李瑩:揭開大腦“清道夫”的另一面

2020-12-07 17:07:28 來源:央視網 作者:佚名 責任編輯:田小介 字號:T|T
摘要】在自然界,大多數哺乳動物都能處理各種社會信息,產生交配、打斗、育兒、捕食以及逃跑等社會行為。大腦是如何對各類社會信息進行編碼的?這是李瑩在尋找的答案。

  在自然界,大多數哺乳動物都能處理各種社會信息,產生交配、打斗、育兒、捕食以及逃跑等社會行為。大腦是如何對各類社會信息進行編碼的?這是李瑩在尋找的答案。

  見到李瑩時,她正拄著雙拐。前段時間,她打羽毛球傷了膝蓋,剛做完手術。雖然行動不便,但在工作日,她還像往常一樣,驅車十幾公里,到位于北京市昌平區科學園路的北京腦科學與類腦研究中心上班,那里有她的實驗室、博士生,當然,還有很多等著她去挑戰的難題。

  在自然界,大多數哺乳動物都能處理各種社會信息,產生交配、打斗、育兒、捕食以及逃跑等社會行為。大腦是如何對各類社會信息進行編碼的?這是李瑩在尋找的答案。

  尋找之旅不平坦,會有困難,亦會有跌倒,但李瑩不畏懼。

  “我討厭‘困擾’這個詞,因為‘擾’就好像被什么東西纏住了,想要擺脫掉。我更喜歡‘挑戰’這個詞,它很積極,困難都是可以克服的。”采訪當日,李瑩對科技日報記者說。

  對大腦“一見鐘情”

  2003年9月,李瑩成為南京大學生命科學學院的一名本科生。當時,李瑩的同學多數都選了植物學、動物學等方向,她卻選了相對小眾的生理學。

  在第一堂神經解剖課上,李瑩頭一次看到大腦切片,并被它深深吸引。大腦分左、右兩個半球,它們表面有很多下凹的溝,溝之間有隆起的回。看著眼前的大腦切片,李瑩慨嘆道:“漂亮!像迷宮一樣迷人。”

  不僅是結構,大腦的顏色也讓18歲的李瑩著迷。“在沒有染色的情況下,灰質真的是灰色的,白質也是白色的,黑質是暗的……這些命名真有意思。”她說。

  最令李瑩感到神奇的,是大腦的這些部分與人類的意識、情感、行為的密切關系。“當時我就在想,大腦為什么會思考?”她回憶道。

  好奇心被點燃,李瑩一頭扎進了神經生物學的海洋。大三暑假,她來到中國科學院上海生命科學研究院神經科學研究所實習。“那里氛圍很自由,我第一次感受到做科研是什么。”李瑩說。

  為了完成本科畢業設計,2006年李瑩再次來到中國科學院上海生命科學研究院神經科學研究所,跟著該所研究員杜久林學習。

  在杜久林的記憶里,李瑩膽子很大。“多數人偏向于做風險較小的研究,或者看別人做了什么就跟著做,這樣容易出成果,但缺少原創性和開拓性。可李瑩不是,她膽子很大,不害怕未知。她本科到我實驗室進行暑假實習時,我就想把她留下。”杜久林說。

  輕松掌握高難技術

  2007年,李瑩成為杜久林的“入室弟子”。

  當時,杜久林團隊正在以斑馬魚為模式動物,開展神經功能方面的研究。斑馬魚身長3厘米到4厘米,全身布滿多條深藍色縱紋,成群游動時如奔馳的斑馬群。

  在早期,斑馬魚主要被用于發育生物學研究領域,鮮被用于腦功能研究領域。但在神經學研究中,斑馬魚作為模式動物有兩個突出的優勢:一是幼魚透明,可以用注射熒光染料或轉基因的方法,通過成像實時觀察其神經系統的活動;二是可以在清醒的斑馬魚身上,利用電生理技術,記錄斑馬魚神經元的電活動。

  小鼠的神經元細胞直徑約為5微米,電極直徑約為1微米。在顯微鏡下,用電極尖端吸住細胞,然后形成全細胞記錄,這是電生理技術的基本功。

  而斑馬魚神經元細胞體積大概是小鼠神經元細胞體積的1/50,操作起來難度很大。能干凈利落地吸住細胞就很厲害了,還要長時間保持穩定狀態,更難。目前,在國際上也沒有多少人能熟練掌握這項技術,但當時李瑩很快就學會了。

  解決了這個難題,李瑩又奔向了下一個。

  小膠質細胞被譽為腦中“清道夫”,是中樞神經系統中的免疫細胞。除了免疫功能,小膠質細胞還具有生理功能嗎?李瑩一頭扎進這個無人問津的課題。

  這個課題就像團迷霧,看不清去路,但膽大的李瑩勇敢上路。她要做沒人做的事,她堅信只要用正確的方法,一定能有突破。

  無數次嘗試后,李瑩發現,小膠質細胞不僅具有免疫功能,還有調節神經互動的生理功能。

  然而,研究成果卻遲遲未能發表。一次次審稿被拒后,李瑩想過放棄。她跟導師請假,一個人旅游散心。

  短暫休整后,李瑩繼續完善數據、反復修改文章。2012年12月,相關研究成果發表在《發育細胞》雜志上,如今有關內容被引超過300次。今年9月,《自然》雜志刊發的一項研究,正是基于李瑩8年前的成果。

  “這件事,讓我懂得了什么叫解決問題、什么叫堅持下去。”李瑩回憶道。

  調整研究重心再出發

  發表文章的喜悅,并未持續多久,因為李瑩的興趣并不在此。“我還是對生物如何產生思維、情感、行為更感興趣。我想知道,在自由活動的情況下,生物神經是如何活動的?”她說。

  在一次學術會議上,美國斯坦福大學教授馬克·施尼策分享了一項技術——把重約2克的小顯微鏡戴在小鼠腦袋上,可以直接看見小鼠在自由運動狀態下的神經活動!

  這引起了李瑩極大的興趣,報告結束后,她問了馬克·施尼策很多問題。

  疑問在生長,機會悄然降臨。在一次學術會議上,李瑩遇到了美國科學院院士、哈佛大學分子與生物系系主任卡特琳·迪拉克教授。

  李瑩毛遂自薦,想要進入卡特琳·迪拉克的實驗室團隊,研究生物社交行為。在和卡特琳·迪拉克面談時,李瑩提到了她與馬克·施尼策的面談內容。沒想到,卡特琳·迪拉克也認識馬克·施尼策,這交談竟成了三人合作的開端。

  2013年,李瑩加入哈佛大學分子與生物學系卡特琳·迪拉克團隊。不過,在正式開展研究前,她先去馬克·施尼策的實驗室學習了頭戴式顯微鏡成像技術,學習如何在小鼠深部腦區做手術。

  大約2個月后,李瑩回到哈佛大學。在位于地下室的動物房,26歲的李瑩用大約15平方米的空間,搭建起自己獨立的實驗平臺。

  小鼠自由運動時,它與社交相關的腦區是怎么工作的?為了搞清楚這個問題,李瑩把直徑約為0.85毫米的圓柱形透鏡,插進小鼠深約5毫米的腦區里,再給小鼠戴上重約2克的顯微鏡,通過顯微鏡直接觀察小鼠腦區的工作情況。

  李瑩性子急,幾天沒出新東西,就覺得效率低。透鏡插過頭、插入位置不對、小鼠死掉……手術失敗了很多次。

  那段時間,李瑩是孤獨的,陪伴她的是自我鼓勵和堅定的信念。“當時,世界上沒人做成功過,我們的成功率能達到10%,就已是飛躍。”她說。

  耗時2年多,在給上百只老鼠做手術后,李瑩首次利用頭戴式微型顯微鏡成像技術,在自由運動的小鼠中記錄了影響動物本能社會行為的重要腦區——內側杏仁核的鈣信號。此外,她還發現神經肽——催產素在雄性小鼠區分雌雄信息時起關鍵作用,而對雌性小鼠區分不同社會信息沒有顯著影響。

  就當旁人以為,李瑩會沿著這條路走下去時,她卻選擇更換賽道、重新開始。

  2019年,李瑩回國,進入北京腦科學和類腦研究中心,她再次調整了研究重心。“她無所畏懼、喜歡挑戰,只有在高難度課題中,才能找到自我價值。”杜久林說。

  10多年了,在杜久林的實驗室里,還放著李瑩在羽毛球比賽中奪得的冠軍獎杯。“她很厲害哦,打羽毛球能把男生干倒那種。”杜久林對記者說。

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