郭愛克：情迷果蠅，樂趣無窮

在當(dāng)今科技日新月異的時代，腦科學(xué)研究作為探索人類智慧與智能的重要領(lǐng)域，吸引著無數(shù)科學(xué)家為之獻身。一代又一代科學(xué)家要回答一個由來已久的、經(jīng)典的科學(xué)問題——腦和心智的關(guān)系。

中國科學(xué)院院士郭愛克，于1993年在中國科學(xué)院生物物理研究所建立了我國第一個以果蠅為模式生物的學(xué)習(xí)與記憶實驗室。選擇腦認知的核心問題——抉擇為突破口，開創(chuàng)了果蠅認知與抉擇研究新方向。2005年，郭愛克在國際知名期刊《科學(xué)》上發(fā)表了關(guān)于果蠅跨模態(tài)學(xué)習(xí)與記憶的研究論文，引起了學(xué)術(shù)界的關(guān)注。這項研究不僅證明了即使只有“簡單頭腦”的果蠅也表現(xiàn)出抉擇 “理性”和認知行為多樣性，改變了“抉擇是靈長類專利”的傳統(tǒng)觀念，還為人類理解大腦學(xué)習(xí)記憶機制提供了新的視角。

這一領(lǐng)域的研究不僅涉及復(fù)雜的生理機制，還對人類認知、情感和行為有著深遠的影響。

作為新中國第一位留學(xué)德國的“自然科學(xué)博士”腦科學(xué)領(lǐng)域的杰出代表，郭愛克以其深厚的學(xué)術(shù)造詣和不懈的探索精神，為中國乃至世界的腦科學(xué)研究做出了重要貢獻。近日，我們有幸在第一屆張香桐腦科學(xué)研討會上采訪到了84歲高齡的郭愛克院士，聽他講述自己的科研歷程、對年輕學(xué)子的寄語以及對生死哲學(xué)的獨到見解。

情迷果蠅

很多人都問：我們?nèi)祟惔竽X為什么這么聰明？其實大腦不是被設(shè)計出來的，而是智力演化的偉大奇跡?！按竽X是經(jīng)過浩瀚的歷史長河，通過選擇和演化而產(chǎn)生。我們的大腦在一定意義上來講，就是進化歷史留下的記憶?！惫鶒劭嗽菏空f，人類的大腦體積是1400立方厘米，但是黑猩猩是400立方厘米，顯然人類的進化是非常有成就的。人們“上九天攬月，下五洋捉鱉”，靠的就是大腦智慧。

郭愛克指出，腦科學(xué)主要研究人類大腦的智慧、智力和神經(jīng)基礎(chǔ)，這一領(lǐng)域的研究不僅涉及復(fù)雜的生理機制，還對人類認知、情感和行為有著深遠的影響。而他選擇了將果蠅作為模式動物進行研究。

這一選擇看似出乎意料，實則蘊含深意。他解釋說，“別看果蠅個頭小，作為一種‘資深’的模式生物，已經(jīng)有一百多年的歷史了。果蠅的大腦工作機制在進化過程中具有一定的保守性，這意味著在果蠅上發(fā)現(xiàn)的問題，在人類和其他高等動物身上也可能具有借鑒意義。早期的研究已經(jīng)證明，果蠅在遺傳學(xué)、發(fā)育學(xué)以及學(xué)習(xí)記憶等方面具有獨特的優(yōu)勢，從遺傳學(xué)研究到生命的發(fā)育研究，再到生物節(jié)律等，從1995年到2017年，科學(xué)家對果蠅的研究已經(jīng)獲得了4次諾貝爾生理或醫(yī)學(xué)獎。1995年果蠅的研究揭示了基因是如何在胎兒生命的早期階段控制發(fā)育的。接著在2004年，諾貝爾獎頒給了對果蠅嗅覺系統(tǒng)的研究。而在2011年，則頒給了對它的免疫防御的研究。2017年，果蠅獲得了它迄今為止的最后一次諾貝爾獎——這一次是頒給了對控制生命體晝夜節(jié)律的內(nèi)置時鐘的研究。最近的這些獎項特別好地說明了果蠅研究可以在很大程度上代換到人類身上。

郭愛克院士說，果蠅身上的研究點特別多。如睡眠、打斗、進攻、求偶、衰老等，這些行為都是可以從基因、環(huán)路和行為層面被精細研究的。他特別提到了在2001年進行的一項開創(chuàng)性實驗。當(dāng)時，他和北航畢業(yè)的一位自動化專業(yè)的高材博士合作，通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶嶒炘O(shè)計讓果蠅在飛行過程中學(xué)習(xí)分辨圖形和顏色，并研究其在飛行中如何選擇目標(biāo)、回避懲罰。這一實驗不僅證明了果蠅具有趨利避害的能力，還開創(chuàng)了果蠅抉擇問題研究的新領(lǐng)域，引起了國際學(xué)術(shù)界的廣泛興趣。

“當(dāng)時國際上都不信這個抉擇問題，就覺得這么小的動物怎么可能有抉擇，還有兩難抉擇。那我們的試驗證明之后，大家才明白，就是在低等動物高等動物都有選擇的問題，而且這種抉擇叫做贏者通吃的抉擇。

“什么叫做贏者通吃，英文叫做winner-takes-all，WTA。這就是抉擇中勝利者全部占有，不給失敗者一點。這個抉擇問題比較有趣，高等動物也是這樣做的。所以這樣我們就用簡單的模式動物開創(chuàng)了一個先河——如何來研究抉擇。”

隨后，郭愛克院士在2005年又發(fā)表了一篇關(guān)于果蠅跨模態(tài)學(xué)習(xí)記憶的重要文章。他提出，果蠅的視覺和嗅覺之間存在非線性相互作用，這種跨模態(tài)的記憶增強效果類似于人類的多種感官協(xié)同作用，達到“1+1大于2”的效果。這一發(fā)現(xiàn)不僅揭示了果蠅跨模態(tài)學(xué)習(xí)記憶的協(xié)同共贏機制，還可能為后續(xù)的類腦智能研究提供重要的啟示。

20年來，郭愛克在果蠅基于價值的抉擇、跨模態(tài)學(xué)習(xí)記憶以及多巴胺調(diào)控抉擇等方面進行了開創(chuàng)性研究，從而幫助人們對高等動物的類似的認知活動有一個精準(zhǔn)的了解。人類大腦神經(jīng)元數(shù)量為860億， 還有10倍的神經(jīng)膠質(zhì)細胞。神經(jīng)元彼此之間要建立關(guān)聯(lián)，形成突觸，突觸數(shù)量為 100萬億至1000 萬億，也就是每個神經(jīng)元平均擁有1000到1萬個神經(jīng)突觸。人類大腦的神經(jīng)纖維總長度是18萬公里，這個數(shù)字是什么概念？繞地球一周是4萬公里，我們?nèi)祟惔竽X的神經(jīng)纖維可以繞地球四周半！人腦太復(fù)雜了，怎么研究？如果你拿果蠅做一些事情，“四兩撥千斤”，知道它的基本原則，先從簡單系統(tǒng)開始，然后再外推到復(fù)雜系統(tǒng)。所以哲學(xué)家叔本華有一句非常精辟的言論叫“簡約永遠是真理和天才的共有特征”。

新中國第一位留德博士

1940年，郭愛克出生在遼寧沈陽。“外表平和，內(nèi)心堅強。”這是郭愛克在總結(jié)八十多年的人生時，對自己作出的八字評價。1960年夏天，高中畢業(yè)后，由國家選派，郭愛克進入莫斯科大學(xué)生物物理學(xué)專業(yè)學(xué)習(xí)，1965年畢業(yè)回到祖國。

然而，“文革”奪去了郭愛克整整10年的青春年華。在那樣一個嘈雜喧囂的年代里，熱愛科學(xué)的郭愛克沒法從事科研活動，就開始自學(xué)德語。他有一本特殊的自學(xué)教材——德語版的《毛主席語錄》。在食堂吃飯，排隊的時間他也在背單詞。在北京黃莊菜市場排長隊的大半天里，郭愛克也悶著頭在看德文。

1971年，郭愛克和同事們一起被下放到中科院在湖北潛江農(nóng)村的“五七干?！?。在干校，他們就住在勞改犯留下的低矮草棚里。郭愛克每天的“工作”，就是用南方的整日都要泡在池塘里的大木桶挑大糞給菜施肥，晴天一身汗，雨天一身泥。

1972年，由于艱苦勞作，郭愛克患上了非常嚴(yán)重的黃疸肝炎，黃疸指數(shù)達到驚人的80，整個人像蠟一樣發(fā)黃，住進了潛江傳染病院。幸虧主治大夫中藥西藥雙管齊下，郭愛克嚴(yán)重的肝病居然奇跡般地康復(fù)。

1976年，改革開放的前夜，國家著手準(zhǔn)備向國外派遣留學(xué)生。郭愛克有幸被選派到北京語言學(xué)院德語76班，并成為“德76班”的班長。1977年，郭愛克成為中國留德八個科研生之一。在德國科學(xué)技術(shù)交流中心（DAAD）獎學(xué)金的支持下，郭愛克只身前往慕尼黑大學(xué)。

郭愛克的導(dǎo)師斯穆拉建議他攻讀博士學(xué)位，其時中國尚無博士制度。他對郭愛克說：“也許現(xiàn)在的中國還不需要博士，但是將來肯定需要。在西方，如果你是一位科學(xué)家，但沒有博士學(xué)位，人們是不太理解的?！睂?dǎo)師斯穆拉不厭其煩，為郭愛克辦理了大學(xué)畢業(yè)證書公證等手續(xù)，確認郭愛克在莫斯科大學(xué)的學(xué)歷與德國學(xué)歷等價，沒有這個學(xué)歷認同是不能在德國拿學(xué)位的。這些給了郭愛克最大的支持，他下定決心：“我的目標(biāo)不是拿博士學(xué)位，但一定要在兩年中做出博士水平的工作來?！?/p>

功夫不負有心人。1979年9月20日，郭愛克用了兩年時間，以“最優(yōu)”（Summa Cum Laude）的總成績獲得了慕尼黑大學(xué)自然科學(xué)博士學(xué)位。德國科學(xué)技術(shù)交流中心負責(zé)與中國學(xué)術(shù)交流事務(wù)的伯蘭特·多恩女士，在郭愛克博士論文答辯前夕，給他的一封祝賀函中寫道：“這將是二戰(zhàn)以后，來自中華人民共和國的科學(xué)工作者在聯(lián)邦德國獲得的第一個博士學(xué)位?！?/p>

1982年11月至1984年6月，郭愛克作為訪問學(xué)者，來到了德國馬普學(xué)會生物控制論研究所，從事家蠅視覺系統(tǒng)“圖形與背景”分辨的生物控制論研究。

1992年，第十九屆國際昆蟲大會在北京舉辦，那年郭愛克52歲，在會上他遇到了幾位研究果蠅學(xué)習(xí)記憶的德國科學(xué)家，激起了他研究果蠅學(xué)習(xí)記憶的強烈的好奇心?！皩W(xué)習(xí)記憶對于高等動物來說并不稀奇，但是果蠅那么一個小小的昆蟲，怎么也能學(xué)習(xí)記憶，它到底是怎么學(xué)習(xí)記憶的？”

1993年，他又受邀到著名的海森堡實驗室短期訪問，自此開啟了他的果蠅研究生涯，并在回國后建立了中國第一個果蠅視覺學(xué)習(xí)記憶實驗室，跑步進入了果蠅賽道。

這時郭愛克已經(jīng)53歲，許多人不理解，已經(jīng)這么大年紀(jì)了，還去做一個全新的領(lǐng)域，能有多大突破呢？郭愛克看得很明白：“第一我有基礎(chǔ)，‘果蠅’與我之前做的東西有關(guān)聯(lián)。第二我覺得很有趣，為什么這么小的蟲子能有學(xué)習(xí)的能力？”

基礎(chǔ)+興趣+執(zhí)著，成為53歲的郭愛克敢于“另起爐灶”，開創(chuàng)新天地的不竭動力。

在郭愛克看來，果蠅并不是一個簡簡單單的小蟲子，它可以學(xué)習(xí)、可以記憶、需要睡眠。“果蠅甚至有特別的求偶行為，還唱求偶歌。在特定條件下有“同性戀”行為。它有一個非常復(fù)雜的行為菜單，這真的可以挖掘很多很多問題。比如說它也會醉酒，會酒精成癮，尼古丁成癮，這方面我們都有研究工作。所以這些機制你要做了以后，覺得這個機制跟人類的東西大同小異。比如說我曾經(jīng)研究過多巴胺對果蠅的抉擇行為的影響，有人說多巴胺是愛情的分子。但多巴胺可以是女神，也可以是惡魔，成癮了就是惡魔。這是正負兩個方面，果蠅身上也都有，機制上都很類似。但我不是說果蠅可以解決一切問題，比如果蠅不能用來研究復(fù)雜高級的認知活動，比如語言或者意識這些東西都不能夠拿這種簡單生物來做，那就要去研究更復(fù)雜系統(tǒng)，就看你做什么科學(xué)問題?！?/p>

從2001年到2007年，短短6年時間，他領(lǐng)導(dǎo)團隊連續(xù)3次登上《科學(xué)》雜志，發(fā)表重磅科研論文。例如，在2005年，郭愛克在國際知名期刊《科學(xué)》上發(fā)表了關(guān)于果蠅跨模態(tài)學(xué)習(xí)記憶的研究論文，引起了學(xué)術(shù)界的轟動。這項研究不僅證明了果蠅具有跨模態(tài)學(xué)習(xí)記憶能力，還為人類理解大腦學(xué)習(xí)記憶機制提供了新思路。

18年后，2023年英國一個非常著名的實驗室，用與郭愛克2005年果蠅跨模態(tài)協(xié)同共贏的實驗范式和邏輯，在《自然》雜志上發(fā)表了重要論文，進一步闡明了果蠅跨模態(tài)的分子和細胞機制。他們引用了郭愛克院士的工作?！八麄兊陌l(fā)現(xiàn)不僅證明了我們2005年工作的發(fā)現(xiàn)，同時還把我們的工作往前推進了一大步，這就使得我更感覺到科學(xué)的魅力，一些科學(xué)家做了開創(chuàng)，后續(xù)的科學(xué)家在你的基礎(chǔ)上進一步推進，科學(xué)家之間的互相成就讓我特別激動?！?/p>

做最好的自己，不虛度年華

在談到對年輕學(xué)子的寄語時，郭愛克院士顯得尤為深情。他回憶起自己年輕時的經(jīng)歷，特別提到了《鋼鐵是怎樣煉成的》這部俄羅斯文學(xué)作品對自己的影響。他說，這部書讓他深刻認識到，青年人不要虛度年華，不要躺平，不能碌碌無為，要不斷努力成為最好的自己。

面對當(dāng)今社會上“內(nèi)卷”和“躺平”的現(xiàn)象，郭愛克院士給出了自己的建議。他認為，無論選擇哪條道路，都要盡自己最大的努力去做好工作，而不是隨波逐流或輕易放棄。他鼓勵年輕學(xué)子要勇敢面對生活和工作中的困難，找到適合自己的發(fā)展方向，并為之不懈奮斗，“業(yè)精于勤荒于嬉，行成于思毀于隨”。在談到科研評價體系時，郭愛克院士也表達了自己的看法。他認為，當(dāng)前的評價體系過于單一且不科學(xué)，給年輕人帶來了很大的壓力。他認為，當(dāng)前的評價體系過于注重論文數(shù)量和影響因子等量化指標(biāo)，而忽略了科研工作的實際貢獻和創(chuàng)新性。這種評價體系容易導(dǎo)致科研人員追求短期利益、忽視長期價值的現(xiàn)象。他強調(diào)，科學(xué)研究的價值不在于發(fā)表了多少篇高影響因子的文章，而在于解決了多少重要的科學(xué)問題，有沒有創(chuàng)新性。我們應(yīng)當(dāng)注重從0到1的貢獻，從源頭的創(chuàng)新。他希望管理部門能更加理解科學(xué)本身的規(guī)律，為年輕人創(chuàng)造一個更加寬松和有利于創(chuàng)新思維的科研環(huán)境。

好的科學(xué)研究，一定要有好的哲學(xué)思維牽引。中國學(xué)者在這方面是有優(yōu)勢的。

盡管已經(jīng)84歲高齡，郭愛克院士依然活躍在科研第一線，帶學(xué)生、作報告、參加學(xué)術(shù)會議，日程排得滿滿當(dāng)當(dāng)。當(dāng)被問及如何保持如此敏捷的思維和旺盛的精力時，他笑著說：“我每天都在想事兒，腦子一直在用著?！?/p>

郭愛克院士表示，他每天都會關(guān)注新發(fā)表的重要文章，了解最新的研究進展和亮點。即使有些文章篇幅很長，他也會花上幾天時間去仔細研讀。這種不斷學(xué)習(xí)和思考的習(xí)慣，讓他始終保持著對科研的熱情和敏銳度。

在談到中國腦科學(xué)研究的現(xiàn)狀和未來時，郭愛克院士顯得非常自信。他認為，盡管目前中國在腦科學(xué)和類腦研究領(lǐng)域的隊伍相對較小，但近年來取得了顯著的進步。例如，在靈長類動物研究、腦功能圖譜繪制、表觀遺傳學(xué)等等發(fā)揮了領(lǐng)跑作用，中國科學(xué)家利用自身優(yōu)勢取得了重要成果。他相信，在不久的將來，中國腦科學(xué)研究將在國際舞臺上發(fā)揮更加重要的作用。他說，好的科學(xué)研究，一定要有好的哲學(xué)思維牽引。中國學(xué)者在這方面是有優(yōu)勢的。

在采訪的最后環(huán)節(jié)，我們提到了最近社會上熱議的安樂死話題。郭愛克院士表示，這是一個非常敏感且復(fù)雜的問題。從生命本身來講，每個人都可以有自己的決定權(quán)，但是人是有社會性的，從倫理和社會觀念上來看，在當(dāng)下，安樂死并不容易被接受。

對于那些處于極端痛苦且無法挽回生命的患者來說，如何讓他們在生命的最后階段保持尊嚴(yán)和安詳是一個需要全社會共同關(guān)注的問題。同時，郭愛克院士也強調(diào)了生命質(zhì)量的重要性。他鼓勵每個人都要珍惜生命，敬畏生命，努力活得有質(zhì)量、有意義，為社會做出自己的貢獻。