大脑是生物演化的奇迹，是高超、精巧和完善的信息处理系统。大脑掌管着人类的语言、思维、感觉、情绪、运动等高级活动，脑疾病不仅影响个人身体健康和生活质量，也会给社会带来极大的负担。想要治疗脑疾病，最重要的是了解大脑的工作机制。大脑是生物体内结构和功能最复杂的器官，解析它的秘密极具挑战性。“工欲善其事，必先利其器”，我们该如何开发和运用新的工具，从而为解析大脑功能以及控制脑疾病带来突破？
本期首都科学讲堂邀请中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员、北京市科协2023-2025年度青年人才托举工程入选者武照伐，带您深入了解大脑的奥秘，以及如何利用先进的科学技术来探索和治疗脑疾病，讲述科学家们如何揭示大脑复杂的神经网络和信息处理机制，为攻克脑疾病这一全球性挑战贡献力量。
▲武照伐做客首都科学讲堂，与大家探索大脑中的秘密
“为什么我们要研究大脑？”武照伐在报告中首先提出了一个引人深思的问题。他指出，大脑不仅是控制我们感知、学习、睡眠和情绪的核心器官，更是人类理解自然的终极目标之一。大脑的复杂性堪比银河系，尽管体积微小，却蕴含着巨大的能量。武照伐强调，研究大脑不仅有助于我们更好地理解自身，还能为治疗孤独症、阿尔茨海默病、抑郁症等脑部疾病提供新的思路。
通过生动的比喻，武照伐将大脑比作一个由860亿个神经元组成的“银河系”。这些神经元通过复杂的连接和通信，控制着我们的行为和情绪。然而，尽管人类已经能够探索宇宙的深处，对大脑这一“小宇宙”的理解却仍然有限。他指出，科学家们正在通过开发新技术，逐步揭开大脑的神秘面纱。
▲武照伐介绍大脑神经网络专业知识
演讲中，武照伐详细介绍了荧光蛋白在脑科学研究中的重要作用。他讲述了下村修、马丁·查尔菲和钱永健等科学家如何通过研究水母和珊瑚中的荧光蛋白，开发出能够标记神经元的工具。这些荧光蛋白不仅能够帮助科学家们观察神经元的形态和连接，还为研究大脑的功能提供了新的视角。武照伐特别提到，中国科学家骆清明院士和邱子荣教授团队利用荧光蛋白技术，成功标记了胆碱能神经元，揭示了这些神经元在大脑中的分布和功能。这一成果为理解大脑的复杂网络提供了重要线索。
除了神经元的结构，武照伐还深入探讨了神经递质在大脑功能中的关键作用。神经递质是神经元之间传递信息的化学物质，被称为大脑中的“暗能量”。他介绍了北京大学李玉龙教授团队如何通过改造荧光蛋白，开发出能够实时检测神经递质释放的探针。这些探针帮助科学家们首次在活体动物中观察到神经递质的动态变化，为研究睡眠、情绪和疾病提供了新的工具。
最后，武照伐介绍了光遗传学这一革命性技术。通过将光敏感蛋白引入特定神经元，科学家们能够利用光精确控制神经元的活动。他举例说明了北京生命科学研究所曹鹏教授团队如何利用光遗传学技术，成功抑制小鼠的攻击行为。这一技术不仅为研究大脑功能提供了新的手段，还为治疗精神疾病带来了希望。
他表示，研究大脑不仅是为了理解自然的终极目标，更是为了保护大脑、开发智力、预防疾病。通过不断开发新技术，科学家们正在逐步揭开大脑的奥秘。武照伐鼓励年轻一代投身脑科学研究，相信在未来的努力下，人类将能够更好地理解并利用大脑的潜力。
如果发生了神经元的病变，我们是否可以利用光遗传学技术对病变神经元进行控制，从而实现恢复如初的效果？阿尔茨海默病的病因研究有新进展吗？大脑信息传递主要依赖电信号还是化学递质，哪种方式占主导？武照伐还回答了现场观众提出的问题。
▲现场观众提问
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