潜心狨猴研究 揭示人脑奥秘——记浙江大学医学院系统神经与认知科学研究所研究员高利霞

谢更好

高利霞

人脑是一个复杂的系统。人类思维的物质载体是大脑，组成人脑的神经细胞数量上千亿，与银河系星体总数相当，而正是这宛若银河系繁星的细胞构成的神经环路和网络，使人类得以产生感觉、形成意识，拥有思维、记忆和认知能力，也让浙江大学医学院系统神经与认知科学研究所研究员高利霞对这一领域研究向往、迷恋。

那如何对大脑进行探究呢？实验动物便是其研究入手的主要途径。在高利霞的介绍下，记者了解到：在人类的起源中，非人灵长类动物和人类不论是亲缘关系、基因的接近程度抑或是大脑的结构功能都十分接近，因此更适合作为探究人类语言发育、社交、情感、高级认知功能的研究对象。经过多年对非人灵长类动物进行了解、观察和比较，高利霞及其团队决定选用狨猴这一体型小、繁育快、听觉敏感、叫声多样、情感丰富的小型热带猴展开研究工作。

为了更好地揭开人脑的秘密，他们主要采用行为学、电生理学以及现代分子生物学等方法来研究狨猴的叫声发育、叫声交流，清醒狨猴听觉编码以及自闭症、抑郁症狨猴模型的构建和脑神经环路机制，在中国开创了针对狨猴类比于人类脑研究的新的科学尝试。

科研源于兴趣，紧跟前沿趋势

诺贝尔生理学或医学奖得主杰拉德·埃德尔曼曾说过：“脑科学的知识将奠定即将到来的新时代之基础。凭这些知识我们可医治大量疾病，建造模仿脑功能的新机器，而且更深入地理解我们自己的本质以及引导我们如何认识世界。”因此，对于脑科学的研究，符合当今世界的大势所趋。

为了探索大脑的奥秘，美国、欧洲和日本等国家和地区都先后提出了“脑计划”，中国也提出了最初的“一机两翼”为核心的脑计划。在2021年两会审查的“十四五”规划中，“脑科学与类脑研究”被列为七大“科技前沿领域攻关”项目之一，这是继“十三五”规划后，脑科学再次被列为重大科技项目。

“中国脑计划的最大特色之一就是以非人灵长类为研究主体，因为我们国家有丰富的猴类资源，这样一个国家层面的支持计划有可能让我国的脑科学研究在国际上处于领跑地位。”高利霞说。

本科就读于内蒙古大学生命科学学院、研究生毕业于华东师范大学生命科学学院，高利霞一步步在生命科学探索中，感受着科学研究的乐趣。博士时期，她师从蒲慕明教授，在中国科学院神经所展开了对神经科学的深度科研探索，这一时期，高利霞受到了神经科学领域一批良师的指导，亲身经历了他们对科研不断探索求真的过程，对她的整个科学生涯产生了深刻的影响。

在此之后，高利霞相继在香港理工大学贺菊芳教授实验室和美国约翰霍普金斯大学王小勤教授实验室做博士后研究。特别是在约翰斯·霍普金斯大学开展科研工作的5年间，她对狨猴的听觉以及叫声发育和叫声交流产生了极大的兴趣，并将此作为她的主要研究领域。

在这一阶段，高利霞和研究团队经过潜心研究，自创了在清醒狨猴的皮层进行细胞内记录的方法，并首次在清醒狨猴的听皮层实现了同步记录神经元接受输入和产生输出的电活动，揭示了清醒大脑的神经元对感觉刺激进行编码的神经机制。通过这一研究成果，高利霞还顺利获得了约翰霍普金斯大学医学院颁发的“青年研究者杰出贡献奖YOUNG investigator reward”奖。

立足中国国情，回国致力科研

近些年来，中国对脑科学的研究如火如荼，顺应这一趋势，高利霞也希望能够运用自己在脑科学领域的研究经验，早日回国效力。“其实，从最开始出国的时候，我就明确了自己的目标：去国外学习几年然后回国。同时，也希望自己的孩子能够尽早接受中国教育。”高利霞说。

2017年年初，高利霞以人才引进形式受聘于浙江大学医学院系统神经与认知科学研究所（ZIINT）。ZIINT在王菁(Anna Wang Roe)所长的带领下，从全脑尺度、神经环路到细胞分子水平等不同层面来研究非人灵长类和人类大脑。研究所建立了多种世界领先的研究方法和实验平台，例如超高磁场核磁共振成像平台（7T）、双光子成像平台等。在研究方向与研究领域十分契合的情况下，高利霞决心在这一平台继续施展自己的科研抱负。

回国初期，高利霞度过的最艰难时期就是实验室的建立时期。但历经坎坷之后，她最终还是带领团队圆满搭建了功能齐全的实验设备与实验装置。“目前美国能做的实验在我们的实验室中也都能完成。”她说。

经过多年的探索，现如今，高利霞所在的实验室已经形成了以小型非人灵长类动物狨猴为研究对象的研究特色。她介绍到：“狨猴除了大脑结构和功能与人类非常接近以外，它叫声丰富，个体之间存在一呼一应的叫声交流行为，与人类的语言对话有相似之处。由于叫声丰富，且依赖叫声进行社交和情感表达，狨猴因此也具有非常发达的听觉。另外，狨猴的听皮层表面光滑、褶皱少，非常适合做电生理和光学成像研究。”

而想要对狨猴进行研究，需要克服的困难有很多，狨猴的实验个体来源便是其中一个。目前，高利霞所在的浙江大学医学院系统神经与认知科学研究所拥有狨猴的饲养和繁育许可。刚开始建立实验室时，高利霞团队遇到的最大难题是第一个狨猴妈妈生完宝宝后不会自己哺育小狨猴。针对这样的情况，他们通过细心观察，建立了人工喂养新生狨猴的方法，让刚出生的小狨猴住在婴儿保育箱，每隔2小时给小猴宝宝喂奶，最终建立了整套新生狨猴喂养方案，通过这种方法他们喂活了10多只小狨猴。与动物的亲密接触，也为他们研究新生狨猴的叫声发育、叫声交流等奠定了很好的基础。而高利霞所在的实验室就是利用狨猴的这些优势来研究动物在意识清醒状态下，对同类叫声、语音和音乐等复杂声的神经编码机制。

多年来，他们利用发育期的狨猴来研究狨猴叫声的发育，叫声使用和叫声交流及其神经机制，而这也是高利霞研究团队工作别具特色的地方。目前，在国内能做这样研究的机构屈指可数。

实验用狨猴

坚定科研方向，不断锤炼探索

科研是一段摸着石头过河，探索未知的过程。对于研究者来说，在这一过程中不仅要有大胆的假设，而且要能通过精巧的实验来验证假设，这个过程非常有趣。在探索未知、打破未知的过程中，高利霞对于研究领域的热情也愈加炙热。

回国之后，高利霞在研究中不断锤炼，并参与了国家自然科学基金重大研究计划“情感与记忆的神经环路基础”项目。在这一项目中，她开始在“基于病毒介导基因编辑的孤独症非人灵长类模型建立及神经环路研究”方向中展开了一系列探索。

自闭症是一种与神经发育相关的疾病，近些年来，科学家对自闭症的研究如火如荼，但是目前还没有更可靠的治疗方法。与大小鼠等常用模式动物相比，非人灵长类与人类有更接近的亲缘关系，在猴上实验成功的药物和诊疗方法更可能应用于人类疾病的治疗。在这一方向上，高利霞和中国科学院神经所仇子龙研究员合作，利用基因编辑的新方法尝试可以快速批量建模的方法，通过科研探索，建立孤独症非人灵长类模型，以服务于孤独症患者的治疗。

科研之外，高利霞将很大的心血花费在脑科学领域科研人才的培养上。在她看来，对于学生的培养，首先要激发学生对科学研究的兴趣和热情，培养他们科学的思维；其次，还要培养学生们耐得住寂寞、抗压、抗挫折的能力，让他们在不断失败中总结出成功的经验，在科研道路上不断前行下去。

法国思想家帕斯卡尔曾说：“人是一根会思考的芦苇”。不仅仅是思维，我们的视觉、听觉和注意力等时时刻刻都在受着大脑的控制。在脑科学领域，还有很多的问题值得高利霞团队深究。