二十六歲開創一個學科的新時代：天才博伊登

愛德華·博伊登

2020 年 3 月，奧地利企業家協會宣布，授予麻省理工學院神經技術 Y. Eva Tan 教授愛德華·博伊登2020 年度 Wilhelm Exner 獎章，以表彰其在科學技術領域的杰出貢獻。

該獎章以奧地利商人 Wilhelm Exner 的名字命名，自 1921 年以來每年都會頒發給那些“以出色的方式直接或間接地促進經濟發展”的科學家、發明家和設計師。值得一提的是，在過去的獲獎者中，包括了 22 位諾貝爾獎得主。“獲得這一獎項，我倍感榮幸。該獎項不僅認可了我們團隊工作對基礎科學的影響，還肯定了我們的工作對工業界及新興世界的價值。” 博伊登教授如是說。

博伊登教授現為麻省理工學院媒體實驗室、麥戈文腦科學研究所生物工程與腦科學及認知科學方向教授。他通過光遺傳學、擴展顯微鏡（expansion microscopy，通過讓被觀察的物體膨脹，生物學家甚至可以用普通顯微鏡看到分子級別的腦部細節）等，改變了神經科學。

從一束藍光開始到大腦地圖的繪制

2004 年夏天的一個夜晚，對還是斯坦福博士生的愛德華·博伊登來說，是驚喜的一夜：當時，他將一束藍光打到了轉基因老鼠的一個神經元（大腦中發送和接收信號的細胞）上，然后，這個神經元做出了反應！僅僅通過光線就能讓神經元產生沖動，這讓研究人員們對大腦的運作有了前所未有的控制，也正是這項開創性的實驗引領神經科學的發展進入了一個新時代。

與愛德華·博伊登一起合作進行該研究的是卡爾·戴瑟羅斯合作的過程中，博伊登主要從技術的角度提出自己的觀點，而戴瑟羅斯則會從醫學的角度發表自己的看法。當然，在利用光刺激神經元的研究方面，他們也不是第一個“吃螃蟹”的人。事實上，早在 1999 年諾貝爾獎獲得者弗朗西斯·克里克就曾猜想，“理論上來說，分子生物學家們可以設計出一種對光線敏感的特殊細胞”。

盡管早有想法，但本世紀初發展起來的一些技術并不是很可靠，就博伊登和戴瑟羅斯的研究來說，可以被認為是率先成功的典范。不過，這項技術的成功，也曾遭到質疑。2005 年初，兩位完成論文初稿后，于 4 月開始先后向《科學》、《自然》投稿，但都被無情拒絕。在不斷的努力下，8 月該論文終于在《自然-神經科學》得以發表。盡管之后陸續有光控神經學的論文面世，但博伊登和戴瑟羅斯的論文作為開篇之作，早已占得先機，成為推動該領域發展的重要基石。

隨后，2007 年，戴瑟羅斯的實驗室成功利用一根植入小腦內的光導纖維，用一道藍光喚醒了處于嗜睡態的小鼠，證明了這項技術在研究大腦功能方面的可行性。2010 年，光遺傳學被《自然-方法》評為了“年度方法”;同年，《科學》雜志在其十年技術回顧中重點強調了這項技術的進展;2015 年，《自然-神經科學》為紀念光遺傳學十周年特地撰文，直言“光遺傳學打開了我們夢寐以求的實驗之門”。從發明至今，光遺傳學技術早已成為世界各地腦科學實驗室的重要工具。

在此之后，博伊登還在不斷進行著相關研究：設計出了能夠抑制神經元活性的光敏蛋白，并且進一步改良了光遺傳學激活蛋白，讓科學家們可以在大腦中相互獨立地控制多種細胞類型;通過與全息顯微鏡（holographic microscopy）先驅們的合作，開發出了光遺傳學工具，讓小群神經元精確產生特定電活動模式，模擬自然神經元回路的動作電位發放等。

對博伊登教授來說，其長期目標是“以足夠的精確度理解大腦”，為了實現這一目標，其團隊希望繪制一張詳細的大腦地圖。但這并不容易。人體中有超過 800 億個神經元，其中每一個都會產生數千個連接。要想繪制詳細的大腦地圖，不僅需要觀察大腦的電活動和化學信號，還需要繪制其神經回路的布線圖。如果一旦成為現實，就能打開大腦這個“黑匣子”，幫助科學家找到腦部疾病發生的位置，探索包括焦慮癥、抑郁癥、老年癡呆、精神分裂等疾病在內的治療可能。

學霸的“開掛”人生

但你可能想不到，2005 年博伊登與戴瑟羅斯一起成功發表論文時，他年僅 26 歲。作為一名學霸，博伊登的經歷對我們來說，就像是擁有著一個“開掛”人生。

1979 年博伊登出生于美國德克薩斯州;8 歲時就對科學表現出了濃厚的興趣，希望未來能借助科學方法幫自己探知世界，并在其中有所建樹;作為一名“早熟”的學生，博伊登14 歲進入美國著名的得克薩斯數學與科學院學習，后轉入麻省理工學院學習物理學和電器工程，19 歲從麻省理工學院畢業時，獲得了物理學學士學位、電氣工程和計算機科學學士和碩士學位三個學位。隨后又進入斯坦福大學攻讀神經科學。

2006 年 9 月，博伊登離開斯坦福加入麻省理工學院，組建了自己的實驗室，領導團隊開發用于大腦功能研究的新技術。因為在光遺傳學以及其他技術開發方面的突出貢獻，博伊登教授曾屢獲殊榮：2006 年《麻省理工科技評論》“35 歲以下科技創新 35 人”（MIT TR35）、2013 年 NIH 主任創新人士獎、2013 年大腦科學獎、2016 年美國生命科學突破獎、2018 年加拿大蓋爾德納國際獎、2019 年沃倫·阿爾珀特獎以及文章開始提到的 2020 年 Wilhelm Exner 獎章等。除此以外，他分別于 2017 年和 2019 年入選美國人文與科學院院士和美國科學院院士。本刊綜合整理）（編輯/萊西）