探索生命的星云

宇宙中，恒星形成的巨大分子云酝酿着生命的可能;海洋里，化石凝固了生命起步时的缩影。从宇宙到地球，从陆地到海洋，关于生命的秘密不可胜数，未知的世界永远比我们已知的更广阔。即便我们将目光集中到人类本身，再进一步凝聚到成人1.4kg的大脑上，人脑中那100多亿神经元交错的世界，仍然能组成另一片充满未知的“宇宙”。

德国哲学家伊曼努尔·康德说：“有两种东西，我对它们的思考越是深沉和持久，它们在我心中唤起的惊奇和敬畏就会日新月异、不断增长，这就是我头顶的星空和心中的道德。”

幸运的是，人脑中的“宇宙”赋予了人类天生的好奇心和探索未知的能力。人类在宇宙中进化，同时也在观察着人脑中这片“宇宙”的进化历程。

梦想人物：鲍进

身份卡：中国科学技术大学特任研究员，德国乔治-奥古斯都-哥廷根大学博士，法国国家科学研究中心博士后，玛丽·居里学者

[一]

生命从无到有，一路发展进化出千姿百态。生物的结构、功能、发生和发展的规律谱成生命的乐章，人类是其中的一个音符。但和其他生物不同，人类不满足于在有限的生命舞台上演奏微弱的单音，而是希望探索生命的奥秘，真正听到完整的生命之歌。所以，人类开始研究生命，便有了生命科学。生命科学又称“生物学”，研究内容包罗万象，涵盖动物、植物、微生物，以及与这些生命存在发展息息相关的领域。

中国科学技术大学的生命科学学院实力雄厚，在生命科学领域中发展出神经科学、免疫学、肿瘤和蛋白质结构等重点研究方向，而鲍进作为中国科学技术大学的特任研究员，她的研究方向是神经科学，实验室主要的小方向是研究神经系统对光线的感知、对光信号的处理以及自然界中的光信号如何影响生物的生理以及认知。通俗点说，她研究的是光与大脑的互动。

虽然研究对象是大脑，但鲍进走上这条科研路，并非由大脑的某次突发奇想决定，它更像是“命运的安排”。在上初中时，鲍进学得最好的科目是物理，如无意外，考大学时她会选择物理专业。不过，一位高中生物老师改变了她的想法。这位老师学识渊博，课堂上从不照本宣科，讲课内容总是信手拈来，学生们都听得津津有味。这位老师的专业魅力深深感染了鲍进，填写高考志愿时，她看到浙江大学的专业目录上有带有“生物”两个字的专业，便毫不犹豫地画了个圈。

浙江大学作为一所全国重点大学，生物医学工程专业在全国排名数一数二，是浙江大学的热门专业。但这个专业不同于一般的生物专业，它与物理、化学、数学和计算机工程学相结合，与电子仪器的联系尤其密切。

由于医院里的病人做CT、核磁共振等检查后都会产生大量影像资料，人工难以处理，所以20世纪90年代末，生物医学工程专业往计算机读图方向发展出一个分支，以培养开发智能图像处理技术的人才为目标。就这样，“误入”此专业的鲍进沉浸在电子线路、计算机软硬件的学习中，离想象中探索生命奥秘的研究渐行渐远，唯一能聊以自慰之处，大概就是她正在和潜在的“硅基生命”（即人工智能，其被大众视为广义的“硅基生命”）打交道吧！

在编写计算机识图程序时，鲍进认为，让程序在复杂的图像中找出特征性的东西实在太困难了——人类肉眼很容易辨认的肿瘤，在计算机程序里却需要通过一组组复杂代码来识别，还必须经过反复验证，排除错误和障碍。在这个过程中，鲍进对人类的大脑和视觉系统产生了兴趣——人类是如何在一堆蕴含各种信息的图片里快速找出特定信息的？人类的大脑为什么在某些方面比计算机优越？

大学毕业后，鲍进在清华大学物理系攻读硕士，虽然不再接触生物，但是这个问题一直困扰着她。硕士毕业后，她作出重要决定——转入神经科学专业继续深造。

当时，中国的神经科学研究刚刚起步，相关专业不多，鲍进决定出国学习，在德国乔治-奥古斯都-哥廷根大学攻读神经科学方向的博士。虽然她没有生命科学方面的学术背景，但她有极强的学习能力，并不担心自己跟不上学习进度。

可这种自信在她第一次上实验课时，就受到了巨大挑战。

为了对生命现象进行研究，获得有关生物学、医学等方面的新知识，科研工作者会用动物做实验，这是生命科学专业的常态。但对第一次接触动物实验的鲍进来说，这造成了极大的心理障碍。在第一堂实验课上，一人一鼠相互对峙，鲍进在笼子前足足站了30分钟也没能克服恐惧。最后，是她的导师将小鼠取了出来。

第二次走进实验室，小鼠还是那只小鼠，依然会在人类靠近时不断躲避，露出尖利的牙齿。鲍进在笼子前又站了30分钟，但是这一次，她把手伸进了笼子里，触摸到小鼠毛茸茸的背脊，将它拎了出来。

仿佛就在此刻，她真正有了在生命科学求索过程中付出、牺牲、坚持的感受。这门探索生命的科学，建立在生命的奉献之上，人类必须保持对生命的尊重和怜悯，才能获得大自然交予的生命密码。

[二]

虽然选择了神经科学的研究方向，但研究至今，鲍进仍觉得自己对神经科学的奥秘知之甚少。

神经科学是生命科学里比较年轻的一个学科。尽管在很久以前，人类就对大脑产生了研究的兴趣。比如外科医生在治疗时，发现病人大脑的某个部分受到损伤，会引发语言和记忆等方面的障碍，他们据此将人的大脑分出了语言区、动作控制区等区域。但要将大脑真正纳入研究范畴，人类却面临很多难以逾越的困难。人脑的结构层面非常复杂，几百亿神经元组成的神经系统是一个龐大的网络，人脑很难用想象力来建构它自身的复杂性。就像身处三维空间的我们，很难跳出现有维度，去看向更高维度的世界。

举一个例子，我们通常认为那些最聪明的人就是大脑空间活跃度最高的人，假如世界上有种聪明药，吃了以后可以激活大脑里所有空间，是不是意味着我们都能变得聪明无比？

答案是“不确定”。

鲍进告诉我们，人的大脑既“大方”又“吝啬”。“大方”之处在于，它的神经系统有非常大的冗余度，就像城市里的道路，从一个地点到另一个地点，有很多条路线，通常你只要选择一条道路就能到达目的地了。“吝啬”之处在于，大脑可能安排了分时工作机制，不会让所有神经元同时活跃，一起为人类服务。同时，它也不会任由大脑中的其他区域被浪费。例如，当盲人的视觉输入减少后，大脑便会让原本处理视觉信息的区域慢慢接收和处理听觉信息，让盲人拥有越来越敏锐的听觉。

此外，智力的定义也非常复杂，人类目前并不知道聪明的大脑和普通的大脑有什么区别。它不能被简单地归结于形象思维和逻辑思维好不好、学习能力高不高等问题，它需要一个更客观清晰的判断方法。

科学研究首先从能清晰定义的东西开始研究，比如大脑怎么调控呼吸、调控生命的昼夜节律、调控觉醒和睡眠等可以被测量和定义的生理规律。智力和意识是更高层面的东西，它需要人类在积累更多对大脑的认识后，才能获得研究它的钥匙。

所以，一个人聪明与否和他的大脑运用之间的关系到底如何，科学家至今还没有得到明确的答案。但幸运的是，科学研究是一座宝库，蕴含了丰富的宝藏，从不会让虔诚探求的人空手而归。

2019年，鲍进所在的研究团队在国际知名学术期刊上在线发表论文，描述他们取得的重要研究成果——红外视觉。

任何生物的眼睛都不能感知超过700纳米的红外线，它无法在大脑中形成相应的图像。即使是可以分辨红外线的响尾蛇，也仅是因为它有探测周围环境中温度变化的红外线感受器，但经过鲍进所在的团队改造后的小鼠，却能看见红外线。

[三]

有趣的是，这项科研成果的灵感是偶然间得来的。

在科学研究中，一个项目通常从一个假设开始。科学家在观察生活中的现象后产生假设，再从假设出发，设计验证假设的实验。在反复实验的同时，科学家要确保数据在收集分析时的准确性，并根据实验结果，判断假设成立与否：假设被推翻，他们就调整假设，再设计第二个实验;假设成立，他们就继续研究该假设背后的原理和机制。

神经科学里有个研究方法叫“光遗传”——通过光打开大脑神经元上，通过外源基因表达的离子通道，来激活或者抑制神经元，诱发行为。实验中通常使用蓝光，但它穿透性弱，进入不了大脑的深层，想要研究深部脑区时，只能通过光纤将光导入，但这样做容易损伤大脑。鲍进所在团队中的薛天教授设想，红外线比蓝光穿透性强，是否可以将红外线在大脑中转换成蓝光，再去激活大脑中的神经元？

他们用一种可以把红外线转换成蓝光的纳米材料做实验，但红外线转换蓝光的转换效率和蓝光激发细胞的激发效率都不够高，导致实验不成功。为了测量转换效率，他们决定在眼睛中做实验，因为眼睛中的感光细胞对光特别敏感。当他们把纳米材料打入眼睛中时，突然有了一个新想法：如果红外线在眼睛中被转换为蓝光，生物是否可以感受到红外线，拥有红外视觉？

他们设计了各种实验。比如，让小鼠在一只暗箱和一只被红外线“照亮”的箱子间进行选择。普通小鼠对两只箱子没有任何偏好，但经过改造的小鼠明显倾向于暗箱，因为它有躲避光线的本能;他们还将小鼠放入水迷宫中。水迷宫末端有两个通道，每个通道的尽头有一块屏幕，一个小小的逃生平台会随机放在两个通道的屏幕下方。逃生平台上方的屏幕会显示绿色的三角形图案，没有逃生平台的屏幕会显示绿色的圆形图案。经过几轮训练，小鼠理解了逃生平台与三角形图案的关联，进入水迷宫时，它会立刻游向逃生平台。当所有小鼠都如此后，两个屏幕上的图案分别被换成了红外线照出的三角形和圆形。此时，只有注射了纳米材料的小鼠能立刻游向三角形所在的通道，找到逃生平台，成功率接近100%;而普通小鼠因为看不到图像，没有信息引导它们选择通道，只能随机进行尝试，成功率在50%左右。

从开始研究到论文发表，红外视觉的研究前后用了5年时间。它的前景绝不止“看见红外线”那么简单——它可以用于人类某些视觉缺陷疾病的治疗，例如红色色盲。

“這是科学研究的魅力！当自然界中的现象以现有的知识不能理解时，天生的好奇心会驱使你去探索。在探索未知的过程中，你的收获也是未知的，因为它意味着无限的可能！”

鲍进的话让我联想起波兰诗人维斯拉瓦·辛波斯卡的一段演讲：“‘我不知道这词汇虽小，却张着强有力的翅膀飞翔。它扩大我们的生活领域，使之涵盖我们内在的心灵空间，也涵盖我们渺小地球悬浮其间的广袤宇宙。”

从过去、现在到未来，这份“我不知道”的探索精神将永远伴随人类开拓、进步和突破的脚步！