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温泉:虫虫总动员,让ta教我们做运动!

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  10月25日,“我是科学家”将举办第28期活动

  “AI:人工智能,或者爱”

  本期演讲嘉宾

  温泉

  中国科学技术大学生命科学学院教授

  合肥微尺度物质科学国家研究中心教授

  虫虫总动员,让ta教我们做运动!

  

  温泉采访视频:

  

  在中国科学技术大学生命科学学院教授温泉眼里,研究神经科学像在汪洋大海中钓鱼。

  人的大脑神经元超过100亿个,如果将大脑比作海洋,神经元就是海里数不清的鱼。“你每次只能钓一条鱼,然后分析钓到什么鱼。根据这些信息,你就猜测或许海里的鱼大部分都是这种情况。”

  想要研究清楚大脑里每一个神经元,无异于摸清海里每一条鱼,所以温泉跟许多神经科学家一样,选择小动物模型作为切入点。“比如说有300个神经元的秀丽线虫,或者10万个神经元的斑马鱼,因为进化的缘故,我们和这些小动物之间,有很多共通的地方。”

  

  秀丽线虫幼虫头部的神经元,由导入的绿色荧光蛋白显色。| Wikimedia Commons, Heiti Paves / CC BY-SA(https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

  “人类有某种情绪时会释放神经递质,比如多巴胺、五羟色胺。小动物虽然不会说话,不会表达幸福、抑郁、悲伤等情绪,但却拥有相同的神经递质。”温泉希望,藉由简单的动物模型,寻找背后生物共通的规律,从而理解更复杂的人类思维,以及终极哲学问题——

  “大脑是怎么工作的?什么是意识?什么是思维?我们有没有自由意志?我们如何控制人类的行为?”这些问题从亚里士多德时代就被哲学家提出,然而苦于没有寻求答案的手段,所以科学家所能做的是暂时对这些问题置之不理。

  20世纪90年代后,随着神经科学领域的飞速发展,人类开始逐渐掌握寻求这些答案的技术。“比如,为了研究秀丽线虫的运动控制,我们需要定量地描述它的运动方式——拍摄它运动的图像,然后分析、抽取这些运动图像当中的模式,这中间就用到很多图像处理、机器学习等技术。”

  了解了秀丽线虫运动机制后,温泉团队尝试反过来操控神经元,从而控制秀丽线虫的运动。“通过用不同颜色的光来刺激单个神经元,设计人员可以控制,让它动还是停,前进还是后退,以及更精细的运动模式。”

  温泉希望这项技术,能帮助行走或者运动有障碍的病人。“如果你有办法记录人脑区的神经元活动,知道他想做什么,然后再去刺激相应的脑区,就能帮助他完成那些动作,这是一件非常有意义的事。”

  除了秀丽线虫,温泉的实验室也研究斑马鱼。“它的神经元数目更多,是秀丽线虫几个数量级以上。我们很好奇,一旦有这么多神经元参与,做某些事情时,会不会有新的模式。就好像,一个只有300人的公司和10万人的企业,他们的工作方式或者管理方式,肯定会有很大不同。”

  

  一条成年雌性斑马鱼 | Wikimedia Commons, Azul

  “我们现在还处于研究的早期阶段,在斑马鱼捕食过程中,我们观测到了全脑中大部分神经元的活动。但是这个数据量非常庞大,要处理这些数据,从中找到规律,可能要发展新的数学、理论、或者数据处理方式。”温泉介绍,这是一个非常跨学科的项目,从转基因斑马鱼、图像处理,到数据建模,需要各个领域的人参与,“或许,我们的工作为未来研究更复杂的系统,奠定了很好的基础。

  虽然斑马鱼项目还在初期,但温泉表示这是一个非常令人振奋的方向。“我比较希望能做新的领域,有很多问题可以挖掘。”

  在温泉眼里,科学家做的最主要的一件事是拓宽知识的边界。“我觉得一些花言巧语的东西没必要,只要求真、求实,能拓宽整个人类知识的边界,我觉得就可以了。

  10月25日,欢迎来合肥市科技馆西二楼学术报告厅,听温泉老师讲对小动物施展读心术的故事。

  监制:吴欧

  策划/编辑:麦芽杨

  撰稿:范可鑫

  排版:雷昱儿

  2020年10月25日14:00-16:30

  合肥 · 合肥科技馆西二楼学术报告厅

  (报名10月24日截止)

  报名后将由工作人员随机筛选,所有幸运入选的观众,将在10月24日之前给您发送短信通知,请您查收短信或自行查看报名状态。名额紧俏,请珍惜到场机会哦~

  建议成人及12岁以上青少年参与

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  温馨提示:

  1. 进入报告厅前请有序排队,保持一米间隔;

  2. 主动接受体温检测;

  3. 报告厅入口处配备洗手液,进入前请进行消毒,进入报告厅后根据标识主动隔位就坐。

  

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