一句「你相信光吗？」，曾一度掀起网络热潮，因为「光」是能带来正向心理的能量。在现实中，「光」同样扮演着重要角色，它如同无形的指挥棒，引领我们感知世界。那么，「光」作为生命体最重要的外部环境因素之一，是如何被感知和影响神经生理行为？哪些感光细胞是这场生命乐章的指挥家？哪些神经环路是编织旋律的琴弦？哪些外周靶器官是共鸣的鼓面？这些谜题，一直在等待着科学家们去探索。
薛天教授，长期致力于视觉生理和眼科领域的基础与转化研究，围绕视网膜和感光细胞的功能与疾病、光感受脑神经环路、视觉再生修复等方面。至今共发表 SCI 论文 70 余篇，多篇通讯作者论文发表在 Cell（3 篇）、Nature、Nature Neuroscience 等学术期刊，被引用 7,500 余次，h-index40。
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在前不久召开的中国神经科学学会第十七届全国学术会议上，丁香园有幸与薛天教授就未来研究发展等话题进行了探讨交流。
丁香学术：此次会议上，您发表了「光与生命：光感受与机体调控」的主题报告，而您的实验室也是以「光和生命」为主题，可以介绍一下这 4 个字有什么特殊意义以及您报告的具体内容吗？
薛天教授：我的实验室是神经和生理学的一个重要的分支-感受生物学，即我们的机体是怎样感觉到外部环境的，这其实是定义生命的最重要特征之一。生命体，从十几亿年前诞生到整个进化历程，全部都是在太阳辐照之下进行的。光是生命之源，它不单单给植物提供能量，也是我们生命重要的外部环境因素。为适应环境生命体进化出了各种类型的光感受能力，并利用它来动态调节我们的生命活动，比如节律、睡眠、情绪、发育等等。这个报告是总结汇报了我们实验室近十年来围绕「光与生命」这个主题，在前端感光细胞与视网膜发育衰老、眼脑环路与机体调控，以及视觉修复与增强这三个层面做的一些工作。丁香学术：您及团队「揭示光感受调控血糖代谢机制」的研究被国家自然科学基金委评为了 2023 年度「中国科学十大进展」，可否分享一下这项研究以及对代谢疾病的影响？
薛天教授：我们实验室的这项工作和最近一系列的光和生命调节相关的工作，很多都起源于我们对于一些已经广泛认识到的临床或公共卫生学证据，比如很早公共卫生学家就发现夜间光污染与肥胖、2 型糖尿病和高血压等代谢性疾病的发病之间存在显著相关性，但公卫只能提供相关性关系，缺乏因果性证据。因为这些代谢性疾病严重影响生命健康，我们当时的目标就是想回答光是通过什么样的神经生理机制影响机体代谢的。我们的这项研究研究显示，眼中视网膜里的一类特殊感光细胞感光，并将信号传入脑中的下丘脑部分，进一步传递到延髓，最终通过交感神经抑制外周的褐色脂肪组织消耗血糖的产热。通过「眼-脑-交感神经-棕色脂肪」这样一整套系统，介导了光对于我们机体血糖代谢的调控。这是一个长久以来未解的基础科学问题，同时我们在小鼠和人体实验中都证实了这一机制，可能对于代谢性疾病的防治提供新的策略，所以我想这可能也是为什么国家自然科学基金委把它选为涵盖全学科的「中国科学十大进展」的原因吧。
丁香学术：您一直专注于眼-脑到躯体的神经网络调节，是什么样的契机让您去关注这些呢？
薛天教授：我一直做光感受生理学研究，对于光子如果被感光细胞转化为神经电信号很感兴趣。在本世纪初，我所在的实验室发现了视网膜内除了视锥视杆细胞，还有一类自感光视网膜神经节细胞，简称叫 ipRGC。我在 2011 年解析了 ipRGC 的光信号转导机制（光子如果转变为电信号），发现它使用的信号转导机制是无脊椎动物（比如果蝇）的光信号转导方式。很自然我们就会想知道，这样一个在我们眼中进化上「古老」的感光细胞，它对于机体执行什么样的生理功能。我在 12 年前回国建立自己的实验室之后，就开始着手回答这个问题。陆陆续续我和国际国内的同道发现，眼感受光除了形成图像感知的成像视觉功能外，还通过特殊的眼脑神经环路，执行一系列「非成像视觉功能」的机制，例如光调节情绪、脑发育、代谢等等。我一直觉得生命学科中好的科学问题可能来源于两个方面，一个是尚未有因果解释的医学和公共卫生现象，另一个是进化生物学中尚未回答是问题。我们在做的「眼-脑-躯体」轴影响「光与生命」，就符合这个特征。丁香学术：您的研究也涉及到基因编辑等一些新技术，对于治疗视网膜感光细胞退化疾病中的应用，您觉得这些手段目前存在哪些困难？
薛天教授：眼科因为针对的器官独立，功能获益明确，操作风险可控等因素，成为基因和细胞治疗的应用前沿。基因编辑适用于保护未损伤的感光细胞，但面临病毒或其他载体递送有效性和安全性的问题。干细胞技术应用的一个挑战在于是有效分化为所需细胞类型，但是在视觉神经系统中，细胞替代治疗需确保新生的神经细胞能够和受体神经系统形成有效的功能连接，这在目前是十分具有挑战性的。相比之下，干细胞分化得到的视网膜色素上皮细胞因为不需要和神经视网膜形成功能连接，其移植治疗可能更具可行性，但仍需关注移植细胞的定植和功能发挥。这些都需要严谨的临床研究来逐步确认。丁香学术：关于光感受与机体调控方向，您对之后的研究有哪些期待？
薛天教授：在光调控机体功能的基础研究方面，我近期比较关注光对于节律和睡眠的影响，光是我们生物钟最重要的授时因子，但是领域里除了知道视网膜投射到中枢生物钟核团视交叉上核之外，其实对于光如何调节昼夜节律的相位；光授时和非光授时（运动、饮食等）如何共同调节节律；为什么光影响睡眠；甚至更进一步为什么有的动物在夜间活动（夜行性，如小鼠）有的动物在白昼活动（昼行性，如人），这一系列科学问题我们都知之甚少。同时在我们之前发现的系列光控生命活动的机制的基础上，我们也在和公共卫生学家合作研究光线环境对于人体功能的影响。「光与生命」这个主题的另一个重要且没有解决的问题是人的视网膜中的黄斑和中央凹的形成机制。黄斑中央凹是我们形成精细视觉的关键，而小鼠完全不具备中央凹。在整个进化过程中，在哺乳动物中，也只有高等灵长类才具有中央凹。这一结构的起源及其中视网膜细胞特异结构与功能，都是值得深入研究的问题。丁香学术：有很多学生慕名想加入您的课题组，您对于激发这些年轻科研者的科研热情有什么样的建议？
薛天教授：做一个实验性科学科研的工作者，首先需要打好基础，才能谈到有价值的科研工作和科研热情。在具备基本科学知识的前提下，我想可靠的技术能力、勤奋的工作习惯和团队工作精神这三点是底层的要求。在这个底层地基的基础上，如果要激发探索的热情或创造性，还有两个素质很重要：第一，批判性思维的能力。虽然它对于普通人是反直觉的，甚至可能被视为杠精，但在科学研究中，质疑权威观点和教科书知识是必要的。只有具备批判性思维能力，才能有对未知探索的热情。因此，反复思考和质疑是培养科学热情的重要能力。第二，解决问题的能力。许多年轻学生在科研遇到困难时，往往只是简单反复尝试，而不是寻求真正的解决方案。这种一般称为「用战术上的勤奋来掩盖战略上的懒惰」。面对问题，应该有意识的不断锻炼自己 troubleshooting 的能力，这其实是个系统的能力，从细节观察入手准确刻画问题，依据难易和常见性有先后的排查各种可能性，通过文献研究在内的多种信息收集手段寻找新的迂回解决的办法，等等。不断锻炼和提高解决问题的能力，有利于研究者在不断解决问题的过程中获得满足感，进而培养科研热情。在第二层批判性思维和解决问题能力之后，才能谈到创造力。我认为青年学生有些时候不用特别着急，可以尝试有意识的培养我上面讲的金字塔型的能力培养，包括三个基础、两个素质，在这些之上创新的想法才能得到可靠的证实或证否，人类知识的边界就能不断向前推进。而我们自己则能在这个过程中不断享受发现问题和解决问题的获得感，科研的热情自然就能得到保护和培养。我们长期为科研用户提供前沿资讯、实验方法、选品推荐等服务，并且组建了 70 多个不同领域的专业交流群，覆盖神经科学、肿瘤免疫、基因编辑、外泌体、类器官等领域，定期分享实验干货、文献解读等活动。添加实验菌企微，回复【】中的序号，即可领取对应的资料包哦～
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