供卵龙凤胎李莹:揭开大脑“清道夫”的另一面

捐卵代孕多少费用 | 2020-12-11 00:09

  李莹:揭开大脑“清道夫”的另一面

李莹在实验室 李莹供图

  在自然界,大多数哺乳动物都能处理各种社会信息,产生交配、打斗、育儿、捕食以及逃跑等社会行为。大脑是如何对各类社会信息进行编码的?这是李莹在寻找的答案。

  见到李莹时,她正拄着双拐。前段时间,她打羽毛球伤了膝盖,刚做完手术。虽然行动不便,但在工作日,她还像往常一样,驱车十几公里,到位于北京市昌平区科学园路的北京脑科学与类脑研究中心上班,那里有她的实验室、博士生,当然,还有很多等着她去挑战的难题。

  在自然界,大多数哺乳动物都能处理各种社会信息,产生交配、打斗、育儿、捕食以及逃跑等社会行为。大脑是如何对各类社会信息进行编码的?这是李莹在寻找的答案。

  寻找之旅不平坦,会有困难,亦会有跌倒,但李莹不畏惧。

  “我讨厌‘困扰’这个词,因为‘扰’就好像被什么东西缠住了,想要摆脱掉。我更喜欢‘挑战’这个词,它很积极,困难都是可以克服的。”采访当日,李莹对科技日报记者说。

  对大脑“一见钟情”

  2003年9月,李莹成为南京大学生命科学学院的一名本科生。当时,李莹的同学多数都选了植物学、动物学等方向,她却选了相对小众的生理学。

  在第一堂神经解剖课上,李莹头一次看到大脑切片,并被它深深吸引。大脑分左、右两个半球,它们表面有很多下凹的沟,沟之间有隆起的回。看着眼前的大脑切片,李莹慨叹道:“漂亮!像迷宫一样迷人。”

  不仅是结构,大脑的颜色也让18岁的李莹着迷。“在没有染色的情况下,灰质真的是灰色的,白质也是白色的,黑质是暗的……这些命名真有意思。”她说。

  最令李莹感到神奇的,是大脑的这些部分与人类的意识、情感、行为的密切关系。“当时我就在想,大脑为什么会思考?”她回忆道。

  好奇心被点燃,李莹一头扎进了神经生物学的海洋。大三暑假,她来到中国科学院上海生命科学研究院神经科学研究所实习。“那里氛围很自由,我第一次感受到做科研是什么。”李莹说。

  为了完成本科毕业设计,2006年李莹再次来到中国科学院上海生命科学研究院神经科学研究所,跟着该所研究员杜久林学习。

  在杜久林的记忆里,李莹胆子很大。“多数人偏向于做风险较小的研究,或者看别人做了什么就跟着做,这样容易出成果,但缺少原创性和开拓性。可李莹不是,她胆子很大,不害怕未知。她本科到我实验室进行暑假实习时,我就想把她留下。”杜久林说。

  轻松掌握高难技术

  2007年,李莹成为杜久林的“入室弟子”。

  当时,杜久林团队正在以斑马鱼为模式动物,开展神经功能方面的研究。斑马鱼身长3厘米到4厘米,全身布满多条深蓝色纵纹,成群游动时如奔驰的斑马群。

  在早期,斑马鱼主要被用于发育生物学研究领域,鲜被用于脑功能研究领域。但在神经学研究中,斑马鱼作为模式动物有两个突出的优势:一是幼鱼透明,可以用注射荧光染料或转基因的方法,通过成像实时观察其神经系统的活动;二是可以在清醒的斑马鱼身上,利用电生理技术,记录斑马鱼神经元的电活动。

  小鼠的神经元细胞直径约为5微米,电极直径约为1微米。在显微镜下,用电极尖端吸住细胞,然后形成全细胞记录,这是电生理技术的基本功。

  而斑马鱼神经元细胞体积大概是小鼠神经元细胞体积的1/50,操作起来难度很大。能干净利落地吸住细胞就很厉害了,还要长时间保持稳定状态,更难。目前,在国际上也没有多少人能熟练掌握这项技术,但当时李莹很快就学会了。

  解决了这个难题,李莹又奔向了下一个。

  小胶质细胞被誉为脑中“清道夫”,是中枢神经系统中的免疫细胞。除了免疫功能,小胶质细胞还具有生理功能吗?李莹一头扎进这个无人问津的课题。

  这个课题就像团迷雾,看不清去路,但胆大的李莹勇敢上路。她要做没人做的事,她坚信只要用正确的方法,一定能有突破。

  无数次尝试后,李莹发现,小胶质细胞不仅具有免疫功能,还有调节神经互动的生理功能。

  然而,研究成果却迟迟未能发表。一次次审稿被拒后,李莹想过放弃。她跟导师请假,一个人旅游散心。

  短暂休整后,李莹继续完善数据、反复修改文章。2012年12月,相关研究成果发表在《发育细胞》杂志上,如今有关内容被引超过300次。今年9月,《自然》杂志刊发的一项研究,正是基于李莹8年前的成果。

  “这件事,让我懂得了什么叫解决问题、什么叫坚持下去。”李莹回忆道。

  调整研究重心再出发

  发表文章的喜悦,并未持续多久,因为李莹的兴趣并不在此。“我还是对生物如何产生思维、情感、行为更感兴趣。我想知道,在自由活动的情况下,生物神经是如何活动的?”她说。

  在一次学术会议上,美国斯坦福大学教授马克·施尼策分享了一项技术——把重约2克的小显微镜戴在小鼠脑袋上,可以直接看见小鼠在自由运动状态下的神经活动!

  这引起了李莹极大的兴趣,报告结束后,她问了马克·施尼策很多问题。

  疑问在生长,机会悄然降临。在一次学术会议上,李莹遇到了美国科学院院士、哈佛大学分子与生物系系主任卡特琳·迪拉克教授。

  李莹毛遂自荐,想要进入卡特琳·迪拉克的实验室团队,研究生物社交行为。在和卡特琳·迪拉克面谈时,李莹提到了她与马克·施尼策的面谈内容。没想到,卡特琳·迪拉克也认识马克·施尼策,这交谈竟成了三人合作的开端。

  2013年,李莹加入哈佛大学分子与生物学系卡特琳·迪拉克团队。不过,在正式开展研究前,她先去马克·施尼策的实验室学习了头戴式显微镜成像技术,学习如何在小鼠深部脑区做手术。

  大约2个月后,李莹回到哈佛大学。在位于地下室的动物房,26岁的李莹用大约15平方米的空间,搭建起自己独立的实验平台。

  小鼠自由运动时,它与社交相关的脑区是怎么工作的?为了搞清楚这个问题,李莹把直径约为0.85毫米的圆柱形透镜,插进小鼠深约5毫米的脑区里,再给小鼠戴上重约2克的显微镜,通过显微镜直接观察小鼠脑区的工作情况。

  李莹性子急,几天没出新东西,就觉得效率低。透镜插过头、插入位置不对、小鼠死掉……手术失败了很多次。

  那段时间,李莹是孤独的,陪伴她的是自我鼓励和坚定的信念。“当时,世界上没人做成功过,我们的成功率能达到10%,就已是飞跃。”她说。

  耗时2年多,在给上百只老鼠做手术后,李莹首次利用头戴式微型显微镜成像技术,在自由运动的小鼠中记录了影响动物本能社会行为的重要脑区——内侧杏仁核的钙信号。此外,她还发现神经肽——催产素在雄性小鼠区分雌雄信息时起关键作用,而对雌性小鼠区分不同社会信息没有显著影响。

  就当旁人以为,李莹会沿着这条路走下去时,她却选择更换赛道、重新开始。

  2019年,李莹回国,进入北京脑科学和类脑研究中心,她再次调整了研究重心。“她无所畏惧、喜欢挑战,只有在高难度课题中,才能找到自我价值。”杜久林说。

  10多年了,在杜久林的实验室里,还放着李莹在羽毛球比赛中夺得的冠军奖杯。“她很厉害哦,打羽毛球能把男生干倒那种。”杜久林对记者说。(实习记者 代小佩)

【编辑:黄钰涵】