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第43章 脑科学的探秘人

记生命学院神经信息科研团队

人类的大脑如同神秘的黑屋子,神经信息研究就是通过外部监测,研究黑屋子内部到底在发生什么事情。我校生命学院神经信息教育部重点实验室的科研团队从高端切入,专注于最前沿的神经信息处理规律探索,几年来,他们孜孜不倦地在大脑的藏宝库里探险、挖掘,揭示黑暗领域的一个个奥秘。

兵分四路,共探神奇领域

“如果一个人脑功能出现疾病,可以不打开系统,通过脑电、CT、磁共振成像等方式来检测,也可以打开系统……”神经信息科研团队带头人、长江学者特聘教授尧德中饶有兴趣地述说着团队中不同方向,“对实验动物,也可以看成元器件,从微观的角度来研究。”

目前团队的研究分为四个不同的方向:视觉的神经机制及应用、知觉与运动(脑-机交互)、脑功能成像、分子神经生物学。团队力图从宏观到微观,从研究到应用,打开通往大脑未知世界的一扇扇紧闭的门。

一名四肢瘫痪的残疾人可以通过脑电波的控制,“指挥”轮椅和假肢,甚至启动飞机大炮,也可以利用反馈控制,向受损的神经单元下达修复的命令。这是尧德中教授主要负责的知觉与运动研究方向。在这一方向上,他们主要研究人-机交互技术、神经信息分析与解释技术、认知神经机制等。其中,人-机交互技术是团队全力探索的新热点。目前已经实现了利用意志控制鼠标的运动,破译了大脑神经元群的交响乐,从而可用音乐耳发现脑电等神经信息中更有价值的信息;也可以通过人脑与音乐的交互关系,调整烦躁的心态……这些都是他们正在进行的研究方向。在这些研究方向上,团队成员已发表SCI检索论文50余篇,申请国家发明专利6项,承担了国家杰出青年科学基金和国家自然科学基金重点课题等重要项目。

在人群的合影中,为何我能一下找到熟悉的你?大脑的这种聪明特性被团队的科学家们用在摄像设备中。在视觉的神经机制及应用研究方向,李朝义院士率领李永杰教授等一群年轻人既从单个视细胞、细胞集群、视知觉行为等方面对神经机制进行研究,又努力建立感受野机制等的数学模型,两方面相辅相成。一朵花在早中晚的颜色是不同的,为何人却能知觉到相同的颜色呢?团队成员利用视觉神经的颜色恒常性机制,校正图片颜色,提高机器人智商;面对海量信息,大脑进化出了稀疏编码,用有限的细胞来存储,团队成员把这一原理用在了图像压缩上。在李朝义院士多年研究成果的基础上,团队在该方向上正在取得一个又一个的重要进展。

陈华富教授带领的脑功能成像实验室成员们正与医院合作,对癫痫、精神分裂症、老年痴呆症等疾病的功能进行研究。“比如癫痫病人,我们通过研究已经证实了他的大脑神经结构连接降低了”,陈教授说,“我们不断寻找着这些疾病的生物学诊断新标志”。除了特定神经精神疾病的脑功能成像研究外,他们还致力于发展海量成像数据的脑功能信息提取技术。现在,在该研究方向上,他们已在SCI期刊发表论文30余篇,并承担了国家自然科学基金、教育部科学技术重点项目、国家“973”、“863”课题等重要课题。

睡眠障碍已经成为普遍的社会问题。游自立教授等分子神经生物学研究室的老师们积极探索着黑暗中的睡眠科学。他们通过对大鼠行为的研究,探索神经免疫系统;利用天然药物,结合中医的精髓,研究扶正药物对于神经免疫的调节机制;用分子生物学手段探索免疫分子在神经系统中的表达。该方向先后获得了“973”子课题、国家科技支撑计划子课题、国家自然科学基金等项目的资助。

都是“拼命三郎”

“电子科大有生命学院吗?”团队成员与学界同行交流时经常遇到这样一个尴尬的问题。在校内也常被认为是主流学科之外的学科。新事物总是让人怀疑和观望。这让团队老师们有一种共识:“不发展,毋宁死”。强烈的忧患意识使他们从高端切入,在学科的最前沿努力的探索着。“要知道,我们是在和全世界的同行在竞争啊”,尧德中教授说。这种忧患意识和学科上的拼劲儿在每个团队成员身上都能感受到。十多年艰辛,终成校园中的一抹生命的新绿。

在许多人眼里,尧德中是一个奇才,他先后活跃于土壤电磁学、地球物理成像、电波传播等学科领域,且每个领域的业绩都不凡。大脑的神奇世界诱惑着他,博士后出站后,他义无反顾地投身到神经信息这一生命学科前沿领域。尧德中再次从零开始,一步一步艰难地跋涉,在29岁时已在脑科学领域取得引人注目的成绩,并被破格提升为教授。

“我在读中学的时候从没听人说我聪明,现在越来越多的人觉得我聪明了”,尧德中教授幽默地对学生说。他深入浅出的传授着这样一个道理:智慧在于坚持和积累。这位每天工作到深夜的科学家有一句“名言”在学生中流传:节假日是最好的工作时间。原来,作为院长的尧德中平时有太多的事务要处理,节假日无人打扰,在他看来是最适合工作的。

李朝义院士有一次和几名研究生探讨学术问题。中午时分,几个学生饿得肚子咕咕叫,李院士仍然沉浸在学术问题的思考中。大约到了1点,李院士突然想起时间,说:“该吃饭了吧,现在食堂应该关了,来,我们继续讨论,待会儿出去吃。”学生被李院士的精神感动了,“要知道他都已经70岁,对学术比年轻人还有热情”。

李朝义院士在科学研究的拼劲儿几十年如一日。早在当年从德国回来之时,他就是在严峻的环境中艰苦创业的。没有实验动物,李朝义就从研究苍蝇、蟑螂的视觉开始;没钱买电子仪器,他就自己到旧货市场去买处理品电子元器件,参照国外的图纸,自己动手焊接实验仪器来用。正由于长期的探索和拼搏,才有了李院士在视觉神经机制研究中的重要成就。

2006年6月,陈华富教授在北京出差病倒了。为了不耽误学校的工作,他忍着疼坐飞机回到成都,发现实在不行,才住了院。在医院的病床上,他接到同事的电话,说教育部的重要项目申报的事儿。陈华富哪里坐得住,赶紧让医生把打点滴的针拔了,匆匆赶回学校。“项目申报的事情我最清楚,我不回去,材料怎么弄”陈华富因为这件事在学院里被称为“拼命三郎”。

团队里的“拼命三郎”不止一个,游自立教授有一次笑称:“生命学院老师的体重怕是全校最轻的”。团队老师晚上、节假日加班是常态。会议室的灯总是亮着,直到很晚。因为每晚都有读书报告会。团队各个方向的老师们指导学生做课题研究,听学生汇报学习研究情况。前进中的团队成员都非常努力。

目前团队共有教师19人,院士1人,杰青/长江学者1人,新世纪优秀人才3人,教授5人。在这个朝气蓬勃的团队中,始终充满了昂扬的斗志和勇于探索的精神。

热土的诱惑

在一次国家自然科学基金委组织的会上,李朝义院士与尧德中教授相识,两人颇有相见恨晚之感。李朝义院士一直想为家乡成都做点贡献。当尧德中教授谈起团队正需要发展神经生物学,需要深入到细胞层次的研究时,李院士眼睛一亮。他在上海的实验室是世界上少数几个能够成功实施在体膜片钳技术的试验室之一,如果将该技术成功转移到成电,将极大地提高我校生命科学和神经科学的研究水平。

生命学院这片热土吸引着李院士,团队奋发向上的氛围感染了他。2005年6月,李朝义院士应聘到学院。“他的到来没有举行任何仪式,他说他只想踏踏实实地为我校建立新学科基地和培养年轻人做些贡献。”尧德中教授说。

被这片热土吸引的醉心事业的探索者不止一个。“这里有一种共同的向上的价值观,有良好的自由的探索氛围,有一种献身科学的感召力量”,游自立教授说。2003年,游自立还在成都地奥集团工作,他陪一位刚出站的博士后朋友来到成电求职。这个偶然的机会,却让游自立被这里深深地吸引了,“电子科大是新的,生命学院是新的,氛围是新的”,这种崭新的环境使游自立有了扎根于斯创业的激情。

热土的吸引力不只在于它的氛围、环境,更在于跨学科交叉领域的前沿天地。李永杰教授曾开玩笑地说自己是“在学科上是很‘花心’的人”。他的本科、博士专业都不一样,阴差阳错地学了很多专业后,发现视野更加开阔。现在他做视觉神经机制的数学模型,既需要懂生理学,又懂数学。在这一领域游刃有余的李永杰笑称:“这是花心帮了忙”。尧德中教授在神经信息科学的成就也得益于他多学科的背景。他甚至从地球物理学中获得灵感,研究高低起伏、勾回曲折的大脑。

团队不仅吸引着大批高端人才的加盟,而且也在短短几年中培养了陈华富教授、李永杰教授等一批年轻的学术骨干。尧德中教授曾谈起对学生的期许:“博士毕业后,要能独当一面,真正在科研上做得上路。”团队就是这样高标准严要求培养人才,高水平人才又增强了团队的实力。

光阴数载,神经信息团队以智慧和辛劳在脑科学前沿形成了不可小觑的影响,并于2008年7月成功举办了“脑功能与神经信息”全国研究生暑期学校,显示了神经信息研究在全国的号召力。展望未来,他们将在更广阔的天地执著探索,为挖掘大脑“藏宝库”、服务人类作出更大的贡献。

(杨丽可)

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