[与果蝇共舞]郭爱克院士(1)(2)

3 CommentsThursday • May 29, 2008 • by dreamfree 分享到微博：

第一次知道郭爱克院士记得是在大一时看到介绍有关郭爱克院士2001年发表在科学杂志上的关于果蝇行为抉择的研究，由于郭爱克的名字感觉很好听，就一直记住了这个名字，嘿嘿。但一直没详细了解他的研究内容，只知道大致情况，这篇在新浪博客上看到的一篇采访性质的文章写的很不错，易懂而生动。

(1)美丽的科研，魅力的师者       
                          
这是一次期待己久的采访，对象是中国科学院院士，中科院神经科学研究所郭爱克研究员。

郭老师1965年毕业于莫斯科大学，专业是生物物理学。1979年又到德国慕尼黑大学动物研究所取得自然科学博士学位，这是二战以后来自中国内地的科学工作者在联邦德国获得的第一个博士学位。归国之后，郭老师在中科院生物物理所建立了中国首个以果蝇视觉操作式条件化为评价范式的学习记忆实验室。1999年，郭老师应邀到刚成立的上海神经所建立果蝇学习与记忆实验室，直至现在。

郭老师的实验室在神经所三楼的西面。走进实验室，扑鼻而来的是玉米粉和大豆粉发酵后的淡淡酸味，熟悉的人马上就会明白，这里养了很多果蝇。实验室空间不大，摆满了仪器和药品，再加上窄窄的楼层间距，让人觉得有点局促和逼仄。

而正是这样一个实验室，却在神经科学领域，尤其是果蝇的学习与记忆领域，从01年至今发表了一系列极其优秀的科学论文。2007年6月29日，国际权威学术期刊《科学》第三次发表了神经科学研究所郭爱克院士领导的学习与记忆研究组论文，即关于多巴胺和蘑菇体环路调控果蝇基于价值的抉择的最新研究成果。2007年7月27日国际权威学术期刊《细胞》在《前沿》（Leading Edge）栏目的《神经生物学选择》(Neurobiology Select) 中头条地介绍了该篇论文。

郭老师由此也成为唯一一位全部工作皆在中国本土完成而三登《科学》杂志的中国科学家。

执着兴趣，创新科研

雨后的天气不再那么闷热，清风吹拂着窗外的树叶，眼前的郭老师一脸平和，向我们介绍了自己的科研历程。

郭老师的研究兴趣是神经科学的记忆与认知领域，也是以果蝇为模式生物。我们的问题便从这小如蚊蚋的果蝇展开，郭老师指了指电脑上的照片，娓娓说道，果蝇是一种可以实现梦幻般的遗传操作模式生物。它优点众多，比如基因组清晰，遗传背景清晰，行为简单丰富，大脑简约但不简单。

研究果蝇的科学家很多，有的已经获得了诺贝尔奖。早期人们发现家蝇有着非常灵敏的视觉，可以快速的发现和拦截目标，这个已经应用于仿生学。果蝇要比家蝇小很多。它有着一些简单的学习和记忆能力，但是国外的实验室在研究果蝇的学习和记忆时，大多是研究果蝇的嗅觉的学习和记忆。从未想过把果蝇放到一个视觉两难的境地，而郭老师实验室却是第一次“吃了这样的螃蟹”。这项工作的研究结果，已经于2001年在《科学》杂志上做过详细报道。研究表明果蝇还有比学习记忆更高的认知行为，就是抉择。果蝇可以在环境变化时作出新的抉择，趋利避害，而抉择也不再被认为是灵长类所特有的生命特征。这是我们中国人首先发现的，并且实验的研究手段也是我们创新的，实验设计更是“四两拨千斤”。这也充分了说明了中国人的智慧与才华。

这就是郭老师第一次在《科学》上发表的论文主要内容，同郭老师合作的是一位由计算机智能和自动化领域转向生物研究的年轻人。

1998年，唐世明在北京航空航天大学拿到博士学位后，选择到郭老师的实验室从事博士后研究。他是工科出生，从事计算机信息与人工智能研究。而郭老师的实验室一直是研究生命科学领域的脑功能可塑性，研究手段则是通过果蝇在“飞行控制模拟器”中的“行为举止”来探知果蝇的学习与记忆。

贝弗里奇曾说过：“青年的敏感和独创精神，一经与成熟科学家丰富的知识和经验相结合，就能相得益彰。”这句话在郭老师的实验室得到很好的应证。

郭老师与唐世明“磨合”后，决定利用信息科学的研究思路，设计了一种全新的研究方式。他们将颜色和形状两种视觉信息，在一个约1L大小的“飞行器”中同时呈递给果蝇，果蝇是悬挂在“飞行器”中的悬丝上，它的正前方是模拟器壁上不断交替变化着的颜色与形状信息，它必须学习并记住这其中的变化规律并作出正确的反应，从而在随后的测试中不致于受到惩罚。

研究发现，果蝇是可以同时掌握并识别以上两种信息的。而更有意思的是，当这两种信息的线索相互矛盾时，正常的果蝇会根据线索的强度对比而判断出利弊，作出对自己有利的选择。而基因突变或化学方法使蘑菇体缺损的果蝇，则会失去这种判断，不能作出有利的选择。

这也就是说动物也是有智慧的，除了学习，记忆外，还能作出抉择。即便是低等的昆虫类的果蝇，也初步具有了认知型能力。

思维是人脑对客观现实的间接的、概括的反映，是认识的最高级形式。在谈到这项研究的意义，以及对人类的思维认知研究会有多大启发时，郭老师笑着说道：

“对人有什么启发，这也是我们很关心的一个问题。一方面，果蝇怎么作出抉择这个问题自身就很重要；另一方面，我们更希望对人类的抉择能有比较和借鉴的意义。人类的抉择也需要多巴胺参与，需要投射到一个和多个特殊执行的脑区，相当于果蝇的蘑菇体。所以，这就跟人类有个比较，果蝇的抉择相当于做了一个简约版的人类抉择系统。当然人类非常复杂，但最基本的环路果蝇还是可以涵盖的，对将来做智能系统可能有帮助，我们会继续深入做下去。”

2001年，唐世明在郭老师实验室完成博士后研究后，又到北京生物物理所继续从事这方面的研究，颇有建树。

花开两朵，各表一枝，就在唐世明不断巩固战果的同时，2005年,《科学》杂志再次报道郭爱克老师和郭建增博士关于记忆跨模态方面的研究论文。

郭老师事后回忆这篇文章的具体工作时，这样写道：

“这是果蝇认知世界里的又一个十分有趣的故事。它告诉我们，在一定的时空条件下，果蝇的视觉和嗅觉两个模态的学习记忆之间，可以通过协同机制达到非线性的放大，而不是对两个模态的各自的学习记忆作简单的线性叠加。这篇论文得到了两位匿名审稿人的一致好评。一位强调说，‘脑内信息处理的跨模态的相互作用，特别是学习/记忆的跨模态相互作用是神经科学的热点问题，这篇论文将会引起广泛读者的兴趣……这些发现新颖而有趣,实验设计完成得巧妙，简洁而逻辑清晰’;另一位审稿人称，‘实验完成得彻底，我甚至感觉到它超出了我对该项研究所能预期的’。

(2)潜心研究，拓展战果

科学的思想就好比火花,一颗会点燃另一颗。在果蝇的学习与认知领域，郭老师的实验室已经开辟了一条有前景的崎岖山路。

2007年5月，《神经科学杂志》报道了郭老师实验室彭岳清等人的研究成果，果蝇利用先期学习的经验可以显著提高其随后的视觉特征抽提能力。研究证明，即使是象果蝇一样较为简约的模式动物，也可以利用先期学习的经验来提高某种视觉认知的推广和泛化能力。

2007年6月29日，《科学》杂志第三次发表了郭老师的论文。这项工作大约用了5年多的时间。也是对2001年第一篇在《科学》上发表的文章的进一步深入研究。5年多的实验研究和理论思考，聚焦在果蝇面临冲突环境时的价值抉择的神经环路机制上。研究证明，果蝇中央脑的蘑菇体结构和多巴胺系统共同掌控果蝇的基于价值的抉择。没有二者共同参与的抉择，是简单的“犹豫不决”的线性抉择过程，而二者的协同运作才使两难抉择成为“当机立断”的非线性抉择。

能够做出这么多一系列的优秀研究成果，除了对科研的热情之外，还需要对前科研前瞻的把握，那郭老师对科研的敏锐视角源于何处呢？

“我们这里是比较交叉的，运用到多方面的知识。很感谢我的学生们，他们很投入，充分发挥想像力，这很重要。]此外要与别人多多交流。我就经常跟同学们，蒲先生（注：蒲慕明，神经科学研究所所长）还有其他导师在一起讨论问题，启发思考。一个好的工作要发表，各方面要不停思考。也很感谢审稿人，他们对我们的工作提出了很多很好的建议，希望我们能更上一层楼。审稿是非常严格的，需要做很多工作，务必准确，完美。我们的特点就是课题很重要，设计很巧妙，故事很有趣，所以国外的编辑对我们的工作很感兴趣也很关注。”

在谈到如何做好科学时，郭老师说道，“好的科研，科研方向要有意义，选题重大。比如抉择问题是神经认知科学方面一个很重要的问题。其次，思路要清晰。大的方向有了，接下来就是怎么做，要有巧妙的设计，清晰的逻缉，把机制捞出来。作为科研工作者，还要有耐心，沉的住气。比如说学生不能看别人毕业走了就着急，要乐在其中，不受其他因素的干扰。”说到这，郭老师向我们介绍了他们2007年6月发表在《科学》上的第三篇论文一些情况。

该论文的第一作者是04级博士生张柯同学。郭老师说做科学就像交朋友，不是老师逼着做，而是自己想做，让停都停不下来。而张柯正是这样的一个年轻人。

以果蝇作为模式生物来研究学习和记忆工作量很大。在“飞行器模拟控制”实验中，一个果蝇的训练检测的操作平均24分钟，总共就有数千只果蝇要做，张柯说这是“Tons of work”。

实验的不可确定性以及连续性是很折磨人的。最累的是头天晚上排队粘果蝇，将一个精细的铁钩子胶在果蝇的头与背的连接处，这是个细致慢工活，张柯经常要忙到凌晨一两点。在观察蘑菇体和多巴胺系统的解剖位置的组织化学实验过程中，为了能拍摄到最满意的图片，他连续不断的做了三个月。

这篇论文从投出到正式接收花了半年多的时间。但是论文在投稿之前的写作改修和补实验大约花费了两年时间。在这漫长而又短暂时间里，张柯始终没有松懈过。今年大年初二，张柯便静静的离开了家（他家在常州），回到实验室继续补充自己的实验数据。当然，这一切的动力都是源自对科学的兴趣。灵感的不断验证，科学的不断探索，何尝不是一个愉悦的享受？居里夫人说过：“科学的探讨与研究，其本身就含有至美，其本身给人的愉快就是报酬；所以我在我的工作里面寻得了快乐”。

在谈到以后的打算时，张柯说将继续在郭老师这里做一些关于蘑菇体和多巴胺系统在认知过程中的相互作用等具体神经机制方面的研究。至于以后会边走边看，我们相信他的选择，期待着他能够做出更出色的成绩。

后记

在采访中我们发现，郭老师的实验室是一个凝聚力非常强的集体。实验室氛围很好，学生们在实验中互相帮助，相互建议，对各自的工作和思路都很有帮助。比如张柯和彭岳清是双室友（寝室与实验室），晚上回去睡觉的时候两人还经常一起讨论和争论实验设计、计算模型等问题。

师生之间则是真挚与坦诚的友情，郭老师和蔼可亲，平易近人，笑着说道，

“就我自己来说，是跟学生交朋友。他们跟我的孩子几乎同龄，从感情上，我很喜欢，觉得他们很可爱，很少训斥他们，更有一种亲情在里面。大家也无高低贵贱之分，平等的讨论问题，创造一个和谐的环境，不要让学生见到导师就感到压抑。我的准则就是大家互动，多讨论。”

从郭老师谦逊的话语和亲切的眼神中，我们感觉到，在今天的科学中，只有集体的努力才会有大的成就。而一个深思熟虑的导师，总是力求在集体中创造一种共同热爱科学和渴求知识的气氛，使智力兴趣成为一些线索，以其真挚的、复杂的关系把一个个的学生连接在一起。

一滴水只有放进大海里才不会干涸，一个人也只有当他把自己和集体事业融合在一起的时候才能最有力量。同理，一个好的成长环境对于一个人的发展的影响也是显然的。

郭老师从初中高中都是在非常好的学校，老师都很优秀。大学时在苏联莫斯科大学接受了严格的训练。文革后到德国学习，在一个更为严谨的环境下学习。“我的老师和朋友是一为极出色的物理学和生物控制论专家，对我就像是“单兵教练”，经常一对一的讨论问题，一聊就是几个小时。我觉得每个人先天的条件都差不多，后天的环境对成功非常重要。中国人讲‘一方水土养一方人’，比如我想只有乌镇那样的环境才能哺育出茅盾和他的《子夜》《林家铺子》。神经所就是一个很好的科学文化环境，在这里大家积极向上，充满着激情。”

我们一直试图搜寻郭老师在做出这么多优秀工作后的密钥，然而时间仓促，一个小时的谈话很快结束。郭老师始终平和谦逊的向我们介绍他们踏踏实实做的工作，那就是为了自己的兴趣而勤勉着。另外郭老师的爱好之广也着实出乎我们意料。

“我所学的知识有很多交叉，从很多社会科学之间也都有些借鉴。我一直认为艺术文化很重要，它们和科学并不是那么遥远。我平时很喜欢看各样的画，可以悟出很多东西，我希望我的学生也能追求这些东西。”说完，郭老兴致盎然的拿出一些他非常喜欢的荷兰的Escher的绘画作品，并细心的对我们给予讲解，以及他如何从中悟到Marr的“二维半”视觉计算理论的。

是的，成功的科学家往往是兴趣广泛的人，长时间钻研一个狭窄的领域则易使人愚钝，而多样化会使人的观点新鲜。对于科学与艺术来说，科学发展了艺术，艺术同样可以促进科学的繁荣，“文艺复兴”所推动的现代科学的最终奠定，正如梁启超所说的那样：“美术所以能产生科学，全从‘真美合一’的观念产生出来。他们觉得真即是美，又觉得真才是美，所以求美，先从求真入手。”对于真的追求，科学与艺术最终是殊途同归的。

优秀的科研就如名画，那是美丽的。而优秀的科学家同艺术大师一样，那是永恒魅力的。

祝愿郭老在他所热爱的科学事业上，开创新的天地，再创辉煌，越走越好！(文章来源：与之非新浪博客)

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