馮神凡

“我們不能老在別人的‘地里種莊稼，我們要去開辟自己的天地?！比绾伟褜＠撐淖兂僧a(chǎn)品，如何把獨一無二的產(chǎn)品變成國家科技產(chǎn)業(yè)競爭重器，是程和平團(tuán)隊正在思考、正在謀劃的事情。

程和平

北京大學(xué)分子醫(yī)學(xué)研究所鈣信號研究室主任、教授，中國科學(xué)院院士，長江學(xué)者特聘教授，“千人計劃”專家，中國生物物理學(xué)會副理事長，九三學(xué)社第十四屆中央委員會委員，2017年當(dāng)選“九三楷?！?/p>

一個乍暖還寒的春日午后，伴隨著明媚的陽光和飛舞的楊柳絮，筆者走進(jìn)北大，與國家“十三五”規(guī)劃中生命科學(xué)與醫(yī)學(xué)領(lǐng)域唯一獲批的“大設(shè)施”——多模態(tài)跨尺度生物醫(yī)學(xué)成像中心的首席科學(xué)家程和平院士暢談。程和平名頭很大，但架子很?。怀删秃艽?，但他講起的故事都很小。整個下午時光就在他的娓娓道來中飛逝而過。

九年三科“小白鼠”

與眾多科學(xué)家名校畢業(yè)之后潛心鉆研多年才開始出科技成果不同，程和平的“成就”自北大求學(xué)期間就開始了——他在北大獲得了雙學(xué)位。即使30年過去了，他的編號001的力學(xué)和生物學(xué)雙學(xué)位畢業(yè)證仍然保存完好?！拔疫@個雙學(xué)位啊，是老師們真喜歡我，就拿我當(dāng)了小白鼠啦！”程和平開玩笑說。其實真正的原因，是來自一次偶然的際遇。

以力學(xué)開啟北大之旅的程和平，恰逢當(dāng)年學(xué)校剛剛開放了跨系選課，他懷著對生物學(xué)的好奇報了生物系的生理學(xué)課。結(jié)果第一次考試，生物系的學(xué)生最高的只考了60多分，而力學(xué)系的程和平卻考了90多分。授課的陳守良先生大吃一驚，他意識到自己撿著了一塊“寶”，于是開始特別關(guān)注這個年輕人。

力學(xué)本科畢業(yè)后，程和平成為吳望一先生的碩士研究生，主攻生物力學(xué)。在吳教授的大力栽培下（說來有趣，吳教授本人也是數(shù)學(xué)和流體力學(xué)大家，之后轉(zhuǎn)型去做生物力學(xué)這個“邊緣學(xué)科”），程和平的碩士畢業(yè)論文就已經(jīng)非?！翱鐚W(xué)科”了。他對紅細(xì)胞的形態(tài)建模，用理論力學(xué)中的變分方程來驗證大自然的偉大和生物學(xué)的神奇：紅細(xì)胞凹透鏡式的結(jié)構(gòu)與理論預(yù)測的最佳氧氣交換的形態(tài)，相差不超過3%。

終于找到自己人生方向的程和平在攻讀碩士期間如饑似渴地補(bǔ)充了許多生物學(xué)知識，又在陳守良、賀慕嚴(yán)兩位老師的指導(dǎo)下，拿到了自己的生物學(xué)雙學(xué)位。由于成績優(yōu)異，老師們甚至主動為這個年輕人規(guī)劃未來的人生：從事生物醫(yī)學(xué)工程研究。

要想從事生物醫(yī)學(xué)工程研究，電子學(xué)知識必不可少。雖然在進(jìn)行生物實驗的過程中，程和平就接觸到了電子學(xué)知識，但還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。陳守良和賀慕嚴(yán)夫婦二人就去登門請求無線電系系主任王楚先生，給程和平爭取了一個留校當(dāng)助教的機(jī)會。“由于生物醫(yī)學(xué)跟先進(jìn)設(shè)備關(guān)聯(lián)度很高，我去那里可以往生物醫(yī)學(xué)工程方向努努力，也就過去了?，F(xiàn)在看來，這些知識還真是一點沒白學(xué)，后面全用上了！”

在無線電系做助教的程和平雖然是半路出家，但是卻發(fā)揮了他數(shù)學(xué)和物理方面的特長。他獨立完成了長達(dá)萬言的一個實驗大教案，還在王楚老師的指導(dǎo)下發(fā)表了兩篇論文。每次校審手稿后，王老師總是把自己的名字從作者名單中劃去。“這讓我肅然起敬”，程和平說。

在潛心做了兩年助教之后，一個很現(xiàn)實的問題擺在了程和平面前。

為愛遠(yuǎn)行大浪漫

程和平是個非?？粗丶彝サ娜?。上世紀(jì)80年代末，他在北大求學(xué)期間，國內(nèi)赴美深造之風(fēng)漸起，程和平卻不為所動。他說：“我一點兒都不想出國，因為北大的環(huán)境非常好，我的導(dǎo)師都是非常厲害的人?！背毯推降姆蛉诵と鹌绞轻t(yī)學(xué)生物學(xué)背景，為了自己的事業(yè)，她不得不新婚三個月就遠(yuǎn)赴美國波多黎各大學(xué)從事研究。這下程和平不“淡定”了，“沒啥好說的，我也去唄！”

沒考托福，沒考GRE，憑著北大9年的專業(yè)背景和當(dāng)年波多黎各大學(xué)非常開放的招生政策，程和平硬是“先上車后買票”，直接成了波多黎各大學(xué)生理學(xué)及生物物理學(xué)系研究生?？刹坏揭荒?，肖瑞平又因為事業(yè)升級的關(guān)系，去了馬里蘭州巴爾的摩城美國國立衛(wèi)生研究院老年所。程和平二話沒說，打算追隨夫人去馬里蘭大學(xué)醫(yī)學(xué)院生理系讀博。

想進(jìn)馬里蘭大學(xué)醫(yī)學(xué)院并不容易。程和平想要報考的導(dǎo)師W，J，Lederer（下文簡稱L）是業(yè)內(nèi)知名學(xué)者，他本人當(dāng)時根本就不招研究生，只有博士后才能進(jìn)實驗室。得益于肖瑞平的力薦，L破天荒地把電話打給了還在波多黎各大學(xué)的程和平。

彼時的程和平英語還說不利落，但卻給L留下了很特別的印象。后來L談起這段經(jīng)歷時，對程和平笑著說：“別看你說話都結(jié)巴，但每句話都能切中要點。”之后恰好L去波多黎各大學(xué)做學(xué)術(shù)交流，于是他便在校園內(nèi)對程和平面試了一番。

第三次面試則是在L的實驗室進(jìn)行的。

L很坦率：“Peace（程和平的英文名），之前你說你物理也會，生物也會，無線電也會，叫我如何相信呢？”程和平打開手提箱，拿出厚厚一沓紙：“這是我的生物學(xué)論文和成果，這是我的無線電學(xué)論文和成果，這是我的力學(xué)論文……”看罷論文，L被當(dāng)場征服了，他直接帶著程和平找到招生辦主任說：“這個人我要了！”

喜獲導(dǎo)師首肯的程和平卻先跟導(dǎo)師談起了條件：“L先生，在我成為你的研究生之前，我必須要搞明白你對一件事情的看法，那就是，我學(xué)成之后是肯定要回中國的，你會不會覺得培養(yǎng)我是浪費(fèi)時間？”“不，如果你學(xué)成之后回國，開枝散葉，我只會以你為榮！”L坦蕩的胸襟打消了程和平最后的顧慮。

作為L先生當(dāng)時唯一的研究生，程和平在馬里蘭大學(xué)醫(yī)學(xué)院期間深度參與了許多L的科研課題。但是程和平是個很有“個性”的學(xué)生，面對導(dǎo)師留給他的“電生理”作業(yè)，他不是很“上勁”，卻對實驗室角落里的一臺二手共聚焦顯微鏡產(chǎn)生了濃厚的興趣。

當(dāng)時，共聚焦顯微鏡價格非常昂貴，即使在L的實驗室，也只有一臺二手貨。由于無人維護(hù)使用，整臺機(jī)器處于半報廢狀態(tài)。這時候，程和平的無線電學(xué)知識就派上了用場。1992年的圣誕節(jié)期間，程和平與回實驗室作學(xué)術(shù)度假的師兄一起，在實驗室泡了整整一周，愣是自己改電路，校調(diào)光路，把這臺機(jī)器給重新調(diào)試成功了。

這還不算完，為了完美地觀測到心肌細(xì)胞的活動，他們又自己設(shè)計加裝了讓觀測信號與拍照信號同步的裝置，還把整臺機(jī)器的“眼睛”——光電探測器——升級到當(dāng)時最好的版本，并采用了當(dāng)時最先進(jìn)的FLUO-3探針。談到調(diào)校設(shè)備，程和平非常自豪：“當(dāng)年我拍的圖像你去看看，跟最新的顯微鏡拍出來的效果差得都不多！”就是用這臺改造的二手共聚焦顯微鏡，師徒三人觀測到了心肌細(xì)胞中鈣離子釋放的最小單位，并將其命名為“鈣火花”（Calcium Spark）。

“鈣火花的生日是1993年1月12日，當(dāng)時我們?nèi)艘黄鹣朊?，最后大家集體決定用這個名字！SD ark！多浪漫！”談到這個名字，他開心得像個剛買了恐龍模型的小男孩，“可惜中文沒完全翻譯出那個韻味?！?/p>

然而，鈣火花的論文在投給《Nature》后，卻被無情地拒絕了，“連送審那一步都沒到?！备耐丁禨cience》的過程也異常艱辛，幾個月的時間里，在被修改了47遍后，論文才登上雜志。幾年后，《Nature》也發(fā)表了他的另一篇有關(guān)鈣火花的文章。

在程和平的科研歷程中，鈣火花的發(fā)現(xiàn)是一個里程碑事件。馬里蘭大學(xué)甚至將這一事件做成銘牌，鑲在發(fā)現(xiàn)鈣火花的實驗室墻上。他發(fā)表的有關(guān)鈣火花的論文，在整個心肌學(xué)100多年的歷史上排進(jìn)了前十，足見其含金量之高。由鈣火花概念又衍生出了一系列的多達(dá)20個鈣火花家族成員，其中近半由程和平參與研究。

也許是因為這一發(fā)現(xiàn)實在有點超前與出人意料，直到1997年程和平去貝勒醫(yī)學(xué)院講學(xué)時，還有學(xué)者私下問他：“你這東西是真的嗎？”質(zhì)疑聲不但來自外部，還來自內(nèi)部。程和平在L實驗室的一位博士后師兄在鈣火花論文發(fā)表一段時間后，突然拿著厚厚一摞實驗數(shù)據(jù)找到L：“鈣火花是假象，我用雙光子顯微鏡都看不到！你們應(yīng)該把論文給撤了！”

雙光子顯微鏡是當(dāng)年全世界最先進(jìn)的光學(xué)斷層掃描設(shè)備，也是共聚焦顯微鏡的下一代產(chǎn)品。在L的實驗室用老設(shè)備發(fā)現(xiàn)鈣火花現(xiàn)象之前，程和平就曾奔赴紐約康奈爾大學(xué)，用世界上第二臺（第一臺為原型試驗機(jī)，也在該大學(xué)里）也是當(dāng)時唯一的一臺用于生物學(xué)實驗的雙光子顯微鏡實現(xiàn)過心肌細(xì)胞線粒體成像，可是如今卻遭到了身邊人的質(zhì)疑。

程和平并沒有多想，“這是非常健康的學(xué)術(shù)質(zhì)疑。”他仔細(xì)檢查了師兄的實驗數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)師兄并沒有采用合適的探針和實驗條件來觀測。為了打消更多的質(zhì)疑，也為了讓更多的同行能從鈣火花成果中受益，程和平?jīng)Q定設(shè)計出一套從圖像中自動探測鈣火花的算法，以擺脫人工觀測的主觀性。因為只要把可重復(fù)性做好，實驗結(jié)果可信度自然會高。

但是要創(chuàng)造出這樣的算法，不僅需要知識的積累，也需要機(jī)緣。程和平是在跟夫人一起去聽交響樂的時候，突然來了靈感?！爱?dāng)時音樂會聽到一半，我突然來感覺了，我就走出音樂廳，在一邊構(gòu)思，等到音樂會結(jié)束時，這個算法基本已經(jīng)在我腦子里成型了。后來《BiophysicalJournal》在發(fā)表論文的時候還專門把整段代碼都附上了，這可是很少見的事。”談到這個算法，他頗為得意：“我的一位美國同事聽到一點風(fēng)聲后打電話來問，是不是人工識別后自動測量。我回答是識別測量全自動，他沉默了半天才說，‘怎么可能呢！”在圖像處理軟件部分，學(xué)過C++的他一開始準(zhǔn)備自己寫，寫了兩個月后覺得工程量太大，找來找去找到了NASA（美國宇航局）用于圖像處理的商業(yè)軟件。時至今日，這套成像軟件依然是鈣火花領(lǐng)域研究者的標(biāo)配。

學(xué)成報國有擔(dān)當(dāng)

1998年，當(dāng)生物膜國家實驗室遇到發(fā)展困境的時候，時任實驗室輪值領(lǐng)導(dǎo)人的北大教授吳才宏找到了程和平：“北大有困難啊，這實驗室是動物所、北大、清華三家輪流坐莊，我們已經(jīng)遇到一次黃牌警告了，再有一次，這個實驗室就要解散了，我可不能當(dāng)這個末代皇帝！”程和平二話不說，從此開始了往返中美的“洲際飛人”生活。時間長了，吳教授對程和平坦言：“干脆你就回來建個實驗室吧，繼續(xù)你在美國的研究。”程和平很實在：“吳老師，我不光燒錢，我?guī)С鰜淼膶W(xué)生也都燒錢，你一年給我?guī)装偃f，我最后可能只能給你幾個Papers（論文）！”吳老師也不含糊：“搞科研哪有不燒錢的！但真正的突破還是要靠基礎(chǔ)研究！”

說干就干，就在同年，未名湖畔的一棟小樓里建起了實驗室，幾百萬的設(shè)備說到位就到位，北大的信任和魄力也深深打動了程和平。久居海外的游子對故國的眷戀之情也愈加濃烈，2003年，他終于下定了決心：“我要回國！”

程和平在回國前最擔(dān)心的并不是自己的待遇，而是國內(nèi)能否有像海外那樣成熟的科研軟硬件環(huán)境。時任九三學(xué)社中央主席、全國人大副委員長的韓啟德在了解到他的困難之后，親自幫他在國內(nèi)聯(lián)系各部委去拜訪，幫著理順各個環(huán)節(jié)以成立北大分子醫(yī)學(xué)研究所。

次年，審批下來了：2005年，經(jīng)費(fèi)也到位了。就在這時，美國NI H（美國國立衛(wèi)生研究院）也給了程和平一份沉甸甸的大禮：終身職位?！斑@個終身職位含金量還是非常高的，要有20位同行專家推薦信，下面20多個院長一起投票。待遇當(dāng)然不用說，年薪人民幣百萬吧，在學(xué)術(shù)界地位也很高?！钡?006年初，程和平還是毫不猶豫地辭去了該職位，回國發(fā)展。

回到北大之后，分子醫(yī)學(xué)所的籌建工作卻并不如預(yù)想的那樣順利。在各項事業(yè)遭遇嚴(yán)重困難時，程和平的美國原上司在電子郵件里對他表示，只要他回去，就立即恢復(fù)他的終身職位。經(jīng)過激烈的思想斗爭后，程和平態(tài)度堅決地回復(fù)：“我不能把船開到一半就扔下不管了?！?/p>

“我回國之前就做好了三套打算。如果回來有足夠的經(jīng)費(fèi)，我就培養(yǎng)一批人才，讓他們跟我一起做實驗研究；如果經(jīng)費(fèi)有限，我就致力于計算，一支筆一臺計算機(jī)搞些理論研究：如果我們真的連計算機(jī)都買不起了，那我就去教書！反正不管怎樣，我相信我總能發(fā)揮作用！”抱著這樣的心態(tài)，再沒有什么困難能難倒他。

見微知著舉世驚

2012年，國家開始在基礎(chǔ)科學(xué)高端裝備自主研制方面加大投入。2014年，程和平接到了國家任務(wù)：把雙光子顯微鏡微型化，用于腦科學(xué)領(lǐng)域當(dāng)下急需的對自由運(yùn)動的動物實時觀測神經(jīng)元集群的活動。

雙光子顯微鏡并不是什么新鮮事物，早在1990年就已面世。它體型龐大，有幾百公斤重。如何把這么大這么重的儀器的核心成像元件縮微到指甲大小，讓體重30多克的實驗小白鼠能夠“帶著跑”，同時還能看得見神經(jīng)元，看得見細(xì)胞里面的“鈣火花”，才是任務(wù)的困難所在。

時至今日，對于當(dāng)年在審批計劃答辯時與國家自然科學(xué)基金委主任的對話，程和平仍然記憶猶新?！爸魅螁栁?，你要的這個錢能買400多輛小汽車，你能交給我什么？我說，我只能給你一個15克的東西，沒準(zhǔn)還更輕?！闭f時容易做時難，這種國家級的項目“只許成功，不許失敗”。程和平要做的事，之前已有許多頂級高手嘗試過，但都沒做成，就連專攻顯微成像的專家都覺得不可能。

2015年，程和平與同事去斯坦福大學(xué)交流，拜訪國際上單光子顯微鏡微型化最成功的科學(xué)家。對方非常不看好這個項目的前景：“Peace，你做不出15克的，做到150克也許還有希望?！?/p>

但是程和平相信自己組建的跨學(xué)科團(tuán)隊，相信團(tuán)隊設(shè)計的技術(shù)路徑。經(jīng)過不斷探索，不斷學(xué)習(xí)，2016年，微型雙光子顯微鏡問世了。顯微鏡成品只有2.2克，小白鼠可以輕松地戴著自由行走，得到的實驗數(shù)據(jù)也非常理想。2016年年底國際學(xué)術(shù)交流時，那位質(zhì)疑程和平的科學(xué)家看到了相關(guān)報告的海報，大吃一驚，馬上把自己整個團(tuán)隊還有他的公司成員都叫來看他們的海報。

“2.2克”一經(jīng)問世就引起了轟動。2014年諾貝爾獎得主，研究“大腦GPS”的科學(xué)家的團(tuán)隊聞訊直接找到課題組尋求合作。一開始這位科學(xué)家派來了他的助手和學(xué)生來北大做實驗，兩個人拿到實驗結(jié)果，當(dāng)場就興奮得跳了起來，趕忙把數(shù)據(jù)發(fā)回給他，他看了之后卻因為“數(shù)據(jù)太完美了”而心存疑竇，直到一個月后親自跑了一趟才心悅誠服。目前，已經(jīng)在他挪威的實驗室獲得了一批好數(shù)據(jù)并提交了一個會議摘要。美國腦計劃共同主席接受《光明日報》采訪，被問及“您覺得中美在腦科學(xué)領(lǐng)域有哪些互補(bǔ)之處”時，第一個提到的就是這個2.2克的雙光子顯微鏡。

“頂天立地”向未來

寫出了學(xué)科前十的論文，做出了世界頂尖的設(shè)備，但程和平最引以為傲的成果卻不是這些，而是他的團(tuán)隊?！拔疫@團(tuán)隊里的40來人，都是我親自挑的，多位同學(xué)都是在國際機(jī)器人大賽中得過金牌的，他們跟著我們團(tuán)隊干這五年（科研項目的周期一般為五年），我敢說，出去以后，到處都會搶著要他們。”

今年春游，程和平給團(tuán)隊中的每位同學(xué)各發(fā)300塊錢，要他們?？顚Ｓ?，去國家大劇院看戲聽音樂。在程和平看來，沒去過大劇院是一種損失，音樂和藝術(shù)能給他們帶來更多的啟發(fā)。

“我們跟蹤的、修橋補(bǔ)路的工作做得太多了。人家國外搞出來一個新概念，我們就跟著做成果，我們寫的論文越多，人家得大獎越快！我覺得科研發(fā)展分為三個境界，從論文數(shù)量，到論文質(zhì)量，最后再到能否開辟一個新領(lǐng)域。我們不能老在別人的‘地里種莊稼，我們要去開辟自己的天地。我和同事們常以此互勉?！?/p>

程和平眼中的“地”已經(jīng)不再局限于具體的科學(xué)成果了，他想得更多、更遠(yuǎn)。我國“十三五”規(guī)劃中有十大科技設(shè)施，每個造價都上了十位數(shù)，程和平作為首席科學(xué)家領(lǐng)銜設(shè)計的“多模態(tài)跨尺度生物醫(yī)學(xué)成像中心”就位列其中。這是我國生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的唯一入選項目，初步選址在懷柔，光是硬件與基建造價就近18億。

大設(shè)施是國之重器。在程和平看來，參與大設(shè)施建設(shè)很光榮，但同時他也深感責(zé)任重大?！耙郧拔覀儑覜]有投入這么大財力、人力與雄心的重器，儀器創(chuàng)制能力極為薄弱，別人不怎么關(guān)注，現(xiàn)在全世界的同行都在看我們。”程和平的團(tuán)隊在海外交流時，美國一所名列世界TOP10的學(xué)校就對他們表達(dá)了羨慕之情。這所學(xué)校也有一個相似的計劃，但卻因為經(jīng)濟(jì)危機(jī)而擱淺了。

“九三學(xué)社是我娘家，王選是我的偶像，我剛回國就買他的書看。他說搞科研就要‘頂天立地，最后他搞出了一個領(lǐng)域，而且形成了產(chǎn)業(yè)?！比绾伟褜＠撐淖兂僧a(chǎn)品，如何把獨一無二的產(chǎn)品變成國家科技產(chǎn)業(yè)競爭重器，是程和平團(tuán)隊正在思考、正在謀劃的事情?！拔覀兊臅r間表就在實驗室門口掛著，到目前為止我們都在按照計劃走，再給我五年，希望咱們能有精彩的故事！”

責(zé)任編輯：馬莉莎