文科生也能成為科學(xué)家！95后一作收獲“科研自信”（文科生能成為科學(xué)家嗎）

文 | 卜金婷

18歲以前，楊婉男從未想過(guò)自己會(huì)成為一名科學(xué)家。原因是，她從小酷愛哲學(xué)，高中學(xué)的是文科，父母輩中也沒(méi)有一個(gè)從事與科學(xué)沾邊的工作。

高中畢業(yè)后，楊婉男來(lái)到英國(guó)愛丁堡大學(xué)讀生物學(xué)；大三時(shí)她對(duì)神經(jīng)科學(xué)產(chǎn)生了濃厚興趣，爭(zhēng)取到美國(guó)麻省理工學(xué)院（MIT）神經(jīng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)；大三結(jié)束后她成功從生物學(xué)轉(zhuǎn)到神經(jīng)科學(xué)專業(yè)；如今，這個(gè)曾經(jīng)是文科生的“95后”女孩，來(lái)到美國(guó)紐約大學(xué)醫(yī)學(xué)院神經(jīng)科學(xué)系教授Gy?rgy Buzsáki的實(shí)驗(yàn)室，攻讀神經(jīng)科學(xué)博士。

圖：楊婉男本科在英國(guó)愛丁堡大學(xué)留學(xué)期間

從文科跨界到生物學(xué)再到鉆研神經(jīng)科學(xué)，楊婉男的求學(xué)和科研經(jīng)歷達(dá)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(fā)表論文，揭示了大腦選擇性記憶的生理機(jī)制。值得一提的是，這是博士四年級(jí)的楊婉男首次以第一作者身份發(fā)表文章。

“現(xiàn)在，我想為研究記憶奮斗一生，希望能成為一名優(yōu)秀的科學(xué)家?！睏钔衲姓f(shuō)。

從文科到神經(jīng)科學(xué)

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(jīng)歷了一輪修改，頗為順利。

于楊婉男而言，收獲的遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止一篇Science論文。“博士前三年我經(jīng)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(shuō)。

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

高中畢業(yè)后，本著繼續(xù)探索“大腦”和“記憶”的初衷，楊婉男來(lái)到了愛丁堡大學(xué)讀生物學(xué)。然而，面對(duì)毫無(wú)頭緒的專業(yè)、陌生的語(yǔ)言環(huán)境，再加上與身邊大多數(shù)同學(xué)相比，她的基礎(chǔ)更顯薄弱，楊婉男一度陷入崩潰，數(shù)不清大哭過(guò)多少次。

大二暑期，楊婉男到日本旅游，其間偶然參加了一場(chǎng)神經(jīng)科學(xué)講座。演講者把記憶這一抽象的問(wèn)題用科學(xué)、具體的方法進(jìn)行研究和剖析，這讓她“相見恨晚”?！拔乙幌伦泳蛺凵狭松窠?jīng)科學(xué)。在此之前，我一直在尋找和求索，而現(xiàn)在我有了明確的方向和目標(biāo)?！睏钔衲姓f(shuō)。

憑著一股不服輸?shù)膭艃?，楊婉男在大三到美?guó)加州大學(xué)洛杉磯分校（UCLA）交換時(shí)，全部轉(zhuǎn)修神經(jīng)科學(xué)的課程。

圖：楊婉男在UCLA交換

彼時(shí)，一年的交換期即將結(jié)束，但楊婉男深知自己和其他理工科學(xué)生們存在的差距，為了爭(zhēng)取到美國(guó)其他實(shí)驗(yàn)室做研究的機(jī)會(huì)，她給所有感興趣的教授發(fā)郵件，但上千封郵件都石沉大海。恰巧有一位MIT的神經(jīng)科學(xué)教授來(lái)UCLA開講座，楊婉男提了很多問(wèn)題，講座結(jié)束后，楊婉男又發(fā)了數(shù)十封郵件詢問(wèn)實(shí)驗(yàn)室的情況。

或許是真誠(chéng)打動(dòng)了這位教授，楊婉男真的爭(zhēng)取到了這個(gè)機(jī)會(huì)。有趣的是，楊婉男在MIT結(jié)識(shí)的在讀神經(jīng)科學(xué)博士孫晨，后來(lái)成為了她的老公，也是這篇論文的二作?！罢J(rèn)識(shí)他以后，研究大腦與記憶成為了我們共同的執(zhí)念。”他們都愛好哲學(xué)，也同樣癡迷于神經(jīng)科學(xué)。

圖：楊婉男和老公孫晨

大三結(jié)束回到愛丁堡大學(xué)，楊婉男成功轉(zhuǎn)了專業(yè)。本科畢業(yè)后，她來(lái)到心怡的紐約大學(xué)神經(jīng)科學(xué)家Buzsáki的實(shí)驗(yàn)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(fù)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(dòng)睡眠期和安靜清醒的時(shí)候，海馬體引起的同步神經(jīng)元活動(dòng)的快速爆發(fā)會(huì)產(chǎn)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(fù)朝向的波形，最早在嚙齒類動(dòng)物的海馬子區(qū)CA1被觀測(cè)到；漣漪則是一種快速且短暫的神經(jīng)振蕩活動(dòng)，由高度同步的神經(jīng)元活動(dòng)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(shí)候會(huì)出現(xiàn)？在我們注意到某件事后，大腦通常會(huì)切換到一種“空閑”的重新評(píng)估模式，最長(zhǎng)的空閑期通常出現(xiàn)在睡眠中。

Buzsáki及其同事之前已經(jīng)證實(shí)，當(dāng)我們積極探索感官信息或移動(dòng)時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)尖波漣漪，只有在空閑停頓期間它才會(huì)出現(xiàn)。

過(guò)去的研究發(fā)現(xiàn)，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(biāo)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(huì)復(fù)刻一些經(jīng)典的神經(jīng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)，她發(fā)現(xiàn)“位置細(xì)胞”在事件發(fā)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(xì)胞”以特定順序發(fā)射構(gòu)成的。位置細(xì)胞被稱為“大腦中的GPS”，可以編碼動(dòng)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(xì)胞的特征判斷事件發(fā)展的順序？”于是，研究團(tuán)隊(duì)開始記錄老鼠連續(xù)通過(guò)迷宮的行為軌跡和神經(jīng)元活動(dòng)。當(dāng)老鼠在迷宮中運(yùn)行暫停后喝水、吃食物時(shí)，他們都會(huì)記錄到尖波漣漪。

圖：老鼠的位置和運(yùn)動(dòng)軌跡

然而，多達(dá)500個(gè)神經(jīng)元的活動(dòng)給他們帶來(lái)了挑戰(zhàn)。楊婉男解釋，如果是兩個(gè)神經(jīng)元，可以用x軸和y軸表示，數(shù)據(jù)在二維空間里；但500個(gè)神經(jīng)元，需要在很高維度的空間里表示。

為了直觀地理解數(shù)據(jù)，可視化神經(jīng)元活動(dòng)，并形成假設(shè)，楊婉男利用降維的方法成功將高維度轉(zhuǎn)換為低維度。隨后，他們按照事件發(fā)生的先后順序?qū)ι窠?jīng)元活動(dòng)進(jìn)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(fā)生的順序。

圖：當(dāng)按照事件的先后對(duì)神經(jīng)流形（Neural Manifolds）進(jìn)行著色時(shí)，海馬狀態(tài)會(huì)根據(jù)試驗(yàn)順序發(fā)生變化。神經(jīng)流形：指數(shù)據(jù)在高維空間中的結(jié)構(gòu)和模式，它們可能在低維的潛在空間中具有更簡(jiǎn)單和有意義的表示。

盡管老鼠會(huì)在迷宮中同樣的地方循環(huán)多次，但大腦的狀態(tài)永遠(yuǎn)都在變化。楊婉男等人利用大腦的這一特性，解碼了近500個(gè)神經(jīng)元對(duì)不同事件的表現(xiàn)形式。

研究發(fā)現(xiàn)，老鼠清醒時(shí)發(fā)生某件事后，那些引發(fā)很多尖波漣漪的事件會(huì)被標(biāo)記下來(lái)，并且在睡覺(jué)中被選擇性地回放很多次，成為永久記憶。反之，只有極少數(shù)尖波漣漪或沒(méi)有尖波漣漪的事件無(wú)法形成永久記憶。

“我們發(fā)現(xiàn)，清醒時(shí)出現(xiàn)的尖波漣漪是大腦決定保留和遺棄哪些記憶的標(biāo)簽！”楊婉男說(shuō)，“未來(lái)可以根據(jù)這個(gè)機(jī)制調(diào)整尖波漣漪，從而改善記憶，甚至減少人們關(guān)于創(chuàng)傷事件的記憶。”

“就像第一次看事物一樣”

面對(duì)實(shí)驗(yàn)中司空見慣的位置細(xì)胞，楊婉男永遠(yuǎn)帶著好奇心，用全新的視角去觀察它們。

她對(duì)世界純粹的好奇心和勇敢探索的精神來(lái)源于家庭的培養(yǎng)。楊婉男的父母并不是傳統(tǒng)意義上的家長(zhǎng)，他們會(huì)主動(dòng)向老師提議讓孩子少寫點(diǎn)作業(yè)，每逢周末都會(huì)帶姐妹倆去登山露營(yíng)，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(jīng)科學(xué)博士，在美國(guó)布朗大學(xué)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(xué)里體會(huì)精神之會(huì)通，塑造思維，汲取智慧；她在理科中探尋個(gè)人之志趣，追尋真相，探索奧秘，也在文學(xué)的字里行間里，拓寬視野，提取力量和靈感。

在科研充滿挑戰(zhàn)和迷茫的日子里，楊婉男喜歡看科學(xué)家的傳記。她深刻記得圣地亞哥?拉蒙?卡哈爾的《給年輕科學(xué)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(shuō)，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(tǒng)智慧中記住的東西。我們應(yīng)該給我們所觀察到的事物注入強(qiáng)烈的情感和深厚的愛。無(wú)論是在心靈上還是在智力上，我們都應(yīng)該把它們變成我們自己的。只有這樣，它們才會(huì)向我們展現(xiàn)它們的秘密，因?yàn)闊崆闀?huì)提高并完善我們的感知。

楊婉男一直秉持著這一點(diǎn)：永遠(yuǎn)保持好奇，永遠(yuǎn)充滿熱情。

鏈接：DOI: 10.1126/science.adk8261

(圖片由受訪者提供)