“头脑一热,我就答应了。”
这就是邱收与他人生中第一篇学术代表作结缘的时刻。
2019年底,中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心(以下简称脑智中心)徐春研究员正筹划着“放大招”:为大脑中大名鼎鼎的海马区绘制一幅三维立体的“交通线路图”。
实现这项工作需要用到大量的计算机分析技术,而徐春团队主攻功能研究,要找出这么一个IT人才来,还真不容易。他找了一圈,多数人都不太想接这个“烫手山芋”,直到邱收走进他的办公室。听完导师徐春对项目的描述后,这个时年25岁、看起来清瘦文静的博士生表示,他愿意试试。
因为邱收并没有计算机基础,起初的计划是他先做着,等后续有更合适的人选时可以退出。没想到不久后的一场正式会议上,这项课题所属的上海市级重大专项“小型模式动物全脑神经联接图谱”负责人、脑智中心副主任孙衍刚研究员对他说:“这项工作就由你主导了。”
就这样,邱收从一个入场较晚的小配角不知不觉间变成了“男一号”。当初的头脑一热,让他收获了首篇以第一作者身份发表的Science论文:《海马区单神经元的全脑投射图谱》。
海马脑区,可以说是最著名的大脑区域之一。徐春笑着把它比作“大脑中的朝阳区”。
科学家很早就发现海马脑区与记忆功能紧密关联。随着近一个世纪不断深入的研究,海马脑区还被发现参与了多种不同大脑功能,如恐惧记忆、场景认知、记忆泛化、情绪焦虑和社交记忆等。
海马区中千丝万缕、盘根错节的神经元,是如何完成这样繁杂的任务的?这个问题仿佛藏在一座巨大的迷宫中,让人很难窥得全貌。
徐春团队要做的,就是为海马区建立一个三维立体的“交通线路图”,让以后的科研工作者都能拿着这份“地图”,知全局、有方向地开展研究工作。
神经元(即神经元细胞)是形态最特殊的细胞之一,乍看像一棵树,细长弯曲如主干的一端叫轴突,分叉细密如树冠的一端叫树突。神经元最大的特点是有方向性:神经信号总是由树突接收后,再从轴突输出。所谓神经元的“投射”,就是描述轴突把信号输送到哪些地方。
“细长蜿蜒的轴突伸展出去,甚至能覆盖一座大楼这么广泛的位置。”徐春向《中国科学报》记者展示他们制作的可视化投射图谱,“你看从这里到这里,只有一条单独的轴突,但从这个点开始,分散到了许多轴突上。就像一群旅客乘坐飞机,一起到达机场后,很快分散,各奔东西——这就是对‘投射’最直观的展现。你还会发现,有些投射没有走直线,而是绕了远路,这可能意味着要完成某个生理功能,需要连接这么多脑区。就像我们现实生活中,完成一件事情需要沟通许多职能部门。”
这幅“交通线路图”不仅是立体的,而且是动态的,就像是揭开藏在脑海中的“清明上河图”,各种神经细胞的神经活动展示出了不为人知的一面。
“我们发现有些齿状回细胞跳过了经典的三突触环路,可以直接投射到海马区外的一些区域。这些现象超越了学术界以往的认知,非常令人振奋。”徐春说。
为研究自学编程,“永远不要限制自己”
毫无疑问,这项工作涉及大量的计算、分析、编程等工作。而主要完成人邱收此前完全没有相关经验。
为了自学编程,邱收主动从原有的实验室搬出去,搬到脑智中心建设的一个公共研究平台——全脑介观神经联接图谱研究平台(小鼠)。这里汇聚了一批擅长数据管理分析的专业人士。
小半年时间里,邱收就和这些算法工程师们在一个办公室里,“同吃同劳动”,学到了很多宝贵的专业技能。
邱收在实践中发现,这项研究很可能需要用到完全不同于以往的数据分析方法。在这样一个重点项目中,要说服大家采用闻所未闻的新方法,需要他自己先把各种备选方法都测试一遍,用实际结果说话——这可是巨大的工作量。
就在研究如火如荼推进的时候,邱收生了一场重病。在病愈后的一段时间里,为了兼顾身体休养和研究进度,导师徐春支持他居家远程办公。
幸运总会眷顾时刻努力的人,这些平日里搭建的远程办公平台,阴差阳错地让邱收后来在上海疫情最严重的时候,顺利地完成远程分析工作,并最终取得了重要突破。
谈起当初为何愿意接下这样一个特殊的工作,邱收坦言,他很清楚这是一个需要承担风险的项目,但在这个过程中,他会接触到大量可遇不可求的宝贵数据,也有机会做出一些非常重要的成果。
“神经科学涉及的研究方法非常广泛,你需要学习做手术、连电路、写代码……直到变成一个多面手。”如今的邱收,俨然是个点满技能树的“斜杠青年”。“这样的经历也提示我,永远不要限制自己。你感兴趣的事情,放手去做就好,遇到什么问题就去解决什么问题。”
目前,邱收已经博士毕业,在脑智中心作为特别研究助理继续开展工作。他最感兴趣的研究方向是神经元编码外界信息的机制解析。他希望找到一个可以开展相关工作的实验室做博士后研究,也希望未来能继续和导师徐春合作。
在科研界,要评估一项研究工作的影响力,可以假设这项科研工作没有人做,再过20年,是否会影响到其他科研工作的进展,有些科学发现会不会因此推迟,甚至做不出来。
从这个意义上,徐春相信,他们是在为整个海马区研究领域搞“基建”,把地基打好,把桥架好,把指示牌贴好,以后不论谁想在这个领域做出一点新东西,都能从中获得便利,得到助力。
“成为科研人员以来,我时常想,自己正在研究的问题有意义吗?至少对于这项工作,我相信它有着长远的意义。”邱收说。