二十六歲開創(chuàng)一個(gè)學(xué)科的新時(shí)代：天才博伊登

愛德華·博伊登

2020 年 3 月，奧地利企業(yè)家協(xié)會(huì)宣布，授予麻省理工學(xué)院神經(jīng)技術(shù) Y. Eva Tan 教授愛德華·博伊登2020 年度 Wilhelm Exner 獎(jiǎng)?wù)?，以表彰其在科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的杰出貢獻(xiàn)。

該獎(jiǎng)?wù)乱詩(shī)W地利商人 Wilhelm Exner 的名字命名，自 1921 年以來每年都會(huì)頒發(fā)給那些“以出色的方式直接或間接地促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展”的科學(xué)家、發(fā)明家和設(shè)計(jì)師。值得一提的是，在過去的獲獎(jiǎng)?wù)咧?，包括?22 位諾貝爾獎(jiǎng)得主?！矮@得這一獎(jiǎng)項(xiàng)，我倍感榮幸。該獎(jiǎng)項(xiàng)不僅認(rèn)可了我們團(tuán)隊(duì)工作對(duì)基礎(chǔ)科學(xué)的影響，還肯定了我們的工作對(duì)工業(yè)界及新興世界的價(jià)值?！?博伊登教授如是說。

博伊登教授現(xiàn)為麻省理工學(xué)院媒體實(shí)驗(yàn)室、麥戈文腦科學(xué)研究所生物工程與腦科學(xué)及認(rèn)知科學(xué)方向教授。他通過光遺傳學(xué)、擴(kuò)展顯微鏡（expansion microscopy，通過讓被觀察的物體膨脹，生物學(xué)家甚至可以用普通顯微鏡看到分子級(jí)別的腦部細(xì)節(jié)）等，改變了神經(jīng)科學(xué)。

從一束藍(lán)光開始到大腦地圖的繪制

2004 年夏天的一個(gè)夜晚，對(duì)還是斯坦福博士生的愛德華·博伊登來說，是驚喜的一夜：當(dāng)時(shí)，他將一束藍(lán)光打到了轉(zhuǎn)基因老鼠的一個(gè)神經(jīng)元（大腦中發(fā)送和接收信號(hào)的細(xì)胞）上，然后，這個(gè)神經(jīng)元做出了反應(yīng)！僅僅通過光線就能讓神經(jīng)元產(chǎn)生沖動(dòng)，這讓研究人員們對(duì)大腦的運(yùn)作有了前所未有的控制，也正是這項(xiàng)開創(chuàng)性的實(shí)驗(yàn)引領(lǐng)神經(jīng)科學(xué)的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新時(shí)代。

與愛德華·博伊登一起合作進(jìn)行該研究的是卡爾·戴瑟羅斯合作的過程中，博伊登主要從技術(shù)的角度提出自己的觀點(diǎn)，而戴瑟羅斯則會(huì)從醫(yī)學(xué)的角度發(fā)表自己的看法。當(dāng)然，在利用光刺激神經(jīng)元的研究方面，他們也不是第一個(gè)“吃螃蟹”的人。事實(shí)上，早在 1999 年諾貝爾獎(jiǎng)獲得者弗朗西斯·克里克就曾猜想，“理論上來說，分子生物學(xué)家們可以設(shè)計(jì)出一種對(duì)光線敏感的特殊細(xì)胞”。

盡管早有想法，但本世紀(jì)初發(fā)展起來的一些技術(shù)并不是很可靠，就博伊登和戴瑟羅斯的研究來說，可以被認(rèn)為是率先成功的典范。不過，這項(xiàng)技術(shù)的成功，也曾遭到質(zhì)疑。2005 年初，兩位完成論文初稿后，于 4 月開始先后向《科學(xué)》、《自然》投稿，但都被無情拒絕。在不斷的努力下，8 月該論文終于在《自然-神經(jīng)科學(xué)》得以發(fā)表。盡管之后陸續(xù)有光控神經(jīng)學(xué)的論文面世，但博伊登和戴瑟羅斯的論文作為開篇之作，早已占得先機(jī)，成為推動(dòng)該領(lǐng)域發(fā)展的重要基石。

隨后，2007 年，戴瑟羅斯的實(shí)驗(yàn)室成功利用一根植入小腦內(nèi)的光導(dǎo)纖維，用一道藍(lán)光喚醒了處于嗜睡態(tài)的小鼠，證明了這項(xiàng)技術(shù)在研究大腦功能方面的可行性。2010 年，光遺傳學(xué)被《自然-方法》評(píng)為了“年度方法”;同年，《科學(xué)》雜志在其十年技術(shù)回顧中重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)了這項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)展;2015 年，《自然-神經(jīng)科學(xué)》為紀(jì)念光遺傳學(xué)十周年特地撰文，直言“光遺傳學(xué)打開了我們夢(mèng)寐以求的實(shí)驗(yàn)之門”。從發(fā)明至今，光遺傳學(xué)技術(shù)早已成為世界各地腦科學(xué)實(shí)驗(yàn)室的重要工具。

在此之后，博伊登還在不斷進(jìn)行著相關(guān)研究：設(shè)計(jì)出了能夠抑制神經(jīng)元活性的光敏蛋白，并且進(jìn)一步改良了光遺傳學(xué)激活蛋白，讓科學(xué)家們可以在大腦中相互獨(dú)立地控制多種細(xì)胞類型;通過與全息顯微鏡（holographic microscopy）先驅(qū)們的合作，開發(fā)出了光遺傳學(xué)工具，讓小群神經(jīng)元精確產(chǎn)生特定電活動(dòng)模式，模擬自然神經(jīng)元回路的動(dòng)作電位發(fā)放等。

對(duì)博伊登教授來說，其長(zhǎng)期目標(biāo)是“以足夠的精確度理解大腦”，為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，其團(tuán)隊(duì)希望繪制一張?jiān)敿?xì)的大腦地圖。但這并不容易。人體中有超過 800 億個(gè)神經(jīng)元，其中每一個(gè)都會(huì)產(chǎn)生數(shù)千個(gè)連接。要想繪制詳細(xì)的大腦地圖，不僅需要觀察大腦的電活動(dòng)和化學(xué)信號(hào)，還需要繪制其神經(jīng)回路的布線圖。如果一旦成為現(xiàn)實(shí)，就能打開大腦這個(gè)“黑匣子”，幫助科學(xué)家找到腦部疾病發(fā)生的位置，探索包括焦慮癥、抑郁癥、老年癡呆、精神分裂等疾病在內(nèi)的治療可能。

學(xué)霸的“開掛”人生

但你可能想不到，2005 年博伊登與戴瑟羅斯一起成功發(fā)表論文時(shí)，他年僅 26 歲。作為一名學(xué)霸，博伊登的經(jīng)歷對(duì)我們來說，就像是擁有著一個(gè)“開掛”人生。

1979 年博伊登出生于美國(guó)德克薩斯州;8 歲時(shí)就對(duì)科學(xué)表現(xiàn)出了濃厚的興趣，希望未來能借助科學(xué)方法幫自己探知世界，并在其中有所建樹;作為一名“早熟”的學(xué)生，博伊登14 歲進(jìn)入美國(guó)著名的得克薩斯數(shù)學(xué)與科學(xué)院學(xué)習(xí)，后轉(zhuǎn)入麻省理工學(xué)院學(xué)習(xí)物理學(xué)和電器工程，19 歲從麻省理工學(xué)院畢業(yè)時(shí)，獲得了物理學(xué)學(xué)士學(xué)位、電氣工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)士和碩士學(xué)位三個(gè)學(xué)位。隨后又進(jìn)入斯坦福大學(xué)攻讀神經(jīng)科學(xué)。

2006 年 9 月，博伊登離開斯坦福加入麻省理工學(xué)院，組建了自己的實(shí)驗(yàn)室，領(lǐng)導(dǎo)團(tuán)隊(duì)開發(fā)用于大腦功能研究的新技術(shù)。因?yàn)樵诠膺z傳學(xué)以及其他技術(shù)開發(fā)方面的突出貢獻(xiàn)，博伊登教授曾屢獲殊榮：2006 年《麻省理工科技評(píng)論》“35 歲以下科技創(chuàng)新 35 人”（MIT TR35）、2013 年 NIH 主任創(chuàng)新人士獎(jiǎng)、2013 年大腦科學(xué)獎(jiǎng)、2016 年美國(guó)生命科學(xué)突破獎(jiǎng)、2018 年加拿大蓋爾德納國(guó)際獎(jiǎng)、2019 年沃倫·阿爾珀特獎(jiǎng)以及文章開始提到的 2020 年 Wilhelm Exner 獎(jiǎng)?wù)碌?。除此以外，他分別于 2017 年和 2019 年入選美國(guó)人文與科學(xué)院院士和美國(guó)科學(xué)院院士。本刊綜合整理）（編輯/萊西）