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章晓辉:努力做有显示度的科研

20171220日,顶级国际脑科学学术期刊《神经元》(Neuron)发表了实验室章晓辉教授课题组关于脑电波生成机制的最新发现,这是实验室继20174月在《自然-神经科学》(Nature Neuroscience)上发表关联学习的大脑环路基础的发现后,又一具有国际重大影响力的科研发现。


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一、走进不起眼的小平房


在师大科技楼的东边有一排很不起眼的小平房,从外面看上去这排小平房着实普通,这里就是北京师范大学认知神经科学和学习国家重点实验室。走进里面一看,一方面,不仅内在的布局十分精致、环境十分舒适,洋溢着一种大家庭的和谐与温馨。另一方面,各类实验室的仪器摆放也是错落有致、整齐有序,彰显着实验室一贯的严谨认真。在这里,你不会为时光滴答滴答地流逝而焦虑,你不会为任何外在的琐事所干扰,你也不会为信息时代铺天盖地的消息而掩埋。走进了实验室就意味着摒弃一切杂念全身心地投入,这里注定是为那些以科研为志业的人准备的。


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驻足在实验室的学术墙前一眼望去,心中的敬意油然而生。只有真正在这里感受一番,你才能明白,在顶级国际期刊发文的背后是这个团队长期不懈的坚持与努力,每一个重要发现的取得都是这个团队集体智慧的结晶。章晓辉解释,“我们发论文主要是以质量取胜,我实验室的目标是每年在我们专业领域国际排名前几位的期刊上发一至两篇论文。在科研中,注重质量永远是第一位的,而你要做有质量的东西就意味着你必须要投入更多的精力,这是一个漫长的学习过程,来不得半点浮躁。只有做有质量的东西才能真正使自己有所提升,才能产生学术影响力。”


当我们与他谈及课题组于2017年12月在《神经元》(Neuron)上发文一事,他谦和地说到,“能有这样的成果靠的是我们课题组全体成员的辛勤努力,发文本身不值得庆贺,重要的在于我们自己多年探索的成果取得了国际学界的高度认可,这对我们课题组全体成员来说是一个莫大的鼓舞。”事实上,从2007年开始,章晓辉就一直向《神经元》(Neuron)投稿,基本每年都要投一篇,但都没成功。如今他的投稿邮箱依然清晰地记录着每一次的投稿信息,有的是被立即拒绝掉了,有的是经过审稿之后被拒绝的。“但这并不妨碍我继续往前走,每年都会努力尝试,总共投了有九稿之多,今年总算有个好结果,这是一个需要不断积累的过程,过程做好了,结果自然也不会差。”


二、不积跬步,何以至千里


不积跬步,何以至千里?要做出有国际影响力的重大发现,最重要的是要善于在日常的科研中不断积累新的想法,再由这些不成熟的想法渐渐发展形成开拓的系统的观点,没有这一步也就没有科研的创新。“我在2003年回国以后就一直在从事神经环路功能和可塑性的研究,很多研究的想法都是在这个过程中逐渐积累和凝练出来的,2013年来到重点实验室以后,凭借实验室提供的优势平台和科研资源,我的很多想法就能够付诸实践了。你要知道像我们这样拥有这样规模先进硬件设备的神经电生理实验室在国际上并不多。”


同时,要做出有国际影响力的重大发现,还离不开技术方面的日积月累。实验室一直紧盯于学习记忆背后的相关神经机制研究。2017年4月,章晓辉课题组在《自然-神经科学》(Nature Neuroscience)上面发文揭示了大脑重要脑区(海马)如何参与学习过程。而12月的这一篇是关注神经脑区以及其中的神经元是如何展开工作的,“尽管我们实验室目前的研究能力还达不到对整个大脑的神经元进行系统研究,但我们可以研究其中某一部分神经元的工作机理,比如我们现在研究视觉感知或学习相关的神经元信息编码和存储的工作机制,可推进了解人脑学习记忆的工作机理等。”


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据章晓辉介绍,国内对这些特定神经元的追踪研究实际上已经有十几年的时间了。以前研究人员都是把动物大脑取出来,切成很薄的组织片进行静态研究,这种研究方法虽然能够清楚地观察到脑细胞,但由于取出的细胞是一个离体的系统,研究人员看不到神经元在大脑整体系统中的动态活动过程。“而现在实验室团队可以通过在一些完整的、清醒的动物大脑上面做研究,进而更生动地探测脑细胞及其形成的神经环路的工作原理。具体而言,就是在确保实验动物大脑清醒的状态下,给予实验动物一定的外界感觉刺激,使其产生一定的大脑活动,然后采用国际最先进光遗传操控技术和高密度多道电极记录技术分别操控、记录和甄别神经网络中不同类型神经元的放电活动。”当然类似这样的技术积累还有很多,再比如,为了确保实验的精准,章晓辉在师大建立了第一个符合国际标准的转基因动物基地,里面培育有他和其它实验室的近30多种转基因小鼠,用于实验的小鼠就是由基地精心培育出来的。“正是靠着这样一些技术上的积累和保障,所以我们就可以去做一些非常有挑战性的研究,进而有所发现。”


三、没有问题导向,就没有创造性研究


虽然新的想法和技术的累积都是构成基础科研取得突破性进展的关键因素,但这仅是就研究过程本身而言的。如果就研究创新的角度而言,新的想法往往对基础研究的开展起决定性作用。因为没有新的想法,技术攻关也就失去了方向。


因此,实验室自创立以来就将创造性研究作为自己的科研定位,在多年的研究实践中,章晓辉和他的团队已经形成了自己特有的创造性研究路径。


在实验室,小到一根一根的微电极,大到3D打印机甚至一些复杂的精密记录系统,都是实验室团队自主设计或搭建出来的。在章晓辉看来,要作出有创造性的研究成果,最根本的就是要面向实验需要、坚持问题导向。比如,目前章晓辉课题组正在做脑网络电活动的驱动机制研究,这是在国际上长期困扰科学家的一个难题,“虽然在技术和知识积累上还没有达到一个成熟度的时候,这个问题难以有比较重大的突破。但只要有了这样的问题导向,技术和知识积累总会越积越多,研究的广度总会在一点一滴地量变中接近质变的飞跃,研究的深度也总会在对现象的全方面观察中达到对规律本质的认识。”


在具体科研实践中,很多研究工作者虽然也都自觉在科研中坚持问题导向,但问题在于坚持什么样的问题导向?这一问题实际上包含有两部分内容,第一,究竟什么问题才是值得科研人员高度重视并坚持不懈研究下去的?第二,科研人员怎么才能在日常的科研工作中发现有价值的问题?在章晓辉看来,“要作出有创造性的研究成果,前提是必须要关注专业领域那些一直存在的基础性问题。”另外,发现这些基础性问题其实并不困难,一方面,“我经常会建议我的学生,一开始尽量不要去读大量文献,往往会埋在里边理不出头绪,而更应该去读教科书,教科书上会告诉你领域中长期存在的基础性问题。”另一方面,章晓辉也喜欢鼓励学生进行独立地批判反思,引导学生从一些众人皆知的知识和定律入手,进而发现值得研究的问题。“对于那些众人皆知的定律、知识你能不能用一些新的发现来补充它抑或挑战它,如果你采用新技术方法做出的发现完全或部分地推翻了它,那你就会在这个领域知识上写下重要的一笔。”


四、营造踏实进取的实验室文化,激发学生的主体创造力


在章晓辉看来,他和课题组之所以能保持研究的灵感和动力,很大程度上得益于实验室多年积淀形成的以“勤奋踏实、创新进取”为核心要义的文化精神。


首先,保持科研的热情和兴趣是从事研究的最基本前提。科学研究在本质上是探索未知的过程,但这种探索决不是轻易就能实现,期间不能不经历许多挫折失败,如果没有极高的热情和兴趣,学生很容易半途而废。所以,必须注重培养学生的科研兴趣,使学生的科研兴趣真正建立在内在驱动力的自发性基础之上。


其次,鼓励学生一定要瞄准领域内最前沿的基础问题。“我们的学生基本是以硕士研究生招收进来,在神经科学研究方面从一张白纸开始训练。目前我们实验室的做法是,鼓励学生一定要钻研最前沿的基础问题,沉下心去下一番心无旁骛的苦功夫。由于两年到三年的硕士培养往往达不到这样的目标,所以我们一般会鼓励说服硕士生继续在实验室读博。”为了让学生领略最前沿的科研动态,章晓辉从2014年开始,在国家重点实验室支持下创立“京师学堂”脑科学前沿系列讲座,定期邀请国内、外知名学者来实验室进行学术讲座,现已举办了50个高水平学术讲座,他希望通过这样的讲座不仅能让学生开拓学术视野,而且能让他们真正明白什么是高质量的科研成果,从而最大限度地激发学生内在的科研兴趣。


最后,鼓励学生把目标放得高远一些,下苦功夫作出高质量的论文,争取在国际顶尖的期刊杂志上发表。“我们希望学生在研究的积累中作出有显示度的工作,所谓‘有显示度的工作’,对学生而言,就是你要能在这个领域内排名前几位的期刊杂志独立地发表自己的研究成果。”


五、做有显示度的科研,努力在教科书上留下一笔


在交谈中,我们发现章晓辉总是谈及要做“有显示度的科研”,显然,做“有显示度的科研”是他对自己科研工作自觉的内在的本质规定。但这种“有显示度的科研”究竟指向什么?有什么具体内涵?


首先,“有显示度的科研”意味着一种“科研根据地”意识,就是说要划定好自己的研究领域和范围。什么都研究,必然是什么都研究不深、不精,自然也就谈不上做“有显示度的科研”。上世纪九十年代,章晓辉在中科院生理研究所攻读硕士学位,那里是中国神经电生理研究的发源地,从那时起,他就一直从事神经电生理的研究,因为它是揭示大脑工作原理的最终技术手段之一。直到今天,二十多年过去了,不管具体的研究问题怎样变换,但中心都是围绕神经电生理而展开的。


其次,章晓辉始终重视对基础问题的研究,注重发现在一些看似没有疑惑的原理问题上找到可疑之处。比如,就人体神经疾病的研究来说,章晓辉一贯主张与其片面地研究神经疾病本身的病理,倒不如先去了解大脑自身的一些机理。“我们实验室曾经做过一些疾病模型的研究,但做完以后才发现,我所能做的只能是一些简单的描述性的东西,真正要去研究其内在机制还需要有很深入得研究才行。所以,后来我们实验室就果断调整方向,沿着基本问题去展开,提出一些原理性的问题,比如单个神经细胞是怎么进行神经计算的?神经细胞怎么连在一起?……等等。”


再次,“有显示度的科研”在一定程度上也意味着将基础科研的成果能应用于社会生产生活,转化为一定的社会效益。“科学技术是第一生产力,科研成果不应局限停留于少数科学家或科研工作者的学术交流探讨中,而应该积极向社会生产力转化。比如,通过揭示大脑神经元的一些工作机理,在很大程度上能推动对智能计算和人体部分疾病的研究,进而对社会发展产生积极有益的影响。”


最后,对于章晓辉自己而言,最重要的就是希望通过自己认真扎实地研究,在专业领域的知识积累上面作出自己力所能及的贡献。用他自己的话说,“我希望有朝一日,我和我的课题组能在权威的教科书上留下属于我们的一笔。对一个科研工作者而言,任何外在的名利都不过是转瞬即逝的东西,但在知识积累上留下一笔却是实实在在的。个体的生命有限,但历史经验知识的积累却始终在延续。一个科研工作者只要能通过自己正直、诚实、辛勤的科研劳动为自己专业领域知识的积累留下一笔,这就是最大的欣慰了。”


基础科研的创新突破离不开一代又一代科研工作者的接力奋斗,在这种接力奋斗中,科研经验得以不断累积,科研认识得以渐渐深化,科研智慧得以成倍增加。当前,我们已进入了决胜全面建成小康社会的关键时期,不久就要开启全面建设社会主义现代化强国的壮丽征程,真正迎来实现民族复兴的光明前景。面向新时代中国特色社会主义事业的长远发展,我们比以往任何时候都更加需要基础科研取得原创性、突破性、关键性的成果。只有以世界一流的眼光和标准在基础科研中不断耕耘,以创新性的思维对原有成果进行批判性反思,才能真正推动我国基础科研在新时代迎来新的长足进步。衷心祝愿北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室在基础研究方面作出更多贡献,也祝愿章晓辉和他的课题组作出更多“有显示度”的高质量科研成果。


章晓辉,认知神经科学与学习国家重点实验室教授。1994年毕业于原杭州大学生物系,1999年获中国科学院上海生理所神经生物学博士学位。1999-2002年在美国UC San Diego 和UC Berkeley从事神经可塑性方面博士后研究,期间获International Human Frontier Science Program(HFSP)long-term fellowship资助。2003年获中科院“引进国外杰出人才(百人计划)”资助,任中科院神经科学所神经可塑性组联合组长;2004-2006年获HFSP Career Development Award;2007-2013任中科院神经科学所神经元信息处理与可塑性组组长,研究员,博士生导师;2010年获中国科学院优秀研究生指导教师奖与赛洛菲•安万特优秀青年科学家奖。2013年9月,加入北京师范大学认知神经科学和学习国家重点实验室。2017年获中国神经科学学会“张香桐神经科学青年科学家”至高荣誉(该奖项每两年评选1-2位)。




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