作者:杨琪 来源:中国科学报 发布时间:2014-9-1 9:09:45
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杨志:解密大脑“迷宫”

杨志

■本报记者 杨琪

杨志博士的办公桌上立着三块电脑屏幕,如果将所有的屏幕连起来长度几乎达到两米。这些终日闪烁的屏幕好似一道厚实的大门,一边是庞大的核磁共振图像组成人脑“迷宫”,一边是年轻的杨志时刻准备着用各种科学之钥解密“迷宫”。

“说起心理学,曾经有人认为如同算命。”外形阳光的杨志调侃道,作为中国科学院心理研究所(以下简称心理所)的一名副研究员,他早已深深爱上这门学科,“与物理学、化学等学科相比,心理学更加需要人们去‘重塑’她。”杨志说,这个目标太高大上了,或许他在有生之年都无法实现,但这是他始终想做的事情,即使只是在某些方面重塑心理学。

与自己对话

今年3月底,在国际脑成像组织2014年年会上,杨志报告了最新的研究“脑功能网络的遗传性特征”。

国际脑成像组织是国际脑成像领域最具影响力的学术组织,其年会代表了该领域的国际研究最前沿。该会议每年从四五千份递交的投稿会议摘要中遴选出约3%作为大会口头报告。

曾经,成为该大会口头报告发言者是杨志的梦想,这一次,他站到了此届盛会的讲台上。

这份激励或许来自11年前的一次自我对话。“毕业之后,难道我要去卖医疗设备吗?”2003年,当杨志从清华大学电机系生物医学工程专业毕业时,他对这份“多金”的未来非常抗拒。

至少要做一件自己感兴趣的事情。那又是什么?“那时,我认为研究心理学极具挑战性,世间人是最复杂的,研究心理其实就是在研究自己。”神秘的心理学已抓住了他的心。

当时,心理学的研究多是从行为入手,在很多复杂的问题上存在分歧,以致心理学中仍然保留着在哲学中才能见到的“学派”,与此同时各大学派之间并不兼容。

“我也迷茫过,人只有一个,真理也只有一个,为什么对人的同一个行为有截然不同的解释?我们可不可以从生理基础开始心理学研究?”杨志阅读了不少文献后想到,不同学派只是从不同侧面来研究心理学,如果从脑研究入手,寻找心理学的客观规律,这就将生理和心理学建立起了紧密关联,从而使心理学脱离哲学,成为独立的自然科学。

于是他敲开了前中科院心理所认知与发展心理学研究室主任翁旭初的大门。翁旭初是国内功能性磁共振(fMRI)的倡导者之一,建立了我国第一家fMRI专业实验室。

进入心理学的大门之后,杨志发现这一神秘学科果然还有太多未解之谜,可自己必须先升级“装备”——“仅有工科的底子还不够,认知心理学、神经科学、核磁共振物理学、数学、计算机知识都必须掌握,否则面对庞大的实验数据我都无从下手。”在翁旭初的帮助下,他于攻读研究生期间赴美国埃默里大学(Emory)生物医学工程系医学影像技术中心访学两年。

“反过来”的研究方法

长久以来,多数研究者试图从心理学概念(如记忆、情绪)出发探索与这些概念相联系的脑活动特征。可是这些努力似乎只对一些简单的行为(如简单运动、简单视知觉)有效,而难以找到与复杂日常行为紧密联系的脑活动。例如,人们发现记忆编码与情绪的脑激活区域是高度重叠的,这些脑区到底与记忆有关还是与情绪有关?寻找心理学概念与脑活动间的关联成为心理学研究的一个困境。

“我提倡的研究方法是反过来,以神经机制为出发点来建立心理现象与脑活动之间的联系。”杨志说。随着核磁共振成像设备与技术的不断更新,研究人员能获取的脑成像数据越来越多,有了这些大数据,他们便可以实现从脑活动出发建立心—脑联系。

为了实现这种“反过来”的研究方法,杨志研发了一系列挖掘大规模脑成像数据的算法。这些方法令人振奋的一个应用是,人们将可以依据脑功能数据对心理和精神病患者进行早期诊断和重新分类。

“临床表现相似的心理和精神疾病可能具有不同的脑机制。我们希望从脑功能特征出发检测相似行为表现下的不同疾病。更加客观、准确的疾病分型将使治疗更有针对性、对疗效的预测也会更加准确。”杨志说。

梦想与植物人对话

长久以来,科学家没有停止与植物人沟通的尝试。如加拿大科学家欧文找到40多位轻度植物人,即患有闭锁症的病人,试图通过实验能让病人回答问题。

直接向植物人提问,然后根据植物人的脑活动解码得到答案,最终目标是与植物人进行直接交流,这其实便是一种脑机接口。实际上,脑机接口已研究多年,通常适宜比较低级的脑功能,比如关注注意力或运动控制。

而给植物人设计的脑机接口则依赖于人脑的高级功能,尽管受试者只是回答是与否。杨志与团队目前正在进行的一个实验正是尝试着与植物人进行对话。

杨志及其合作者以健康人为对象开展的方法学研究近期发表在国际脑成像方法学的旗舰期刊Neuroimage。在这一研究中,杨志与合作者证明:从脑功能成像数据中准确解码人对简单问题的真实想法是可能实现的,并且这种解码很可能独立于人的说谎意图。

在华山医院,科研人员找到了20多位植物人,他们在与家属进行访谈后,得到了一些可以询问病人的问题。科研人员将之前测试健康人的方法用到植物人身上,试图进行沟通交流。

“如果我们所采取的方法是正确的,而我们却不能解码来自一位植物人的脑活动数据,那很有可能证明这位植物人已无法回答问题,或许我们需要考虑他是否还存在意识。这就是一个帮助诊断的手段。”杨志说,“一旦植物人能够回答问题,我们又能够准确地解码他的脑活动,可能我们就能与其交流。那么我们会问一个家属最想知道答案的问题:你痛苦吗?”

与植物人对话的梦想,成为杨志工作中的一个重要研究课题。现在,他还有一些瓶颈需要突破,比如植物人无意识地晃动头部,导致一些数据无法采用;再有,临床资源缺乏;还有如何验证实验的准确性。

“我的方法是,首先获得神经影像大数据,然后通过一些复杂的神经影像挖掘方法去筛选脑的特征、行为特征以及临床特征之间的联系。”对未来,他充满信心。

《中国科学报》 (2014-09-01 第5版 创新周刊)
 
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