作者:胡珉琦 来源:中国科学报 发布时间:2015/5/8 9:22:21
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北大教授沈政:执着半世纪,心愿尚未了

 

■ 本报记者 胡珉琦

从1957年考入北京大学生物系人体及动物生理学专业算起,北大生理心理学教授沈政与脑功能研究已经结下了50多年的不解之缘,至今仍在为之努力工作着。

朦胧的专业兴趣

1936年,沈政出生在一个小职员的家庭中。7岁时,他住在长白山脚下的抚松县城,当时流行伤寒病,几乎每个家庭都失去了亲人。沈政的爷爷和哥哥在几日内相继离去,奶奶也因此哭瞎了双眼。战乱中又与家人离散,只得跟着奶奶相依为命度过了3年。这些经历给沈政的内心留下了不小的创伤,他也因此立志,长大一定要当一名医生。

沈政说,在中学期间,就形成了自己朦胧的专业兴趣。“苏联生理学家巴甫洛夫的高级神经活动学说给我植入了一种新的生命价值观。”

1956年秋天,沈政在当时的《人民日报》上看到了一则短讯:我国第一座高级神经活动实验馆在北京大学建成(现称生物实验西馆)。这也是引导沈政考入北京大学生物系人体及动物生理学专业的一次契机。

六年的北大生活,极大地扩展了他的眼界和思路。考入中国科学院心理研究所,攻读生理心理学硕士学位后,沈政始终记得导师刘世熠的话,“发挥每个神经细胞和肌肉细胞的物理和化学能量,做好考试和论文设计两优秀”。

遗憾的是,上世纪70年代的“文革”,让沈政回到原籍辽宁省抚顺市精神病医院。然而,这10年并没有让沈政的学业荒废。自学医学、电生理学、精神药理学和神经生物化学,特别是神经信息传递的化学通路的知识,为他最终回到北大打下了基础。

研究脑高级功能

每种脑理论的诞生都有相应的实验技术作为其重要的技术基础,新理论和新技术总是相随而行。

1978年,已经42岁的沈政回到了北大任教,着手脑基础理论研究。他设计了自己的发展路线:就是利用光导纤维将激光导入动物脑内,诱发脑内神经递质的变化并观察动物行为(特别是精神病理行为),这样的刺激手段比微电极导入的电刺激会具有更好的选择性和特异性,因为光化学反应具有光谱特异性的规律。

1981年,第一次走出国门的沈政,就被美国纽约大学精神病学家Farkas利用正电子发射层描技术(PET)对精神分裂症病人脑葡萄糖代谢率的研究结果惊呆了。

“我的学术思想受到了极大的冲击。”沈政回忆,“这不仅是由于PET对脑功能显示出美妙的彩色图,更主要的原因是一切生物组织无处不在的葡萄糖代谢,居然能作为脑高级功能变化的灵敏指针。”

那么,脑高级功能研究追求特异性变化的努力,能由这种非特异物质的动态变化引出突破性进展么?在随后两年的异国生活中,这个问题一直困扰着沈政。

于是,沈政在美国加州大学San Diego分校精神病学系从事精神药理学研究的第一个实验,就是利用光生物学方法检验抗精神病药物对能量代谢的影响,也就是观察和测量在底物中,荧光素和荧光素酶触发的荧光效应是否受抗精神病药物的影响。不仅将光纤导入脑内的激光作为刺激脑的手段,还把它作为测试脑功能变化的方法学基础。

回到国内的沈政开始了对脑高级功能研究的新起点,其特点在于利用非特异性的脑能量代谢中辅酶I的活性作为脑功能规律的生理探针。这一技术路线的进一步发展,又设计出激光—荧光脉冲和神经脉冲的同时测定技术。

然而,在接下来的试验中,却遇到了激光—荧光效应线性的瓶颈问题,难以逾越。花费数年,沈政才从光学研究文献中发现了解决问题的途径,这就是双光子技术。

经过一番努力,沈政在清华大学终于找到了这类双光子激光设备。然而,两类设备需要协同工作,进行这样复杂的动物试验,已远远超出了实验室的技术能力。预试了几次,效果并不理想。

此时的沈政已经64岁,早已超出北大教授的退休年龄。

未了的心愿

1986年,北大正酝酿筹建第一个国家重点实验室,号召各系教师参与课题论证。沈政被接纳为北京大学第一个国家重点实验室——视觉、听觉信息处理国家重点实验室的兼职教师。这对于沈政而言又是一次新的机遇和挑战。

对认知神经科学的学习和研究,沈政历经了16年时光,并且至今仍在继续。在他看来,自己最大的收获就是形成了对脑功能的基本理论认识。

“传统神经生理学教育把脑功能定位理论烙印深深地打在我的头脑中,对脑高级功能的研究总是试图寻找相应脑代表区。”但沈政认为,“即使简单视知觉,也是分布于枕、颞、顶、额的数十个脑区相继活动的结果。至于语言、思维和复杂智能活动,决不可能只由一个特异脑区活动而完成。”

沈政说,高等动物共存的一些与生命和本能行为相关的脑功能,在人脑深部结构存在着特定中枢。但与人类高级智能、情感、意识和语言活动相关的脑结构,在空间上是多维的超立体结构, 至少包括左—右半球一侧化维度、前—后头维度、脑深层结构与表层(大脑皮层)的维度、大脑皮层背外侧与腹内侧维度等,这些维度往往同时发挥作用。在时间尺度上, 包括生物学进化数亿年尺度;胚胎脑发育从单细胞到数百亿神经细胞的月或周的时间尺度;个体发育的岁月尺度。这些时间尺度形成了多层次的功能系统。

“因此,每个人的脑高级功能都存在多维度空间和多层次时间关系上的动态组合,这个组合优化原则制约于生态环境选择的脑能量效率函数,即完成某项认知功能时,总要选择最小能量消耗,又能给出最大神经信息变化,以便最好实现功能目标的脑结构,形成瞬时动态的脑功能系统。对这样一种高度复杂的脑功能系统,必须同时计算信息加工的功能特点及其能量消耗或能量供应的动力特点,才能揭露其生物本质性的规律。”

对此,沈政有些遗憾,至今仍未能用系统的实验数据,证明这些理论观点。而这也成为了他继续脑功能研究的不竭动力。

《中国科学报》 (2015-05-08 第5版 人物)
 
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