喬治·丘奇談“大腦活動圖譜”

張文韜/編譯

BAM計(jì)劃發(fā)起人之一的喬治·丘奇

去年夏天，六位科學(xué)家提出一項(xiàng)雄心勃勃的繪制人類大腦活動圖譜(BAM)計(jì)劃，該計(jì)劃如果成功，其影響力足以與人類基因組計(jì)劃(HGP)相媲美。哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院的遺傳學(xué)家喬治·丘奇（George Church）是該計(jì)劃的六位發(fā)起人之一，他同時(shí)也是HGP和個(gè)人基因組計(jì)劃（PGP）的創(chuàng)始人之一。在接受《哈佛醫(yī)學(xué)新聞》采訪時(shí)，他對BAM項(xiàng)目本質(zhì)、目標(biāo)和所面臨的挑戰(zhàn)逐一作了較為詳盡的闡述。

共識一致：著手推進(jìn)BAM計(jì)劃

問：什么是大腦活動圖譜（BAM）計(jì)劃？

答：開展BAM的目的是讓我們可以從復(fù)雜的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中讀寫單個(gè)神經(jīng)元。大家知道，數(shù)量巨大且非常廣泛的神經(jīng)回路使大腦的各個(gè)不同部位聯(lián)成一體，人們試圖能夠從中得到總體和局部兩個(gè)水平的解析。這和HGP非常相似，開始我們的能力只限于了解單個(gè)基因、或者在較低水平上測序整個(gè)基因組，但我們需要同時(shí)獲得這兩種測試數(shù)據(jù)，進(jìn)而對整個(gè)基因組進(jìn)行單個(gè)堿基水平的解析。這也是BAM的技術(shù)推進(jìn)路線圖，旨在降低解析成本和提高質(zhì)量，最終能在任意范圍的神經(jīng)回路里開展單個(gè)神經(jīng)元解析。

問：您說這與HGP相似。那么不同之處何在？

答：在HGP中，許多技術(shù)進(jìn)步來得太遲了。我不想BAM也是如此。HGP完成后其衍生的技術(shù)成百萬倍地降低了成本，如果我們早點(diǎn)擁有這些技術(shù)就好了。我認(rèn)為，BAM的設(shè)計(jì)應(yīng)該具有更大的靈活性，同時(shí)更著眼于技術(shù)以及可解讀性上；并且，HGP對小規(guī)模研究團(tuán)體的支持和接受度也不夠。我認(rèn)為，給一些小實(shí)驗(yàn)室提供參與一些大項(xiàng)目的機(jī)會，往往會產(chǎn)生一些意想不到的結(jié)果，甚至?xí)淖兺ǔＳ蓭讉€(gè)大實(shí)驗(yàn)室之間競賽的格局。

問：提出BAM有其怎樣的背景故事？

答：我們中的大部分人都是從事跨學(xué)科研究的。這些從事合成生物學(xué)、納米技術(shù)和神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的科學(xué)家，2011年9月在英國的奇切利禮堂會晤時(shí)意識到，如同1984年從美國猶他州阿爾塔開始的HGP一樣，BAM也是如此。好在大家目標(biāo)一致，雖然還不十分確定，但我們感覺技術(shù)已經(jīng)成熟。在一起構(gòu)思BAM過程中我們六個(gè)人視野同步，決定開始撰寫提案，組織研究。

問：為什么去年才提出這個(gè)項(xiàng)目？

答：在構(gòu)思中，我們經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)技術(shù)進(jìn)步與應(yīng)用之間的差距，諸如許多合成生物學(xué)、納米化學(xué)、光學(xué)纖維等領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步?jīng)]有被整合、交叉，難以實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍。因此也不可能產(chǎn)生會影響神經(jīng)生物學(xué)發(fā)展的相關(guān)技術(shù)。好在（科學(xué)界或者我們）目前基本已經(jīng)形成共識——若干新技術(shù)已足夠成熟并可結(jié)合應(yīng)用于神經(jīng)生物學(xué)。

問：通過BAM，您最想解決什么問題？

答：我們希望得到對自然狀態(tài)的最基本的了解，而這只有當(dāng)認(rèn)識達(dá)到一定的深度和廣度才能實(shí)現(xiàn)。我們希望深刻地理解醫(yī)學(xué)病理、人的日常情緒以及創(chuàng)造力的產(chǎn)生，等等，同時(shí)也希望看到在成本、準(zhǔn)確性、全面性和低侵入性等方面的巨大改善。后者是工程上的障礙，而不是某些特定的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。

組織經(jīng)驗(yàn)：項(xiàng)目成敗之關(guān)鍵

問：您認(rèn)為基礎(chǔ)科學(xué)、臨床護(hù)理，甚至說得更廣泛些，整個(gè)社會的哪些方面可以從中獲益？是否可以先從基礎(chǔ)科學(xué)談起？

答：對于基礎(chǔ)科學(xué)而言，可以幫助科學(xué)家們更好地開展現(xiàn)有的研究，使時(shí)間分辨率更全面，擁有更多的手段進(jìn)行復(fù)雜性日益增加的相關(guān)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的假設(shè)驗(yàn)證。

問：您預(yù)計(jì)最大的挑戰(zhàn)在哪里，是技術(shù)、組織還是社會道德？

答：首先，最重要的是安全。這就是為什么我在一開始要從人談起。從組織的角度來看，我認(rèn)為我們必須小心，不要刻意構(gòu)建巨無霸般的組織，而且能讓一些小型實(shí)驗(yàn)室受益，讓其與大型實(shí)驗(yàn)室有個(gè)比對。同時(shí)，通過一些途徑來鼓勵符合成本效益的即用技術(shù)，沒有必要只依賴大型公司或研究所。

問：在技術(shù)上或?qū)⒚媾R哪些挑戰(zhàn)呢？

答：真正的挑戰(zhàn)是改變?nèi)藗兊乃季S定勢，避免自滿。如果我們?nèi)〉檬兜倪M(jìn)步，不能只是說“太好了，我們可以休息十年了?！毕喾矗ㄈ藗儯?yīng)該不斷尋找下一個(gè)十倍的進(jìn)步。此外，如何調(diào)整優(yōu)先次序、光學(xué)研究組和合成生物學(xué)研究組的關(guān)系是競爭還是互相促進(jìn)，就在于我們?nèi)绾蝺?yōu)化這些跨學(xué)科的團(tuán)隊(duì)。

問：哈佛醫(yī)學(xué)院對BAM的貢獻(xiàn)如何？

答：波士頓是世界基因組學(xué)的中心，這里具有開展大科學(xué)項(xiàng)目的組織經(jīng)驗(yàn)。在哈佛醫(yī)學(xué)院，神經(jīng)生物學(xué)系的邁克·格林伯格（Mike Greenberg）擁有一個(gè)世界級的團(tuán)隊(duì)，他們的很多研究課題或?qū)l(fā)和受益于任何技術(shù)進(jìn)步。此外，哈佛大學(xué)具有世界頂級的干細(xì)胞研究小組，以及威斯生物工程學(xué)院具有項(xiàng)目所需的跨學(xué)科力量，這里的機(jī)械和生物工程師可以并肩工作。哈佛-麻省理工博德研究所從事的各種不同生物醫(yī)學(xué)研究，真正代表了最好的小科學(xué)——在資源和效率上有著大科學(xué)的背景。