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《新京报·新知周刊》

 
 
 

日志

 
 

制造“聪明药”  

2007-07-31 13:35:00|  分类: 人物 |  标签: |举报 |字号 订阅

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钱卓:为人类制造“聪明药”
 
www.thebeijingnews.com · 2007-7-29 0:19:35 · 来源: 新京报
 
  
 

制造“聪明药” - 新知周刊 - 《新京报·新知周刊》

  

“聪明鼠”之父钱卓教授致力于破译人类大脑记忆密码

 

钱卓和同事们一道,经过长达8年的实验,终于能够准确地读懂小鼠的“心思”。破译了大脑的记忆密码,也就意味着我们可以通过仪器来监测他人的记忆和意识,具有人类思维方式的机器人也不再是梦想。——这一切,不但奠定了钱卓在全球神经科学领域的领军地位,也拉开了一个激动人心的智能时代的序幕。

 

人物名片

钱卓,美国波士顿大学药理系和生物医学工程系教授,系统神经生物学中心主任。

 

 

在学习记忆研究领域做出了许多重大贡献,领先开创了具有区域和时间特异性的基因和蛋白敲除技术。1999年于普林斯顿大学,因培育出学习记忆能力高于正常小鼠的“聪明鼠杜奇”,而闻名于世,被称为“聪明鼠”之父。他于2004年转至波士顿大学工作。近年来,在母校中国上海的华东师范大学组建了脑功能基因组学研究所。

 

钱卓话语

 

●“我第一次听到脑细胞放电时产生的‘噼噼啪啪’的声音,使我一下子对探索大脑的奥秘产生了强烈的兴趣。”

 

●“传统的实验方法就像你通过拆除汽车的轮子,拔掉点火器,或往发动机里灌水等,来判断汽车是如何工作的。”

 

●“美国的科研体制能宽容探索中的失败,我也希望我们国家在大力提倡科研创新的时候,尽量避免急功近利的评判标准,以及片面地追求《自然》、《科学》、SCI论文等表象指标,这样可能有悖于真正的科学精神,甚至会导致一些学术上的不端行为,从而影响国家和学校的整体声誉。

 

 

1 令世界沸腾的“聪明鼠”之父

 

1999年,一只名叫“杜奇”的小鼠成为科技界的明星。

 

杜奇生活在美国普林斯顿大学的分子生物实验室中。让它超越自己的同胞,闻名世界的,是它拥有同类小鼠无法比拟的智力:学东西学得更快,记忆维持得更长,对于新环境的适应能力更强。这就是让整个世界为之疯狂的“聪明鼠”。

 

制造这只聪明鼠的,就是当时在普林斯顿大学任教的钱卓。

 

据钱卓回忆,当时,他已经知道NMDA受体是重要的记忆分子开关,但它由几个亚单位组成,研究了这些亚单位的生理特征后,他认为NR2B可能是调节NMDA受体功能的关键分子。

 

为了证实自己的推测,钱卓和同事决定以老鼠为试验对象。

 

一般说来,研究大脑中某个基因的功能时,科学家往往会敲除这个基因,看大脑的哪些功能因此出现缺陷,这样就可以确定这个基因的作用了。钱卓对此做了一个形象的比喻:“就像你通过拆除汽车的轮子,拔掉点火器,或往发动机里灌水等,来判断汽车是如何工作的。”但这种敲除基因的方法,存在一个缺陷:很多基因被敲除后,大脑功能几乎陷于瘫痪。研究人员自然也就没有办法来确定哪些基因是最关键的。

 

正是看到了这个缺陷,钱卓决定反其道而行之———不是敲除基因,而是增强大脑中某个基因的功能,观察它对小鼠记忆力的影响。

 

将NR2B基因转入杜奇的大脑中,奇迹开始出现了:杜奇的记忆比以前活跃得多,也显得比自己的同类聪明得多。其中有一个实验是这样的:给“杜奇”一个塑料盒子,第二天又给它另外一个塑料盒子,它知道这个盒子与脑子里记得的前一天的盒子不同,在盒子上嗅来嗅去。而一般的老鼠的反应很平淡,都以为就是前一天的那一个。

 

1999年9月2日,当钱卓在《自然》上发表自己的研究成果时,整个科学界都沸腾了。因为它暗示了这样一个美妙的前景:“实验结果表明,利用基因改造这一生化手段增强哺乳动物的智力是可行的。”也就是说,人类可以通过改造基因来变得更聪明!

 

“聪明鼠”成为1999年世界十大科技成就之一,精明的普林斯顿大学立即为“聪明鼠”申请了专利,并开始着手商业开发。

 

也正是从那一年开始,“聪明鼠”之父钱卓成为生物科学界举足轻重的人物。

 

2 无心插柳与大脑“结缘”

 

钱卓坦率地告诉记者,高中时的他,最喜欢的科目是数学,报考生物专业,完全是“无心插柳”。

 

大学里,钱卓开始对脑科学产生兴趣。“大二时,班上组织同学参观著名生理学家周绍慈教授和翁恩琪教授的实验室,就是在这里,我第一次听到脑细胞放电时产生的‘噼噼啪啪’的声音,使我一下子对探索大脑的奥秘产生了强烈的兴趣。”1984年,钱卓从华东师范大学毕业,到华东理工大学任教。

 

上个世纪80年代,改革开放后第一次出国潮在知识分子中兴起,钱卓也做出了一个决定:赴美留学。

 

刚踏上美国的土地,钱卓就面临一个两难抉择。那时,生物化学是热门学科,也是基础学科,很多研究都要用到生物化学知识。钱卓既想学生化,又舍不得放弃脑科学,“鱼和熊掌”怎样才能兼得?一个人的出现帮他解决了这道难题。莱斯特·德鲁斯(LesterDrewes)教授时任明尼苏达大学生物化学系的系主任,同时又是有名的神经学家。于是,钱卓奔赴明尼苏达大学,师从德鲁斯。

 

经过5年奋斗,1990年,钱卓终于顺利拿到博士学位,他把目光转向哥伦比亚大学,投奔到坎德尔教授门下做博士后研究。坎德尔教授是20世纪最出色的神经生物学家之一,在记忆研究领域有过突出贡献,并获得了2000年的诺贝尔生理学或医学奖。能与这样的大师级科学家合作研究,非常有利于提升自己的视野和科研实力。

 

很快,钱卓开始在学术界崭露头角。在哥伦比亚大学的3年半里,他在小鼠身上发现了不少受到大脑活动调控的基因。对于钱卓的发现,坎德尔不吝赞美之词,称为“very beautifulscience”。此外,他还首次应用差异筛选技术,克隆了一系列依赖于大脑活性的即早基因,如Arc基因和tPA基因等。

 

3 连续拜师两大诺奖得主

 

头顶明尼苏达大学博士和哥伦比亚大学博士后的光环,钱卓要找一份赚钱多的工作,应该是轻而易举的事情。但钱卓再一次做出让人们大跌眼镜的选择:不找工作,再做一次博士后研究。

 

促使钱卓做出这个决定的,依然是对学术的追求。这时,困扰他的问题变成:“那些基因的表达为什么会受到外界刺激的影响?这些基因对大脑活动和动物行为又有什么影响?”要回答这两个问题,就需要深层次的分子生物学知识。

 

而此时的钱卓,尽管在神经科学领域取得了一定成就,但在分子生物技术领域的造诣却不足。意识到这一缺陷将是科研道路上的拦路虎,钱卓立即做出了再做一次博士后研究的决定。

 

这一次,钱卓的目的地是麻省理工学院,著名生物学家利川根进成为他一生中的第3位导师。利川根进是分子生物学领域的泰斗,曾在1987年获得诺贝尔生理学或医学奖。

 

在求学生涯中,能连续接受两位获得诺贝尔奖的大师的教诲,是非常罕见的。从某种意义上说,也体现了生物学界对钱卓的肯定。

 

如果说,之前的十几年是在积蓄能量,那么在麻省理工学院的3年半,钱卓对记忆的研究逐渐步入正轨。

 

Cre/loxP系统是一种对转入基因进行组织特异性、定点操作的基因重组系统,一般用于对细菌等微生物的研究。钱卓却将这个系统用在小鼠身上,成功抑制了NMDA受体的活性(这个受体位于小鼠大脑海马区的CA1区域,参见封面故事)。

 

由此产生的小鼠表现出明显的记忆缺损,证明了NMDA受体在记忆形成过程中的关键作用,也为后来的研究奠定了坚实的基础。

 

不久,这一重大发现便发表在著名的学术杂志《细胞》上。看到论文后,坎德尔教授立即给与高度评价:“这真是一流的研究工作。”钱卓的创新精神、不拘泥于传统的创新精神在这次研究中体现得淋漓尽致。一位同事这样说道:“在生物学的其他研究领域,使用Cre/loxP系统的人不在少数,但钱卓却是第一个将这一系统用于神经生物学的科学家。”而由他开创的Cre/ loxP介导的条件性基因敲除技术,更是被世界上的许多实验室所采用。对于一个生物学家来说,自己发明的方法能得到同行的广泛认可,绝对是一个巨大的荣誉。

 

1997年,著名的普林斯顿大学为了加强科研力量,向年轻有为的钱卓伸出橄榄枝,请他加盟该校分子生物学系,并为他组建单独的实验室。在那里,钱卓用了不到3年的时间,就研制出“聪明鼠”。

 

4 雄心勃勃的“大脑破译计划”

 

“对大脑编码原理的研究,只是一个开端,我今后的主要研究方向是推动类似人类基因组计划的国际‘大脑破译计划’。”2001年,钱卓接受华东师范大学的邀请,回到阔别16年的母校。当年10月,在相关单位的帮助下,钱卓为母校组建了脑功能基因组学研究所,并承担了多个研究项目。

十几年来,钱卓始终处于科学的最前沿,在辉煌成就的背后,少不了艰辛与挫折,但他总是坦然面对:“一般来说,科学研究是一个漫长的过程,就好像种一颗果树,需要多年的耕耘,才有可能有收获,但也存在各种风险,可能会颗粒无收。当然,当你自己最欣赏的论文被好杂志拒绝接收的时候,可以说是最痛苦的。不过十几年来,我已经习惯了。”“聪明鼠”、“记忆密码”足以使钱卓载入科学的史册,但在他看来,这只是一个开端,因为在他心中已经有了一个更加宏伟的研究计划:类似“人类基因组计划”的国际“大脑破译计划”。

 

最后,当记者请他对国内的科学研究提点建议时,他满怀感触地说:“美国的科研体制能宽容探索中的失败,我也希望我们国家在大力提倡科研创新的时候,尽量避免急功近利的评判标准,以及片面地追求《自然》、《科学》、SCI论文等表象指标,这样可能有悖于真正的科学精神,甚至会导致一些学术上的不端行为,从而影响国家和学校的整体声誉。因此,我们国家应该尽快地建立一种稳定有效的、真正能鼓励创新的科研体制。”

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