爱德华·博伊登:大脑工程师
作者：陈赛（文 / 陈赛）
( 爱德华·博伊登教授 )
当他还是MIT的一个本科生时，爱德华·博伊登的梦想是制造一个机器人科学家，比任何人都更快地发明新东西。这位《生活大爆炸》式的天才科学家出生于一个“MIT世家”：母亲学生物化学，父亲学政治学，姐姐也是MIT毕业的，他自己16岁上MIT，19岁拿到电子工程和计算机科学双硕士学位，32岁时已经是媒体实验室的教授，为脑科学领域发明了不少工具，其中最著名的是Optogenetics，一种光学基因仪器，就像《星球大战》中的光剑一样，能利用不同颜色的光线，随时打开和关闭某些特定的大脑神经细胞。2007年，这个发明刚出来的时候，曾经被“科学探索”频道评为“5个最好的科学瞬间”，他自己则被评为美国20位最聪明的科学家之一。
他的语速极快。对我来说，跟上他的思维速度简直是一个巨大的挑战。他的外表并不张扬，纹丝不动地坐在椅子上，几乎是沉静的，但聪明和野心都在轻描淡写的言语之中。“小时候我迷恋数学，后来又学物理、电子工程、计算机，我想理解宇宙，然后可以以一种精确的方式改变它。但是，数学和物理学的问题在于，能够影响世界的大问题，要不已经被解决了，要不就是必须和成百上千的人一起工作，你只是很小的一部分。我选择大脑，是因为我们对它的了解还那么少，很容易探索，并且产生影响力。”
这是一种很典型的MIT思维：寻找世界上最难的难题，然后攻克它。宇宙、深海、大脑，都是人类所剩不多的未知领域，于是你会看到很多MIT的人扎堆进去。
从14岁开始，博伊登就是从一个学科领域跳到另一个学科领域，不断寻找新鲜的智力挑战。本科毕业那年，他本来打算去贝尔实验室学习激光，结果本来要跟他一起合作的人回德国去了，他只好与那人的邻居一起工作。那位邻居正在分析鸟的大脑是怎么产生歌声的。他立刻对大脑着了迷。然后，他去了斯坦福大学，做了著名的脑神经学家卡尔·戴瑟罗斯的学生。在那里，他们发明了一种新的控制大脑细胞的方式——用光线控制大脑。
这种技术利用了分子生物学、基因工程、光导纤维和激光，但关键在于两种神奇的基因：Arch和Mac。Arch在受到黄光刺激时，会关闭神经细胞；Mac在受到绿光刺激时，则会激活神经细胞。这两种基因是在两种非常古老的细菌和真菌中找到的，它们都是非常简单的无核单细胞生命，但与人类仍有亲缘关系。我们使用相同的基因蛋白，并以相同的细胞机制来读取和执行蛋白。因此，理论上，只要将这些基因通过病毒注射到人类的某个大脑部位，使特定的神经细胞表达这两种基因，科学家就得到了一种神奇的开关：开蓝光，细胞打开，开黄光，细胞关闭。不过，为了将基因输入细胞，涉及大脑手术，把光导纤维埋入大脑，因此短期内很难在人体身上做实验，更何况“控制大脑”永远会牵涉太多的伦理忧虑，但这种技术已经在动物实验上取得成功。
戴瑟罗斯博士的实验室已经利用这种工具成功扰乱老鼠大脑中特定的神经，影响它的行为变化，比如用绿光照在大脑左侧的运动皮层，小老鼠就会往右转圈；绿光照在大脑的快感中心，小老鼠就会莫名其妙地待在一个地方不愿意离去。博伊登的实验室则利用黄光成功的控制了老鼠的癫痫症，他还用黄光重新激活一只瞎老鼠视网膜上的感光细胞，使它重见光明。
“神经生物学一直在寻找这么一个工具。”MIT童嘉瓦记忆与学习研究室的一位中国博士后刘旭告诉我，他正利用这种工具研究记忆的分子机制。“以前，在低等动物里，我们可以用温度调节神经；在高等生物里，可以用药物来调节神经，但速度都比较慢。用光来调节神经是速度最快的一种方式，可以精确到毫秒，这是神经细胞之间信号传递的实际速度。这个工具的强大之处在于，不仅时间上可以精确到毫秒，空间上也可以具体到某个单个细胞。这样你就真的就可以研究各种行为的生物学基础。”
现在，全世界一共有300多家实验室在使用这种工具，包括Ed Boyden自己的实验室，他想利用这个工具理解情绪、感觉是怎么产生的。
“我们已经在大脑中找到两个部位，一旦启动或者关闭它们，就会改变人的情绪状态，比如你可以关闭焦虑、恐惧。”
关于大脑，他认为最难的问题包括：
第一，我们有意识，能感知自己。我是我，你是你，这是自我的意识。计算机做不到这一点。到底是什么给了大脑这种能力，让你感觉你是自己？第二，洞见的能力。比如你思考一个问题，想了三天不得，有一天当你回家时，突然就想到了答案。大脑怎么做到这一点的？
但是，在解答这些问题之前，他必须制造出足够好的工具。“大脑是一门迷人的科学。人是怎么做决定的？我们如何思考，如何感觉？情绪是什么？现在这些都是很神秘的过程。但利用现有的工具，我们无法回答这些问题，很多时候只能将其归入哲学或者推测的范畴。”
他喜欢把自己称为“大脑工程师”——既然人的心智是通过大脑中的电路来执行的，那么通过修理这些电路，就能修理大脑。现在全世界有15亿人患有各种各样的脑神经障碍，癫痫、帕金森综合症、老年痴呆症等等，都是大脑电路出了问题，但对于这些疾病，目前医学上基本没有治疗的手段，更别提治愈。即使有治疗的方法，也往往伴随严重的副作用。
“现在，我们已经能利用光线来开启和关闭大脑，但你还要把它的活动记录下来，这是很难的。以后，我们还要能模拟或者模仿这部分细胞所产生的计算回路。”
“大脑就像一台终极计算机。”他说，“如果你有一台计算机，你想理解它，你要做的只是输入信息，然后阅读这些信息。计算机有屏幕，有键盘。大脑也一样，如果你能给大脑输入信息，也要能从中输出信息。”
他从口袋里掏出一个昆虫大小的电子元件，像一把小梳子。他说这是他最新的发明，一个微型无线光导纤维，能插入大脑，记录信息，然后拔出来。
通过他的研究和发明，他希望能把“神经工程学”变成一门独立的学科。再没有一个地方比MIT更适合做这件事情。在这里，人们喜欢解决复杂的问题，越复杂越好。
“在未来5到10年，我们将拥有更多的技术，新的大脑扫描仪、新的大脑探测器、新的开关大脑的工具，来帮助我们分析大脑。我在未来10年内想做的，就是发明这些大脑分析器。然后未来20年，我能看到科学家们利用这些仪器来理解智慧、恐惧、幸福、记忆……”
有趣的是，这么一个发明狂人，却喜欢《希区柯克的银河系导游》中一个叫“马文”的机器人，拥有超级智慧，却终日无所事事，没有任何远大目标。一个真正高级的智慧，必须能意识到世界的非永恒性，能计算到太阳会在几十亿年间燃烧殆尽，发明更聪明的机器毫无意义。■ 伊登工程师科学科普大脑爱德华