文科生也能成為科學家！95后一作收獲“科研自信”

發布時間：2024-04-14 20:17 原文鏈接：文科生也能成為科學家！95后一作收獲“科研自信”

18歲以前，楊婉男從未想過自己會成為一名科學家。原因是，她從小酷愛哲學，高中學的是文科，父母輩中也沒有一個從事與科學沾邊的工作。

高中畢業后，楊婉男來到英國愛丁堡大學讀生物學；大三時她對神經科學產生了濃厚興趣，爭取到美國麻省理工學院（MIT）神經科學實驗室做實驗的機會；大三結束后她成功從生物學轉到神經科學專業；如今，這個曾經是文科生的“95后”女孩，來到美國紐約大學醫學院神經科學系教授Gy?rgy Buzsáki的實驗室，攻讀神經科學博士。

圖：楊婉男本科在英國愛丁堡大學留學期間

從文科跨界到生物學再到鉆研神經科學，楊婉男的求學和科研經歷達到了令人稱奇的程度。近日，楊婉男更以第一作者身份在Science上發表論文，揭示了大腦選擇性記憶的生理機制。值得一提的是，這是博士四年級的楊婉男首次以第一作者身份發表文章。

“現在，我想為研究記憶奮斗一生，希望能成為一名優秀的科學家。”楊婉男說。

從文科到神經科學

去年9月，楊婉男將論文投給了Science期刊，今年2月就被接收了。他們只經歷了一輪修改，頗為順利。

于楊婉男而言，收獲的遠遠不止一篇Science論文。“博士前三年我經常懷疑自己，不知道是否能做好科研，畢竟我此前一直是文科生。如今，我有了更充足的底氣和信心投入到科研中。” 她說。

小時候，楊婉男睡前最愛聽的故事是《蘇菲的世界》。由于熱愛哲學，中學階段她自然而然地選擇了文科。這個愛思考的腦袋里，總是有一些特別的問題：“大腦是如何認知世界的？何為記憶？”

高中畢業后，本著繼續探索“大腦”和“記憶”的初衷，楊婉男來到了愛丁堡大學讀生物學。然而，面對毫無頭緒的專業、陌生的語言環境，再加上與身邊大多數同學相比，她的基礎更顯薄弱，楊婉男一度陷入崩潰，數不清大哭過多少次。

大二暑期，楊婉男到日本旅游，其間偶然參加了一場神經科學講座。演講者把記憶這一抽象的問題用科學、具體的方法進行研究和剖析，這讓她“相見恨晚”。“我一下子就愛上了神經科學。在此之前，我一直在尋找和求索，而現在我有了明確的方向和目標。”楊婉男說。

憑著一股不服輸的勁兒，楊婉男在大三到美國加州大學洛杉磯分校（UCLA）交換時，全部轉修神經科學的課程。

圖：楊婉男在UCLA交換

彼時，一年的交換期即將結束，但楊婉男深知自己和其他理工科學生們存在的差距，為了爭取到美國其他實驗室做研究的機會，她給所有感興趣的教授發郵件，但上千封郵件都石沉大海。恰巧有一位MIT的神經科學教授來UCLA開講座，楊婉男提了很多問題，講座結束后，楊婉男又發了數十封郵件詢問實驗室的情況。

或許是真誠打動了這位教授，楊婉男真的爭取到了這個機會。有趣的是，楊婉男在MIT結識的在讀神經科學博士孫晨，后來成為了她的老公，也是這篇論文的二作。“認識他以后，研究大腦與記憶成為了我們共同的執念。”他們都愛好哲學，也同樣癡迷于神經科學。

圖：楊婉男和老公孫晨

大三結束回到愛丁堡大學，楊婉男成功轉了專業。本科畢業后，她來到心怡的紐約大學神經科學家Buzsáki的實驗室。自此，楊婉男終于可以全身心探索大腦記憶的奧秘。

選擇性記憶鞏固的奧秘

功夫不負有心人，楊婉男的首篇一作論文就登上了Science。

我們知道，海馬體是人類大腦掌管記憶的最核心部分，因其形似海馬而得名。其中，在非快速眼動睡眠期和安靜清醒的時候，海馬體引起的同步神經元活動的快速爆發會產生尖波漣漪。

尖波漣漪主要由尖波和漣漪兩部分組成，尖波是大幅度負朝向的波形，最早在嚙齒類動物的海馬子區CA1被觀測到；漣漪則是一種快速且短暫的神經振蕩活動，由高度同步的神經元活動引起，其波形類似水面激蕩起的漣漪。

那么，海馬尖波漣漪什么時候會出現？在我們注意到某件事后，大腦通常會切換到一種“空閑”的重新評估模式，最長的空閑期通常出現在睡眠中。

Buzsáki及其同事之前已經證實，當我們積極探索感官信息或移動時，不會出現尖波漣漪，只有在空閑停頓期間它才會出現。

過去的研究發現，尖波漣漪在記憶的鞏固中扮演著重要角色。然而，我們的大腦是如何標記哪些記憶為重要記憶，使其成為永久記憶？

博士期間，楊婉男會復刻一些經典的神經科學實驗，她發現“位置細胞”在事件發生的不同階段有不同的激活特征，而非像教科書中描述的那般一成不變。重要的是，有一部分尖波漣漪是由海馬體中的“位置細胞”以特定順序發射構成的。位置細胞被稱為“大腦中的GPS”，可以編碼動物所在的空間位置。

楊婉男靈光一閃：“那么，是否可以利用位置細胞的特征判斷事件發展的順序？”于是，研究團隊開始記錄老鼠連續通過迷宮的行為軌跡和神經元活動。當老鼠在迷宮中運行暫停后喝水、吃食物時，他們都會記錄到尖波漣漪。

圖：老鼠的位置和運動軌跡

然而，多達500個神經元的活動給他們帶來了挑戰。楊婉男解釋，如果是兩個神經元，可以用x軸和y軸表示，數據在二維空間里；但500個神經元，需要在很高維度的空間里表示。

為了直觀地理解數據，可視化神經元活動，并形成假設，楊婉男利用降維的方法成功將高維度轉換為低維度。隨后，他們按照事件發生的先后順序對神經元活動進行著色。正如楊婉男所猜想的，海馬不僅記錄了位置，而且也記錄了事件發生的順序。

圖：當按照事件的先后對神經流形（Neural Manifolds）進行著色時，海馬狀態會根據試驗順序發生變化。神經流形：指數據在高維空間中的結構和模式，它們可能在低維的潛在空間中具有更簡單和有意義的表示。

盡管老鼠會在迷宮中同樣的地方循環多次，但大腦的狀態永遠都在變化。楊婉男等人利用大腦的這一特性，解碼了近500個神經元對不同事件的表現形式。

研究發現，老鼠清醒時發生某件事后，那些引發很多尖波漣漪的事件會被標記下來，并且在睡覺中被選擇性地回放很多次，成為永久記憶。反之，只有極少數尖波漣漪或沒有尖波漣漪的事件無法形成永久記憶。

“我們發現，清醒時出現的尖波漣漪是大腦決定保留和遺棄哪些記憶的標簽！”楊婉男說，“未來可以根據這個機制調整尖波漣漪，從而改善記憶，甚至減少人們關于創傷事件的記憶。”

“就像第一次看事物一樣”

面對實驗中司空見慣的位置細胞，楊婉男永遠帶著好奇心，用全新的視角去觀察它們。

她對世界純粹的好奇心和勇敢探索的精神來源于家庭的培養。楊婉男的父母并不是傳統意義上的家長，他們會主動向老師提議讓孩子少寫點作業，每逢周末都會帶姐妹倆去登山露營，充分尊重和理解她們“奇怪”的想法。

同樣，楊婉男的雙胞胎妹妹也是一位神經科學博士，在美國布朗大學就讀。

圖：楊婉男（左）在MIT期間，父親和雙胞胎妹妹到宿舍看望她

圖：楊婉男（右）在 MIT期間，母親和雙胞胎妹妹到波士頓看望她

雖然一路“跌跌撞撞”，但楊婉男的思考和探索從未停止。

她從哲學里體會精神之會通，塑造思維，汲取智慧；她在理科中探尋個人之志趣，追尋真相，探索奧秘，也在文學的字里行間里，拓寬視野，提取力量和靈感。

在科研充滿挑戰和迷茫的日子里，楊婉男喜歡看科學家的傳記。她深刻記得圣地亞哥·拉蒙·卡哈爾的《給年輕科學家的建議》中所寫的：

“Look at things as if for the very first time.”That is, admire them afresh, disregarding what we remember from books, stilted descriptions, and conventional wisdom. We should infuse the things we observe with the intensity of our emotions and with a deep sense of affinity. We should make them our own where the heart is concerned, as well as in an intellectual sense. Only then will they surrender their secrets to us, for enthusiasm heightens and refines our perception.

“就像第一次看事物一樣”。也就是說，要用新鮮的眼光欣賞它們，摒棄我們從書本、呆板的描述和傳統智慧中記住的東西。我們應該給我們所觀察到的事物注入強烈的情感和深厚的愛。無論是在心靈上還是在智力上，我們都應該把它們變成我們自己的。只有這樣，它們才會向我們展現它們的秘密，因為熱情會提高并完善我們的感知。

楊婉男一直秉持著這一點：永遠保持好奇，永遠充滿熱情。

鏈接：DOI: 10.1126/science.adk8261

(圖片由受訪者提供)

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