謝更好

2020年本就是一個特殊的年份。對于浙江大學(xué)求是高等研究院教授陳崗來說，這一年尤其特殊：他和同事研發(fā)的紅外神經(jīng)刺激功能磁共振整合技術(shù)被評為2019年度中國十大醫(yī)學(xué)科技新聞之一；他的研究獲得了浙江大學(xué)林百欣高科技獎二等獎。這些榮譽是對陳崗科研成果的肯定，某種程度上也是他童年夢想實現(xiàn)的佐證。

陳崗自幼年起就對如何能夠看見外界的世界，或者說對視覺領(lǐng)域有著濃厚的興趣。陳崗的叔叔因為幼年時斜視沒有及時得到治療，導(dǎo)致左眼幾乎看不見東西。陳崗小時候也查出來患有斜視，在上海五官科醫(yī)院及時進(jìn)行手術(shù)后恢復(fù)了正常的雙眼和立體視覺。自身的經(jīng)歷，讓他體會到通過視覺了解外界世界并不是理所當(dāng)然的，多種眼疾都會對視覺能力產(chǎn)生重要的影響。后來，陳崗了解到視覺神經(jīng)生物學(xué)家Hubel和Wiesel發(fā)現(xiàn)視覺發(fā)育中有一個名為“關(guān)鍵期”的時間段。如果斜視沒有在這個關(guān)鍵期中給予及時治療，就會導(dǎo)致單眼功能失常。他們因此獲得了諾貝爾生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎。

“我叔叔小時候，還沒有這個發(fā)現(xiàn)，沒有得到及時治療。而我的雙眼視覺就是因為視覺神經(jīng)生物學(xué)家的工作而得以恢復(fù)?！标悕弻蒲泄ぷ髡叩木匆庥腿欢?，能夠成為一名科學(xué)家就成了他從小的夢想。

1994年，陳崗順利考入南京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，踏出了成為科學(xué)家的第一步，從此一步一步走進(jìn)了視覺研究領(lǐng)域。

銘記教誨 不斷向前

1998年9月，陳崗來到中國科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院，加入了李朝義院士的實驗室攻讀博士學(xué)位。如果說本科的學(xué)習(xí)為陳崗的科研打基礎(chǔ)，那么讀博士則加速了他科研的騰飛。

李朝義院士是我國視覺領(lǐng)域著名的專家，他經(jīng)常教導(dǎo)學(xué)生，作為科研工作者不能滿足于只在工作時關(guān)注研究，還應(yīng)當(dāng)把科研當(dāng)成一種愛好，在工作和生活中不斷思考，才能不斷進(jìn)步?！扒澳?，李朝義院士因病離開了我們，但我會始終牢記他的教誨，將我正在進(jìn)行的研究工作不斷向前推進(jìn)。”陳崗直到現(xiàn)在還很懷念李院士，導(dǎo)師的教誨讓他深耕科研，絲毫不敢懈怠。

博士就讀期間，陳崗在李朝義院士和時任研究所客座研究員、美國科學(xué)院院士丹揚教授的悉心指導(dǎo)下，對初級視區(qū)中視覺神經(jīng)細(xì)胞的整合野動態(tài)特性進(jìn)行了研究。傳統(tǒng)認(rèn)為視覺神經(jīng)細(xì)胞只對感受野中的視覺刺激有反應(yīng)。整合野是位于感受野外對感受野中的反應(yīng)有調(diào)制作用的區(qū)域。絕大部分有關(guān)整合野的研究，都是對于這個刺激之后數(shù)秒鐘內(nèi)平均分析的結(jié)果，無法獲得時間變化特性。陳崗?fù)ㄟ^結(jié)合使用呈現(xiàn)在方位視覺亞空間中的快速變化的視覺刺激和反向相關(guān)數(shù)據(jù)處理方法，發(fā)現(xiàn)整合野的參與對視覺細(xì)胞的動態(tài)方位選擇性有顯著影響。整合野顯著提升了視覺信息的整體編碼能力。陳崗的這一新發(fā)現(xiàn)為解釋整合野在視覺信息處理當(dāng)中的重要意義提供了新的實驗證據(jù)，被作為封面文章發(fā)表在生理學(xué)研究領(lǐng)域最好的國際雜志之一Journal of Physiology上，也被分布于五大洲的研究機(jī)構(gòu)所引用。

通過首次引入整合野的動態(tài)特性，將原有的對空間域的研究拓展到了時間域，這為計算神經(jīng)生物學(xué)領(lǐng)域建立更接近真實的數(shù)學(xué)模型提供了新的重要實驗依據(jù)。美國康奈爾大學(xué)、明尼蘇達(dá)大學(xué)、英國倫敦大學(xué)等高校、機(jī)構(gòu)的10多個研究組在建立視覺系統(tǒng)神經(jīng)模型時，都整合了陳崗的這一發(fā)現(xiàn)。

陳崗讀博士期間，有件事對他影響很深，直到現(xiàn)在都讓他記憶猶新。那是1999年，中國科學(xué)院與美國科學(xué)院院士蒲慕明先生創(chuàng)立了我國最大的、覆蓋領(lǐng)域最全面的專門性腦科學(xué)研究機(jī)構(gòu)——中國科學(xué)院神經(jīng)科學(xué)研究所，陳崗幸運地成為該研究所的首批研究生。

蒲慕明全面改革了我國在神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的研究與教學(xué)模式，使國內(nèi)就讀的學(xué)生有機(jī)會充分了解世界最新的神經(jīng)科學(xué)前沿，并有條件使用世界一流的腦科學(xué)研究設(shè)備開展研究。這為陳崗之后的研究確立了一個很高的起點。

在神經(jīng)科學(xué)研究所，陳崗還參與了使用磁共振腦成像和光學(xué)腦成像來解析神經(jīng)功能環(huán)路的研究嘗試。當(dāng)時，腦科學(xué)研究的這兩個重要實驗手段和相應(yīng)的設(shè)備尚在發(fā)展中，最終沒有取得預(yù)定的研究結(jié)果，但這對陳崗此后的研究方向產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。

馬不停蹄 赴美工作

古人說，學(xué)海無涯苦作舟。陳崗深知科研沒有止境，他必須勤奮刻苦。2005年，在獲得博士學(xué)位后，他又馬不停蹄地加入了美國范德比爾特大學(xué)，繼續(xù)他在視覺領(lǐng)域的研究工作。

之所以選擇范德比爾特大學(xué)，陳崗有他的考量。范德比爾特大學(xué)有一個包含60多個研究組的跨學(xué)院、多學(xué)科的視覺研究中心，管理著全美靈長類品系最全的用于認(rèn)知科學(xué)研究的實驗設(shè)施之一。而且，范德比爾特大學(xué)成像中心是美國最大的研究用途的磁共振成像中心之一。這些優(yōu)越的條件，讓陳崗的科研如虎添翼，他在該校期間的研究發(fā)現(xiàn)為視覺研究領(lǐng)域做出了重要貢獻(xiàn)。

陳崗在范德比爾特大學(xué)文理學(xué)院任職期間，通過與美國人文與科學(xué)院院士Anna Roe教授合作，將研究工作拓展到了次級視區(qū)的神經(jīng)環(huán)路機(jī)制。陳崗此前的研究是在初級視區(qū)，而次級視區(qū)是一個更為高級的視覺腦區(qū)。在次級視區(qū)，陳崗和同事結(jié)合高分辨率的內(nèi)源性光學(xué)腦成像和電生理實驗手段，發(fā)現(xiàn)具有相似遠(yuǎn)近感覺的視覺神經(jīng)細(xì)胞和具有相似視覺運動特性的視覺神經(jīng)細(xì)胞都存在著明顯的聚集分布趨勢。這是首次有實驗證據(jù)支持在次級視區(qū)中存在有專門處理立體視覺和視覺運動信息的視覺功能結(jié)構(gòu)。這一發(fā)現(xiàn)發(fā)表于知名的神經(jīng)生物學(xué)雜志Neuron上，并被認(rèn)為是顯著改變了人們對立體視覺和視覺運動信息處理腦機(jī)制的理解。陳崗的這些研究成果，不僅被知名綜述雜志Nature Reviews Neuroscience和Annual Review of Psychology所引用，還被紐約大學(xué)的“Visual Neuroscience（視覺神經(jīng)科學(xué)）”研究生課程指定為閱讀材料。陳崗和他的同事還一同受邀為神經(jīng)生物學(xué)界最權(quán)威的參考書之一——美國Academic Press出版社出版的《神經(jīng)生物學(xué)大百科全書》，撰寫了相關(guān)章節(jié)的綜述來介紹這些新發(fā)現(xiàn)和總結(jié)這個領(lǐng)域的進(jìn)展。

后來，陳崗加入了范德比爾特大學(xué)成像中心，轉(zhuǎn)任該大學(xué)醫(yī)學(xué)院放射學(xué)系講師和成像中心教員。此時，通過與成像中心主任美國工程院院士John Gore教授合作，陳崗的研究領(lǐng)域進(jìn)一步拓展到了超高磁場磁共振腦成像技術(shù)研究。陳崗具體負(fù)責(zé)了一臺靈長類動物專用超高磁場磁共振系統(tǒng)的運作。通過使用特殊的磁共振序列、特別優(yōu)化的磁共振兼容固定裝置以及新訓(xùn)練范式來提高磁共振腦成像的圖像質(zhì)量和穩(wěn)定度，成功地將成像精度提升到顯微成像水平。這是全球首次使用磁共振成像手段在清醒受試者的大腦中定位全部六層腦皮層結(jié)構(gòu)、揭示亞毫米功能構(gòu)筑和獲得超高空間精度下百微秒級時間分辨率的功能圖像。陳崗的研究結(jié)果表明超高磁場磁共振的成像精度遠(yuǎn)高于一般醫(yī)用磁共振系統(tǒng)能達(dá)到的空間和時間精度，顯著拓展了這種無損的腦成像技術(shù)——磁共振腦成像在基礎(chǔ)科學(xué)研究和臨床診斷及治療中的應(yīng)用范圍和領(lǐng)域。這一研究結(jié)果發(fā)表在成像學(xué)領(lǐng)域權(quán)威雜志Neuroimage和醫(yī)學(xué)影像學(xué)專業(yè)雜志Magnetic Resonance Imaging上。

在范德比爾特大學(xué)工作多年，陳崗表示：“給我留下最深刻印象的是多學(xué)科交叉和交流對于現(xiàn)代前沿腦科學(xué)研究的重要性?！眰鹘y(tǒng)上，我國按照一級學(xué)科來劃分設(shè)立學(xué)院，在單一學(xué)院當(dāng)中實現(xiàn)科研和教學(xué)功能，學(xué)院的獨立性較高，但這有時會成為多學(xué)科交叉和交流的瓶頸。范德比爾特大學(xué)在設(shè)立類似我國一級學(xué)科的文理學(xué)院、醫(yī)學(xué)院和工程學(xué)院之外，還有很多由多個學(xué)院教授組成的、具有相對集中研究方向但學(xué)科不同的跨學(xué)科研究機(jī)構(gòu)。

“比如我曾經(jīng)工作過的視覺研究中心和成像中心?！标悕徟e例說，研究人員仍是學(xué)院的成員，但研究中心具有相對獨立的研究設(shè)施、研究場地和支持人員及設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)關(guān)聯(lián)學(xué)科群的匯聚性研究。

在范德比爾特大學(xué)多年的工作，為陳崗的科研提供了很多有益的經(jīng)驗，也為他順利開展之后的工作打下了堅實的基礎(chǔ)。

以夢為馬 加入浙大

2014年，陳崗已經(jīng)在美國工作、生活了將近9年時間，此時選擇回國加入浙江大學(xué)求是高等研究院，與兩位師長有密切的關(guān)系。

“時任浙江大學(xué)醫(yī)藥學(xué)部主任段樹民院士，是我在研究生就讀期間就熟悉的師長，他向我介紹了浙江大學(xué)”，陳崗說。浙江大學(xué)是首批“985”和“雙一流”大學(xué)，有著圍繞腦認(rèn)知科學(xué)為中心的齊全的生命、工程、醫(yī)學(xué)、信息和心理等關(guān)聯(lián)學(xué)科群，綜合腦研究實力在我國處于領(lǐng)先地位。浙大的腦科學(xué)研究包括教學(xué)、臨床和科研中心三位一體的架構(gòu)，共有8家附屬醫(yī)院，能開展全譜域的腦疾病診斷和治療。為了突出多學(xué)科的交叉研究優(yōu)勢，2006年，浙大成立了校設(shè)直屬科研機(jī)構(gòu)——求是高等研究院，圍繞神經(jīng)工程等交叉領(lǐng)域開展前沿研究。為進(jìn)一步加強(qiáng)浙江大學(xué)在腦高級認(rèn)知功能領(lǐng)域的研究力量，2013年，求是高等研究院又成立了系統(tǒng)神經(jīng)與認(rèn)知科學(xué)研究所，聚焦腦高級認(rèn)知功能網(wǎng)絡(luò)，重點探索腦功能和腦疾病的網(wǎng)絡(luò)機(jī)制。

“時任求是高等研究院常務(wù)副院長鄭筱祥教授也向我詳細(xì)介紹了求是高等研究院的情況?！标悕徚私獾?，求是高等研究院與臨床研究高度整合。

浙江大學(xué)在腦科學(xué)領(lǐng)域的研究布局與陳崗的研究興趣和工作經(jīng)歷相符，而理解視覺的腦機(jī)制，進(jìn)而能幫助盲人重見光明，一直是陳崗的理想。因此，加入浙江大學(xué)求是高等研究院和系統(tǒng)神經(jīng)與認(rèn)知科學(xué)研究所，成立自己的實驗室，成了陳崗的理想選擇。

加入浙江大學(xué)后，陳崗具體負(fù)責(zé)系統(tǒng)神經(jīng)與認(rèn)知科學(xué)研究所的建設(shè)?！敖ㄔO(shè)過程中遇到了一些困難，很多情況不是一個人或者單獨一個實驗室就能解決的，而是需要一個團(tuán)隊來合作處理?！标悕徴f，在負(fù)責(zé)超高磁場磁共振平臺的建設(shè)時，超高磁場磁共振系統(tǒng)的主機(jī)有40多噸重，超過了校區(qū)道路的預(yù)定設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)備的高度也超過了校區(qū)大門的高度。學(xué)校設(shè)備處和后勤管理處的老師放棄休息，在很短的時間內(nèi)就完成道路方案確定、路面加固；完成了多個實施方案，其中一個方案甚至有為保證安裝時間節(jié)點，把校門臨時拆除的計劃。最后，通過科學(xué)安排，主機(jī)被順利地運抵安裝區(qū)域，保證了系統(tǒng)的安裝進(jìn)度。超高磁場磁共振系統(tǒng)平臺在建設(shè)中獲得了學(xué)校、校內(nèi)各級機(jī)關(guān)，以及求是高等研究院、生物醫(yī)學(xué)工程與儀器學(xué)院、醫(yī)學(xué)院及醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院的全力支持。吳朝暉校長還親自解決很多相關(guān)的問題，如在磁共振系統(tǒng)進(jìn)口報關(guān)遇阻時，親赴海關(guān)進(jìn)行協(xié)調(diào)。

系統(tǒng)神經(jīng)與認(rèn)知科學(xué)研究所的建設(shè)得到了全方位的支持，建設(shè)速度和效率明顯好于美國同類研究設(shè)施的進(jìn)度，其中超高磁場磁共振系統(tǒng)的土建、架設(shè)和調(diào)試幾乎完全按預(yù)定的時間表完成，可能是世界上用時最短的此類系統(tǒng)安裝案例?！斑@體現(xiàn)了浙大人勤與誠的特點，良好的團(tuán)隊合作精神。給我這個新浙大人樹立了良好的榜樣，同時也給出了一個很高的標(biāo)準(zhǔn)，督促我在工作中要時刻高標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格要求自己”，陳崗說。

在求是高等研究院和系統(tǒng)神經(jīng)與認(rèn)知科學(xué)研究所，陳崗很快就成立了視覺實驗室，這是研究所最早成立的研究組之一，初始具體負(fù)責(zé)兩大前沿腦研究平臺——超高磁場磁共振腦成像平臺和靈長類動物實驗平臺的建設(shè)。

超高磁場磁共振腦成像平臺有一流的硬件配置，配備了我國首臺主動屏蔽7特斯拉超高磁場磁共振系統(tǒng)，并且已經(jīng)與世界上主要的國際超高磁場研究中心建立了合作機(jī)制，共享最新硬件與序列進(jìn)展。

“我們在建立超高磁場磁共振平臺后，依托這個研究平臺發(fā)展具有鮮明浙大研究特色的百微米精度高精準(zhǔn)腦功能結(jié)構(gòu)定位?！标悕徴f，近期將重點開展百微米尺度的全腦“客觀”功能鏈接圖譜的繪制。

美國基于腦區(qū)間的相關(guān)性來“主觀”定義功能鏈接，已完成第一階段研究的人腦鏈接圖譜。與美國的研究不同的是，陳崗使用高靶向腦功能調(diào)控來“客觀”判斷腦區(qū)間和腦區(qū)內(nèi)的功能鏈接。美國的計劃受制于啟動時的技術(shù)限制，目標(biāo)只是毫米尺度的圖譜，而陳崗正在開展的研究將會把空間分辨率提高一個數(shù)量級，通過結(jié)合功能柱精度的腦功能結(jié)構(gòu)定位，實現(xiàn)對百微米尺度的鏈接圖譜的精確繪制。

通過與系統(tǒng)神經(jīng)與認(rèn)知科學(xué)研究所的王菁教授和張孝通教授合作，陳崗已經(jīng)對視覺腦區(qū)和觸覺腦區(qū)的精細(xì)鏈接圖譜進(jìn)行了跨腦區(qū)三維初步繪制，驗證了技術(shù)可行性，初步結(jié)果發(fā)表在Science子刊Science Advances上。該研究成果入選2019年度中國十大醫(yī)學(xué)科技新聞。

另一個陳崗主導(dǎo)完成的前沿腦研究平臺是靈長類動物實驗平臺，能夠容納200只猴，已經(jīng)成為專注于認(rèn)知科學(xué)研究的、亞太地區(qū)最大的、品系最全的靈長類研究中心之一?！昂锊粌H具有與人類相似的神經(jīng)通路，而且具有與人相近的感覺與認(rèn)知能力。此外，猴作為一種實驗動物，適宜開展更為豐富的大腦記錄和干預(yù)研究?！标悕徴f，依托該研究平臺，他與研究所同事集中發(fā)展了兩項跨越式的核心腦研究新技術(shù)。其中一個是在優(yōu)化掃描序列和成像硬件后，使用超高磁場功能磁共振腦成像，突破了現(xiàn)有的毫米尺度的功能磁共振腦成像的空間分辨率瓶頸，實現(xiàn)高精準(zhǔn)的百微米精度的腦功能結(jié)構(gòu)定位。具有突破性的是，該研究把讀心術(shù)的空間分辨率，從毫米尺度提高了一個數(shù)量級，達(dá)到了功能柱水平。另一項腦研究新技術(shù)是發(fā)展了新一代的光學(xué)腦調(diào)控技術(shù)，特別是使用無外源標(biāo)記物的紅外神經(jīng)光學(xué)腦干預(yù)技術(shù)，發(fā)展了對神經(jīng)環(huán)路的高靶向性腦功能調(diào)控。該研究使浙江大學(xué)的控腦術(shù)技術(shù)水平提升到了功能柱尺度，神經(jīng)環(huán)路干預(yù)效率和精度居于世界領(lǐng)先。

據(jù)悉，研究所建立至今已開展獲得國家重點研發(fā)計劃，國家原高科技研究發(fā)展計劃（“863”計劃），國家自然科學(xué)基金國際合作項目、重點項目、重點支持項目、重大研究計劃等基金支持的研究項目。

直面艱難 信心依然

國際衛(wèi)生組織2019年發(fā)布了視覺白皮書，指出全球有超過4000萬的盲癥患者。年齡相關(guān)性黃斑變性、視網(wǎng)膜色素變性等多種眼病目前尚無有效治療方法。

“人工視覺裝置可替代病變組織向視覺皮層傳輸信號，是最佳的復(fù)明治療方案?！标悕徴f，國際上已有的人工視覺裝置商用產(chǎn)品僅能提供較粗糙的視覺，新型號提高了植入體電極數(shù)，但難于長期維持有效寫入帶寬，視覺重建效果不盡人意，仍位于世界衛(wèi)生組織定義的盲癥標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，既“看不清”也“看不廣”，尚未實現(xiàn)真正意義上的“脫盲”?，F(xiàn)有的技術(shù)瓶頸是如何提高長期有效寫入帶寬，本質(zhì)是因為缺乏對人工裝置傳遞視覺信息的具體形式和腦機(jī)制的理解。

陳崗目前的研究，正是圍繞新型類腦人工視覺假體構(gòu)建，在深入理解視覺的神經(jīng)機(jī)制的基礎(chǔ)上，發(fā)展新一代視覺腦機(jī)接口技術(shù)，實現(xiàn)高質(zhì)量的人工視覺功能重建。通過整合多種高通量腦干預(yù)新技術(shù)，實現(xiàn)對視覺皮層功能結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)定位和精確調(diào)控；實現(xiàn)可控重建多種視覺特征信息，包括圖像的朝向、方向、深度、顏色、亮度等；實現(xiàn)具備各主要視覺圖像特征信息的人工視覺，完成具有豐富層次的視覺重建。

著名的盲人作家海倫·凱勒在《假如給我三天光明》中寫到，“有視覺就能觀看喜愛的戲劇、電影和風(fēng)景，你可曾想過能享受到色彩、美景與動感的視覺是一個真正的奇跡?！卑押悏粝胫械钠孥E變?yōu)楝F(xiàn)實，是陳崗最終的科研目標(biāo)。據(jù)此，他以后科研的方向，就是通過學(xué)科交叉研究，將實驗成果與臨床等應(yīng)用方面結(jié)合，實現(xiàn)對現(xiàn)有不可治愈眼疾的根治，重建視覺進(jìn)而治愈盲癥。

雖然陳崗內(nèi)心非常清楚，最終治愈盲癥不是5到10年內(nèi)就能完全實現(xiàn)的，而是一場持久戰(zhàn)，但是他依然抱有堅定的信心：科技的力量可以創(chuàng)造“奇跡”。