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哈佛大学医学院遗传学家乔治丘奇谈大脑活动图谱

发布时间:2021-01-05 11:44:21 阅读: 来源:船板厂家

哈佛大学医学院遗传学家乔治·丘奇谈“大脑活动图谱”

去年夏天,六位科学家提出一项雄心勃勃的绘制人类大脑活动图谱(BAM)计划,如果成功,其影响力足以与人类基因组计划(HGP)相媲美。哈佛大学医学院的遗传学家乔治·丘奇是该计划的六位发起人之一,他同时也是人类基因组计划(HGP)和个人基因组计划(PGP)的创始人之一。在接受《哈佛医学新闻》采访时,他对BAM项目的本质、目标和所面临的挑战逐一作了较为详细的阐述。   问:什么是大脑活动图谱?   答:开展BAM的目的是让我们可以从复杂的神经网络中读写单个神经元。大家知道,数量巨大且非常广泛的神经回路使大脑的各个不同部位联成一体,人们试图得到总体和局部两个水平的解析。   这和HGP非常相似。开始我们的能力只限于了解单个基因、或者在较低水平上测序整个基因组,但我们需要同时获得这两种测试数据,进而对整个基因组进行单个碱基水平的解析。这就是BAM的技术推进路线图,旨在降低解析成本和提高质量,最终能在任意范围的神经回路里开展单个神经元解析。   问:您说这与HGP相似。那么不同之处何在?   答:在HGP中,许多技术进步来得太迟了。我不想BAM也是如此。HGP完成后其衍生的技术成百万倍地降低了成本,如果我们早点拥有这些技术就好了。同样,与基因组、环境特性相关的解读在HGP的后期才开始展开。我认为,BAM的设计应该具有更大的灵活性,同时应更着眼于技术以及可解读性上;并且,HGP对小规模研究团体的支持和接受度也不够。我认为,给一些小实验室提供参与一些大项目的机会,往往会产生一些意想不到的结果,甚至会改变通常由几个大实验室之间竞赛的格局。   问:提出BAM有其怎样的背景故事?   答:我们中的大部分人都是从事跨学科研究的。这些从事合成生物学、纳米技术和神经科学领域的科学家,2011年9月在英国的奇切利礼堂会晤时意识到,如同1984年从美国犹他州阿尔塔开始的HGP一样,BAM也是如此。好在大家目标一致,虽然还不十分确定,但我们感觉技术已经成熟。在一起构思BAM过程中我们六个人视野同步,决定开始撰写提案,组织研究。   问:为什么去年才提出这个项目?   答:在构思中,我们经常会发现技术进步与应用之间的差距,诸如许多合成生物学、纳米化学、光学纤维等领域的技术进步没有被整合、交叉,难以实现质的飞跃。因此也不可能产生会影响神经生物学发展的相关技术。好在(科学界或者我们)目前基本已经形成共识——若干新技术已足够成熟并可结合应用于神经生物学。   问:通过BAM,您最想解决什么问题?   答:我们希望得到对自然状态的最基本的了解,而这只有当认识达到一定的深度和广度才能实现。我们希望深刻地理解医学病理、人的日常情绪以及创造力的产生,等等,同时也希望看到在成本、准确性、全面性和低侵入性等方面的巨大改善。后者是工程上的障碍,而不是某些特定的科学发现。   问:在临床方面呢?   答:目前可以在人类大脑中同时记录和刺激几十个神经元。但这些技术并不能总是持续很长一段时间,作为植入物,它一时很难得到日常所需的精细测量或控制等数据。目前可以同时处理的神经元数量提升速度非常缓慢。因此,我们希望在加大数量的同时降低侵害性,或改用其他方法,比如用光纤或合成生物学方法替代电极。   问:对社会将会产生什么影响?   答:目前还无法保证BAM项目的实际应用。但一旦成功,BAM能扩展的范围将远远超出神经生物学范畴,就像HGP超出遗传学范畴一样。HGP可以告诉我们决策在大脑中是如何形成的、非病理性的正常行为是怎样的,以及应用于人工智能领域。它可以给我们深刻的哲学见解,可能是令人不安或令人敬畏的,就像它的思想有意或无意地被意识到那样。   问:您预计最大的挑战在哪里,是技术、组织还是社会道德?   答:首先,最重要的是安全。这就是为什么我在一开始要从人谈起。从组织的角度来看,我认为我们必须小心,不要刻意构建巨无霸般的组织,而且能让一些小型实验室受益,让其与大型实验室有个比对。同时,通过一些途径来鼓励符合成本效益的即用技术,没有必要只依赖大型公司或研究所。   问:在技术上或将面临哪些挑战呢?   答:真正的挑战是改变人们的思维定势,避免自满。如果我们取得十倍的进步,不能只是说“太好了,我们可以休息十年了。”相反(人们)应该不断寻找下一个十倍的进步。此外,如何调整优先次序、光学研究组和合成生物学研究组的关系是竞争还是互相促进,就在于我们如何优化这些跨学科的团队。(张文韬编译)

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