干思思

數(shù)年前，科幻電影《超體》風(fēng)靡全球，女主角被注射毒藥，命懸一線之際，藥品竟激發(fā)了她大腦的潛力。這導(dǎo)致女主角100%的大腦神經(jīng)元被激活。電影以其超凡的想象力和震撼的視聽(tīng)效果，使得人腦潛能成為廣泛熱議的話題。人們不禁要問(wèn)：人腦的運(yùn)作機(jī)制究竟是怎樣的？藥物能否促進(jìn)人腦潛能開(kāi)發(fā)？類腦人工智能真的能實(shí)現(xiàn)嗎？

要回答這些問(wèn)題，讀懂大腦是第一步，也是最關(guān)鍵的一步。多年來(lái)，復(fù)旦大學(xué)類腦智能科學(xué)與技術(shù)研究院青年研究員賈天野致力于挖掘神經(jīng)影像遺傳學(xué)數(shù)據(jù)，以探索人類認(rèn)知行為及精神障礙的復(fù)雜神經(jīng)生物學(xué)機(jī)制，并取得了一系列高水平的、具有國(guó)際影響力的研究成果。這一系列的工作成果為最終讀懂人腦做了諸多積極探索，為精神疾病的診療新方法及類腦智能研究提供了重要的啟發(fā)思路和理論基礎(chǔ)。

厚積薄發(fā) 鋒芒初現(xiàn)

賈天野

賈天野出生于天府之國(guó)四川，以優(yōu)異的成績(jī)考取了復(fù)旦大學(xué)物理系，但他有些“遺憾”，他回憶：“本來(lái)我的第一志愿是生物專業(yè)，但省前兩名報(bào)的也是生物學(xué)，只得轉(zhuǎn)而學(xué)物理專業(yè)。”然而，多年的求學(xué)生涯之后，賈天野說(shuō)道：“塞翁失馬焉知非福，物理是最講究實(shí)證的科學(xué)之一，系統(tǒng)性的學(xué)習(xí)物理培養(yǎng)了我嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)證主義治學(xué)態(tài)度?！边@對(duì)于所有自然科學(xué)類的研究都是極其重要的；另一方面近代的很多物理學(xué)上的重大進(jìn)展又源于天馬行空般的靈光一現(xiàn)，這一段“精彩的歷史”為科學(xué)研究帶來(lái)了一抹少有的“浪漫主義”色彩?！盎谇叭说囊恍┭芯砍晒?，提出大膽想法，并在后續(xù)研究中驗(yàn)證”賈天野表示，“這樣的研究是非常引人入勝的?！币虼?，物理學(xué)的學(xué)習(xí)經(jīng)歷使得他形成了“大膽假設(shè)、小心求證”的治學(xué)理念。

本科畢業(yè)后，賈天野遠(yuǎn)赴英國(guó)伯明翰大學(xué)攻讀計(jì)算基因組學(xué)博士學(xué)位。計(jì)算基因組學(xué)是一門運(yùn)用高性能計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)，對(duì)基因組數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析和統(tǒng)計(jì)建模的學(xué)科，屬于遺傳學(xué)范疇。從傳統(tǒng)的物理學(xué)轉(zhuǎn)到新興的計(jì)算基因組學(xué)，無(wú)論是研究?jī)?nèi)容，還是研究方法上，都有著很大的區(qū)別，也意味著研究者要付出更多的努力?！巴部赖??！被貞浧鹱x博時(shí)光，賈天野不禁感慨。確實(shí)，不僅要快速適應(yīng)、熟悉一門新的學(xué)科，還要在短時(shí)間做出成果，實(shí)屬不易。苦心人，天不負(fù)。5年后，賈天野最終順利畢業(yè)，達(dá)成了“學(xué)生物”的夙愿。

2010年前后，倫敦國(guó)王學(xué)院?jiǎn)?dòng)了關(guān)注青少年“強(qiáng)化”行為的縱向歐洲合作研究——IMAGEN計(jì)劃，采集大約2000個(gè)群體青少年樣本在10年間的縱向追蹤數(shù)據(jù)，涵蓋了全維度的基因組、腦神經(jīng)影像及行為數(shù)據(jù)。這樣海量且豐富的數(shù)據(jù)，不僅在當(dāng)時(shí)，即使在今天也是獨(dú)一無(wú)二的?！拔耶?dāng)時(shí)意識(shí)到基因組相關(guān)研究要求大樣本數(shù)據(jù)作為支撐，而IMAGEN豐富的研究數(shù)據(jù)可以滿足這一要求?！币虼?，賈天野作為生物信息研究員加入世界著名的倫敦精神病研究院（現(xiàn)隸屬于倫敦國(guó)王學(xué)院）。

獲得海量生物大數(shù)據(jù)的支持，在加入倫敦國(guó)王學(xué)院的第二年，賈天野就有了重要發(fā)現(xiàn)。通過(guò)結(jié)合神經(jīng)影像、行為及遺傳學(xué)信息，他與同事首次實(shí)現(xiàn)了“遺傳-神經(jīng)機(jī)制-酗酒行為”的神經(jīng)生物學(xué)模型在人類以及實(shí)驗(yàn)動(dòng)物上的雙重驗(yàn)證，并于2012年發(fā)表在國(guó)際權(quán)威綜合期刊PNAS上。該研究引起了社會(huì)及學(xué)界的廣泛關(guān)注，包括路透社及英國(guó)廣播電臺(tái)（BBC）紛紛跟進(jìn)報(bào)道，而物質(zhì)成癮領(lǐng)域的權(quán)威期刊Addiction Biology主編、德國(guó)海德堡大學(xué)精神藥理學(xué)研究院院長(zhǎng)Rainer Spanagel教授，在社論式回顧文章中，兩次舉例該研究成果作為“當(dāng)前最先進(jìn)的飲酒成癮遺傳學(xué)研究范式”的例證。

此后，賈天野再接再厲，通過(guò)神經(jīng)影像的全基因組關(guān)聯(lián)分析、行為遺傳學(xué)分析及動(dòng)物模型驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)并確認(rèn)了VPS4A基因作為腹側(cè)紋狀體獎(jiǎng)賞加工及多動(dòng)行為的遺傳學(xué)基礎(chǔ)，并提出可能的分子神經(jīng)調(diào)控通路。論文發(fā)表在2016年的PNAS上，并被荷蘭皇家科學(xué)院Barbara Franke院士在多個(gè)綜述中作為影像遺傳學(xué)的重要早期范例詳細(xì)引用。

本科4年，在海外讀博、工作11年，用了15年時(shí)間，賈天野完成了漫長(zhǎng)而又艱辛曲折的學(xué)習(xí)、積累過(guò)程。如一柄利劍，經(jīng)過(guò)捶打淬煉，正待出鞘。

上下求索

近年來(lái)，隨著社會(huì)發(fā)展導(dǎo)致的人口老齡化、競(jìng)爭(zhēng)壓力升高等原因，神經(jīng)退行性疾病及精神障礙的發(fā)病率均呈上升趨勢(shì)。因此，人類迫切地希望解構(gòu)大腦運(yùn)作的機(jī)制。另外一方面，進(jìn)入21世紀(jì)后，世界各國(guó)都加緊了探索大腦機(jī)制的研究步伐，以期在這一前沿領(lǐng)域拔得頭籌，占領(lǐng)新的科技制高點(diǎn)。我國(guó)也啟動(dòng)了相關(guān)研究，統(tǒng)籌開(kāi)展以探索大腦秘密、攻克大腦疾病為導(dǎo)向的腦科學(xué)研究和以建立與發(fā)展人工智能技術(shù)為導(dǎo)向的類腦研究。

2015年，復(fù)旦大學(xué)類腦人工智能科學(xué)與技術(shù)研究院誕生。作為國(guó)內(nèi)高校最早成立的腦科學(xué)、人工智能、類腦研究交叉融合的科研創(chuàng)新機(jī)構(gòu)，其旨在面向腦與類腦科技創(chuàng)新重大前沿和國(guó)家重大戰(zhàn)略需求，開(kāi)展大腦認(rèn)知機(jī)制解析、神經(jīng)形態(tài)仿真、類腦智能算法、腦疾病智能診療、通用智能和群體智能等原創(chuàng)性基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究。延攬世界一流人才，成為研究院發(fā)展的必然。賈天野出色的研究成果，引起了人工智能與大數(shù)據(jù)研究專家、類腦人工智能科學(xué)與技術(shù)研究院院長(zhǎng)馮建峰教授的關(guān)注。其實(shí)，早在2014年，研究院尚在籌建之時(shí)，馮院長(zhǎng)就曾動(dòng)員賈天野回國(guó)?；貧w祖國(guó)，以一身本領(lǐng)回饋母校，也是賈天野深藏內(nèi)心多年的夙愿。面對(duì)馮教授的邀請(qǐng)，賈天野立刻答應(yīng)并加快結(jié)束已開(kāi)展的研究工作，以期早日歸國(guó)。研究院建成后不久，賈天野作為青年研究員全職加入進(jìn)來(lái)，在馮建峰教授等學(xué)術(shù)帶頭人的帶領(lǐng)下，繼續(xù)針對(duì)人類認(rèn)知行為和精神障礙進(jìn)行神經(jīng)影像及遺傳學(xué)研究，并在回國(guó)后的短短幾年內(nèi)，連續(xù)做出了多項(xiàng)重要的研究成果。

針對(duì)神經(jīng)影像缺乏可靠的大規(guī)模遺傳-環(huán)境交互作用（例如其重要的表征物DNA甲基化）相關(guān)研究的狀況，賈天野與Dr.Desrivières合作開(kāi)展了一場(chǎng)探索性的科研之旅。通過(guò)對(duì)來(lái)自全世界11個(gè)甲基化工作組3337名人類被試者的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究，他們發(fā)現(xiàn)了海馬體積的表觀遺傳學(xué)基礎(chǔ)，并原創(chuàng)了DNA甲基化“跨組織等效性檢驗(yàn)”統(tǒng)計(jì)模型，可有效回答表觀遺傳學(xué)中生物學(xué)標(biāo)記物在不同器官/組織間的等效性問(wèn)題。相關(guān)一作論文發(fā)表在2019年的分子精神病學(xué)的權(quán)威期刊Molecular Psychiatry上。

針對(duì)青少年中常見(jiàn)精神障礙共病和分型的神經(jīng)基礎(chǔ)這一關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，賈天野從“強(qiáng)化”相關(guān)的特異性神經(jīng)環(huán)路入手，構(gòu)建多任務(wù)模態(tài)神經(jīng)影像大數(shù)據(jù)解析多維度行為數(shù)據(jù)的研究新思路/范式，揭示了精神障礙相關(guān)行為在不同認(rèn)知神經(jīng)環(huán)路上的特異性神經(jīng)標(biāo)記物，為跨疾病診斷及分型治療提供了重要的理論基礎(chǔ)，被英國(guó)皇家學(xué)會(huì)Trevor Robbins院士稱贊為“開(kāi)創(chuàng)性的研究”。相關(guān)一作兼共同通訊論文發(fā)表于2020年的Nature雜志子刊、國(guó)際權(quán)威綜合性期刊Nature Human Behaviour上。

就在最近，針對(duì)“負(fù)向信息調(diào)控紊亂”與酒精濫用的關(guān)聯(lián)這一新興的研究方向，賈天野與指導(dǎo)的博士生謝超一起，基于在人類認(rèn)知行為、神經(jīng)影像數(shù)據(jù)上的發(fā)現(xiàn)，以及動(dòng)物模型上的證據(jù)，以“互補(bǔ)性原理”出發(fā)，原創(chuàng)性地發(fā)現(xiàn)并提出大腦“內(nèi)側(cè)眶額葉”對(duì)中腦危機(jī)響應(yīng)中樞“背側(cè)導(dǎo)水管周圍灰質(zhì)”不同類型的調(diào)控紊亂可導(dǎo)致強(qiáng)迫性或沖動(dòng)性酒精濫用的雙通路模型。相關(guān)共同一作兼共同通訊論文發(fā)表于2021年的Science雜志子刊、國(guó)際權(quán)威綜合性期刊Science Advances上。這一研究的發(fā)現(xiàn)因?yàn)橥黄屏藗鹘y(tǒng)上專注于“中腦-邊緣”獎(jiǎng)賞系統(tǒng)的成癮問(wèn)題研究范式，被英國(guó)皇家學(xué)會(huì)Barry Everitt院士稱贊為“極其重要”。而英國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院David Nutt院士認(rèn)為此研究“見(jiàn)解深刻”，并對(duì)新的治療手段的開(kāi)發(fā)具有重要的啟發(fā)作用。

路漫漫其修遠(yuǎn)兮，吾將上下而求索。在類腦科學(xué)研究上，賈天野還將繼續(xù)向前。

砥礪前行

作為青年科研工作者，賈天野沖鋒在前，已取得諸多驕人成果。面對(duì)成績(jī)，他不驕不躁，依然葆有科研初心，腳踏實(shí)地、逐步深入地開(kāi)展著系列研究。

“我們?cè)噲D更精細(xì)地劃分大腦的一些功能，獎(jiǎng)賞加工和注意加工這兩種截然不同的大腦信息加工通路往往是同時(shí)出現(xiàn)的，有沒(méi)有什么方法能夠?qū)λ麄冞M(jìn)行拆分，提高觀測(cè)信號(hào)的特異性？這就是我們正在進(jìn)行的工作，并且已經(jīng)有了非常令人振奮的進(jìn)展?！辟Z天野介紹。

除了科研工作外，賈天野還代表類腦研究院負(fù)責(zé)張江國(guó)際腦庫(kù)的建設(shè)協(xié)調(diào)工作。據(jù)介紹，張江國(guó)際腦庫(kù)（ZIB）又稱“國(guó)際腦科學(xué)全維度腦庫(kù)”，是研究院下設(shè)的生物醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)中心，也是上海市“腦與類腦智能基礎(chǔ)轉(zhuǎn)化應(yīng)用”市級(jí)重大專項(xiàng)支持建設(shè)的重要基礎(chǔ)設(shè)施平臺(tái)。按照“三庫(kù)（干庫(kù)、濕庫(kù)、算法庫(kù)）融合，多源共享”的建設(shè)思路和“全維度、多模態(tài)、跨時(shí)空”的數(shù)據(jù)獲取模式，干庫(kù)和算法庫(kù)由類腦研究院聯(lián)合多家國(guó)內(nèi)外醫(yī)療和科研機(jī)構(gòu)共同建設(shè)。

團(tuán)隊(duì)合影

“現(xiàn)在，ZIB已擁有UK Biobank、ABCD、HCP等國(guó)際共享數(shù)據(jù)庫(kù)52萬(wàn)余例。而到2023年，它將圍繞精神分裂癥、抑郁癥、自閉癥、腦卒中、精神退行性疾病以及大學(xué)生人群等6個(gè)隊(duì)列共1.5萬(wàn)人次，采集環(huán)境、行為、遺傳、腦影像、神經(jīng)等5-O尺度數(shù)據(jù)，并在全國(guó)建立多個(gè)腦科學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)臨床合作點(diǎn)?！闭f(shuō)起ZIB，賈天野如數(shù)家珍。據(jù)了解，ZIB也將與全球主流生物數(shù)據(jù)庫(kù)建立安全、互利的合作共享機(jī)制，致力于建成全球最大規(guī)模的全維度腦數(shù)據(jù)庫(kù)和算法中心之一。

作為青年研究員，賈天野在馮建峰院長(zhǎng)的指導(dǎo)下開(kāi)展研究工作。同時(shí)，作為年輕一代的科研骨干，賈天野身邊也聚集了數(shù)位優(yōu)秀的博士生，在他的指導(dǎo)下，他們實(shí)現(xiàn)了快速成長(zhǎng)。類腦科學(xué)往往涉及大量的多學(xué)科交叉融合的前沿研究方向，需要不同學(xué)科背景的研究者進(jìn)行思維的碰撞，僅僅依靠某一學(xué)科，某一個(gè)人“單打獨(dú)斗”很難取得突破進(jìn)展。對(duì)此，賈天野深有感觸，他的團(tuán)隊(duì)匯聚了來(lái)自基礎(chǔ)心理學(xué)、生命科學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)及應(yīng)用數(shù)學(xué)方向的博士生，他也總是會(huì)鼓勵(lì)學(xué)生們互相幫助、互相學(xué)習(xí)，從個(gè)人特異性的研究視角去切入腦科學(xué)領(lǐng)域的重要問(wèn)題，并在這個(gè)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)個(gè)人的進(jìn)步和團(tuán)隊(duì)整體研究能力的提升。研究院有個(gè)傳統(tǒng)——每周二下午都會(huì)組織固定的大討論，討論會(huì)的內(nèi)容覆蓋數(shù)學(xué)、物理學(xué)、神經(jīng)科學(xué)和臨床醫(yī)學(xué)等多個(gè)學(xué)科，還吸引和集聚了國(guó)內(nèi)外各個(gè)學(xué)科專業(yè)的科研合作者，常常是100余人同時(shí)在線參與，層次和水平不亞于一場(chǎng)國(guó)際論壇。這是難得的頭腦風(fēng)暴和學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)。賈天野總是會(huì)帶領(lǐng)學(xué)生學(xué)習(xí)、觀摩、“參戰(zhàn)”。

賈天野表示，相信伴隨著類腦研究院的快速蓬勃發(fā)展，借助國(guó)內(nèi)腦科學(xué)研究的春風(fēng)，通過(guò)團(tuán)隊(duì)和自己的不懈努力、不懈奮斗，會(huì)在人類認(rèn)知行為及精神障礙等腦科學(xué)研究領(lǐng)域做出更多、更重要的成績(jī)。