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马原野以及他的科研生活

来源:科学松鼠会
摘要:本期的采访者小蓟,以下是采访实录是从猴脑到人脑小蓟:看您的研究经历,开始时研究灵长类动物,然后就研究了人的大脑,怎么会从猴子到人。马原野:我开始对脑的研究就是用猴子作为实验动物的。你可以想象,这个只能用猴子来做,由于伦理学上的原因,你不可能把一个电极安到人的脑里面去。小蓟:那时候,就直接是把电极安......

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本期的采访者小蓟,以下是采访实录

是从猴脑到人脑

小蓟:看您的研究经历,开始时研究灵长类动物,然后就研究了人的大脑,怎么会从猴子到人?

马原野:我开始对脑的研究就是用猴子作为实验动物的。最初是用电生理的方法,把一个电极埋到脑里去,然后观察与行为对应的脑电的变化。你可以想象,这个只能用猴子来做,由于伦理学上的原因,你不可能把一个电极安到人的脑里面去。

小蓟:那时候,就直接是把电极安到猴子脑子里吗?

马原野:对,安到脑里面去——用很细很细的一个电极,比如说,只有千分之一个毫米。到现在为止这还是一个很主要的方法。这个方法的好处在于,它可以比较精确地记录一个神经细胞的电活动,进而可以分析神经细胞的变化和猴子的行为之间的关系。但不管这个电极怎么小怎么细,在人类中是不允许的。

小蓟:需要把猴子的颅骨打开,电极插进去?

马原野:在手术室里,无菌条件下,钻很小很小的一个洞,把电极埋进去。

小蓟:从什么时候开始这样利用猴子来研究大脑呢?

马原野:上世纪30年代吧。到了上世纪后期,由于有了fMRI(功能性核磁共振成像技术),利用成像技术,在无创的条件下,就可以清楚看到大脑中的血流分布情况。它最关键的是对大脑没什么伤害,这样,就可以用来直接研究人类大脑的一些活动,比如,决择呀,注意,学习记忆等等。比如,在神经经济学中,可以用脑成像技术来研究经济抉择过程,探讨在股票市场,股民怎样决定什么时候该买进什么时候该抛出。还有,比如说,一个广告,究竟有没有效果,可以观察它有没有引起某些相应脑区的变化来判别等等。

小蓟:广告?

马原野:当然,这就产生了新的一门科学——神经营销学。可口可乐和百事可乐,不贴牌子的话,有的人甚至觉得百事可乐的味道要好一些,但因为品牌效应,消费者在购买时,可能还是会更倾向选择可口可乐,因为它的牌子比百事可乐要更有名。有人就把fMRI引入过这类试验,观察品牌究竟对哪块大脑区域产生影响。甚至想象,在大脑的哪个区域发现脑内有一个购物按钮,设法去控制这个按钮,就可以控制人们的购物行为。

小蓟:您进入这个领域时,刚好是fMRI兴起的时候,对吧?

马原野:对。MRI 有两种。通过MRI,也就是普通的核磁共振,我们可以看到脑的结构;但fMRI,前面加了个小f,也就是functional——脑的功能成像。利用fMRI,当脑血流量比较多的时候,那里就有比较强的信号。当我们观察到大脑某个区域血流量增加的时候,我们就认为,那里的脑区比较活跃。

出现fMRI之后,人类就可以直接研究人的大脑了,这是很大的进步。我们可以研究更多的东西了。因为,猴子和人是不一样的,比如,我们有语言,我们有审美,我们可以做某些决策,我们甚至会说谎……

小蓟:人的大脑和猴子大脑的区别,有没有人在研究呢?

马原野:喔,那可多了。比如咱们刚才说到的——审美,猴子有审美吗?

小蓟:它们真的没有审美吗?

马原野:严格意义上的审美,猴子应该是没有的。当然,它在择偶时,选中哪个猴子,你也可以说,这也是一种审美。但更深一层的,比如,我们欣赏一幅名画,一段音乐,甚至为之陶醉——这些,动物是没有的。

小蓟:可是,经常有人说动物听音乐会怎么怎么样呀?

马原野:那个是一种“莫扎特效应”。猴子听音乐,也经常出现莫扎特效应——这些音乐会干扰,吸引猴子的一些注意力,使猴子暂时性地改变一些行为,但究竟是什么原因,目前还不知道。但并不等于说,猴子就会欣赏音乐了。

小蓟:莫扎特效应,是专指听莫扎特音乐吗?

马原野:是的,具体说是他的钢琴协奏曲 K448。

强悍的老太太:Goldman-Rakic

小蓟:谈谈您在耶鲁做博士后时的导师Goldman-Rakic吧。

马原野:哦,Goldman-Rakic,那个老太太是个白俄。你知道白俄吗?

小蓟:白俄贵族?

马原野:对,她的家庭是俄国的贵族,父辈十月革命后逃到了美国去,她也是个犹太人。你刚才叫的那一长串,只是她的姓。不过,这两个姓,都不是他自己的。

老太太的姓很有意思,第一个姓Goldman是她前夫的姓,后来离婚了,又嫁了个南斯拉夫人Rakic。但圈子里大家都知道她是Goldman,改起来太麻烦,她就索性保留Goldman,和新丈夫的姓放在一块儿,出了这么一个姓。

小蓟:哈,她还真厉害。您是怎么到了她的实验室呢?

马原野:因为我当时对脑高级功能感兴趣,当时上海脑所的所长张香桐先生建议我去的。

小蓟:陈冲的外公?

马原野:不是,陈冲的外公也姓张,叫张昌绍, 是位著名的药理学家。张香桐先生是国内当时最有名的神经科学家,前年去世。张先生自己就是耶鲁大学毕业的。

再说Goldman-Rakic 老太太,她的家庭是十月革命后逃到美国来的,非常不喜欢社会主义、共产主义。从前实验室有只猴子,特别不听话,老是捣乱,她就给猴子起名叫托洛斯基——那是斯大林的政敌,但也是个不折不扣的社会主义者,或者叫共产主义者。

后来,我要回国的时候,要带一台当时美国能买到的差不多是最好的计算机,Mac II回国,她坚决反对。之所以反对是因为她很担心,觉得我把那台计算机带回来会用于军事上的目的。后来,我特意请来了另一位耶鲁大学的教授给我做担保,保证这台计算机,只会用作科学研究之用,绝对不会从事军事上的用途,她才勉强放行。当然,在别的事情上,老太太人都很好。

总的来说,我跟老太太在科学问题上是非常愉快,但一旦碰到政治之类的事情,就会有冲突了。Goldman当时特别看不惯我把自己的钱省下来,买些设备带回来——我们那一代的很多中国科学家都是这么做的。Goldman对此特别特别不理解,甚至反对。她曾经特别愤怒地跟我说,“我给你钱,是为了让你在美国生活得好,但我没有责任去支援一个共产国家。”当时,我就非常不高兴,跟她说,“你给我工资,是因为我为你工作,至于我怎么用这笔钱,那是我的自由。”

2002年,老太太第一次来到中国访问。在上海,她第一次被震撼了,因为,这不是她心目中的社会主义的中国。要知道,那时候,美国的录像店里,中国影片中的中国人,都是留着小辫,皮包骨头,躺在床上吸鸦片的形象。

当时接待她的是李葆明教授,这么说吧,就是姬十三的导师。

2003年,老太太装修房间,为了去附近的花店买一束花装饰厨房,穿过马路时被一辆大车撞倒了,就这样去世了。

她去世之后,所有美国神经科学界对她的评价是:她是自己那一代中最杰出的神经科学家之一。

小蓟:Goldman是研究大脑前额叶的牛人?

马原野:没错,我当时之所以去她实验室,就是因为我们也在研究前额叶。她当时基本上是前额叶研究领域的NO.1。她还是美国神经科学会的主席,能坐上那个位置的女性,相当罕见。

小蓟:她是个很强硬(tough)的人吗?

马原野:那是,相当的。

脑科学与神经

小蓟:您的介绍中提到,曾经研究过“大脑前额叶”,那是个什么东西,要搞清楚大脑的每一个地方要做什么的吗?

马原野:嗯,我们的研究主要集中在大脑的前额叶。

小蓟:前额叶?

马原野:没错,前额叶有个非常俗气的名字叫做“脑中之脑”。就是说,这是大脑中发育最高级的一块皮层。只有在人身上,这块脑区的发育才达到了最高的程度。举个例子,猴子脑中前额叶的表面积不到整个大脑皮层的10%;猩猩脑中,20%;只有在人脑中,超过了30%。

在各个大脑皮层中,前额叶皮层的发育和成熟是最晚的,比如说,人的大脑前额叶大约要到25岁才能发育成熟,前额叶皮层也是最快开始衰老的,过了40岁,这块皮层就开始衰老了。

长期以来,我们都不知道这块皮层有什么功能,一直到19世纪。那时美国正在修铁路,当时的一种炸石开山方式是用钢钎把炸药捅到一个石头中的炮眼里,用雷管起爆,达到炸石的目的。有个小包工头,不知怎的,炸药捅的时候就炸了,钢钎跳起来穿透了他的脑袋,破坏了他的部分大脑皮层。当时,那个人甚至还可以自己走到医院,医生做手术把钢钎拔出来。痊愈后,那个人表面上看没有任何障碍,运动、感觉系统都良好。但后来,他的熟人就发现,这个人性格上发生了很大的变化。他变得很粗俗,一出口脏话,而且行为举止也非常没有教养。那人叫Roger,他的同伴们就说:“再也不是从前的Roger了。”

Roger就是伤到了大脑前额叶。人类有很多本能行为,大脑前额叶就是负责抑制这些本能行为,让人在适当的时候做适当的事情。给你举个好玩的例子,这么说吧,如果在大脑前额叶受损的人面前放一杯水,他就一定会喝,哪怕你告诉他:“这杯水不是你的,不要喝。”他们的反应都是对环境的简单反应。他的逻辑是这样的:因为有人放了水,水是用来喝的,所以,他就喝了。

我们的研究就是集中在前额叶这块皮层上,这块皮层确实很复杂,很难用一句两句话讲清楚。

关于天才和精神性疾病

小蓟:您还属于一个认知障碍研究小组,主要在研究什么呢?

马原野:认知是个非常复杂的过程,关系着我们的学习、记忆、注意力、抉择等等;而认知会出现障碍,比如注意障碍,学习记忆障碍,还有成瘾等等都是认知方面出了问题。

小蓟:成瘾也算认知障碍?

马原野:是认知障碍呀。比如吸毒这种行为,其实是个抉择的问题,当事人面临的是个决择的过程——要家庭、正常的生活,还是毒品?

马:我们还会研究老年性痴呆,精神分裂症、抑郁症等疾病的脑机制。

小蓟:精神分裂症,好像是很奇怪的一种病?

马原野:是很奇怪,目前看来,精神分裂症患者的智力一点都不低,甚至,比正常人说不定还高,比如纳什等等。

其实不单是納什,很多精神疾病患者都很有天分。比如像雨人电影中的主人翁——自闭症患者对数字会特别敏感。我见过我国心理学家测试国内患自闭症的小孩,给他们两个装瓜子的盘子,一盘只比另一盘少几颗,几千颗里少四五颗,他们就每次都能指出哪个盘子里的瓜子多。

究竟天才和精神病患者之间有什么区别和联系,目前还不清楚,这些都是我们的研究范畴。

另外,在正常人中,我们很多的行为和我们大脑发育的情况有密切联系,比如左撇子,可能他们的右脑是优势半球,但对左撇子,我们要特别注意,不要去强迫他们使用右手,若在孩儿时代,被家长强迫用右手之后,会出现比如口吃,口头语言困难之类的情况,甚至更厉害的,会导致免疫系统出问题,患上比如红斑狼疮之类的。另外一个有趣的现象就是,很多左撇子的小孩,对数字都比较敏感,当然,这个具体原因,目前也还不清楚。

小蓟:最后一个小问题,说了这么多左撇子好,您是不是左撇子呢?

马原野:不是,我绝对的右撇子,左手连缚鸡之力都没有。不过,我对数学物理这类的功课倒是也很在行!

作者: 2013-9-23
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