现背后的那些令人振奋的美好事物。

◆“每天都要留出至少1个小时的时间,对事情进行深度钻研。” NRLrniaCC/mSGQAGFSe2aMACLlbVL3in2tq/h0FAjI/ZsIRU2NZh4kt2znL26W+Q

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