文科生也能成为科学家！95后一作收获“科研自信”（文科生能成为科学家吗）
文 | 卜金婷
18岁以前，杨婉男从未想过自己会成为一名科学家。原因是，她从小酷爱哲学，高中学的是文科，父母辈中也没有一个从事与科学沾边的工作。
高中毕业后，杨婉男来到英国爱丁堡大学读生物学；大三时她对神经科学产生了浓厚兴趣，争取到美国麻省理工学院（MIT）神经科学实验室做实验的机会；大三结束后她成功从生物学转到神经科学专业；如今，这个曾经是文科生的“95后”女孩，来到美国纽约大学医学院神经科学系教授György Buzsáki的实验室，攻读神经科学博士。
图：杨婉男本科在英国爱丁堡大学留学期间
从文科跨界到生物学再到钻研神经科学，杨婉男的求学和科研经历达到了令人称奇的程度。近日，杨婉男更以第一作者身份在Science上发表论文，揭示了大脑选择性记忆的生理机制。值得一提的是，这是博士四年级的杨婉男首次以第一作者身份发表文章。
“现在，我想为研究记忆奋斗一生，希望能成为一名优秀的科学家。”杨婉男说。
从文科到神经科学
去年9月，杨婉男将论文投给了Science期刊，今年2月就被接收了。他们只经历了一轮修改，颇为顺利。
于杨婉男而言，收获的远远不止一篇Science论文。“博士前三年我经常怀疑自己，不知道是否能做好科研，毕竟我此前一直是文科生。如今，我有了更充足的底气和信心投入到科研中。” 她说。
小时候，杨婉男睡前最爱听的故事是《苏菲的世界》。由于热爱哲学，中学阶段她自然而然地选择了文科。这个爱思考的脑袋里，总是有一些特别的问题：“大脑是如何认知世界的？何为记忆？”
高中毕业后，本着继续探索“大脑”和“记忆”的初衷，杨婉男来到了爱丁堡大学读生物学。然而，面对毫无头绪的专业、陌生的语言环境，再加上与身边大多数同学相比，她的基础更显薄弱，杨婉男一度陷入崩溃，数不清大哭过多少次。
大二暑期，杨婉男到日本旅游，其间偶然参加了一场神经科学讲座。演讲者把记忆这一抽象的问题用科学、具体的方法进行研究和剖析，这让她“相见恨晚”。“我一下子就爱上了神经科学。在此之前，我一直在寻找和求索，而现在我有了明确的方向和目标。”杨婉男说。
凭着一股不服输的劲儿，杨婉男在大三到美国加州大学洛杉矶分校（UCLA）交换时，全部转修神经科学的课程。
图：杨婉男在UCLA交换
彼时，一年的交换期即将结束，但杨婉男深知自己和其他理工科学生们存在的差距，为了争取到美国其他实验室做研究的机会，她给所有感兴趣的教授发邮件，但上千封邮件都石沉大海。恰巧有一位MIT的神经科学教授来UCLA开讲座，杨婉男提了很多问题，讲座结束后，杨婉男又发了数十封邮件询问实验室的情况。
或许是真诚打动了这位教授，杨婉男真的争取到了这个机会。有趣的是，杨婉男在MIT结识的在读神经科学博士孙晨，后来成为了她的老公，也是这篇论文的二作。“认识他以后，研究大脑与记忆成为了我们共同的执念。”他们都爱好哲学，也同样痴迷于神经科学。
图：杨婉男和老公孙晨
大三结束回到爱丁堡大学，杨婉男成功转了专业。本科毕业后，她来到心怡的纽约大学神经科学家Buzsáki的实验室。自此，杨婉男终于可以全身心探索大脑记忆的奥秘。
选择性记忆巩固的奥秘
功夫不负有心人，杨婉男的首篇一作论文就登上了Science。
我们知道，海马体是人类大脑掌管记忆的最核心部分，因其形似海马而得名。其中，在非快速眼动睡眠期和安静清醒的时候，海马体引起的同步神经元活动的快速爆发会产生尖波涟漪。
尖波涟漪主要由尖波和涟漪两部分组成，尖波是大幅度负朝向的波形，最早在啮齿类动物的海马子区CA1被观测到；涟漪则是一种快速且短暂的神经振荡活动，由高度同步的神经元活动引起，其波形类似水面激荡起的涟漪。
那么，海马尖波涟漪什么时候会出现？在我们注意到某件事后，大脑通常会切换到一种“空闲”的重新评估模式，最长的空闲期通常出现在睡眠中。
Buzsáki及其同事之前已经证实，当我们积极探索感官信息或移动时，不会出现尖波涟漪，只有在空闲停顿期间它才会出现。
过去的研究发现，尖波涟漪在记忆的巩固中扮演着重要角色。然而，我们的大脑是如何标记哪些记忆为重要记忆，使其成为永久记忆？
博士期间，杨婉男会复刻一些经典的神经科学实验，她发现“位置细胞”在事件发生的不同阶段有不同的激活特征，而非像教科书中描述的那般一成不变。重要的是，有一部分尖波涟漪是由海马体中的“位置细胞”以特定顺序发射构成的。位置细胞被称为“大脑中的GPS”，可以编码动物所在的空间位置。
杨婉男灵光一闪：“那么，是否可以利用位置细胞的特征判断事件发展的顺序？”于是，研究团队开始记录老鼠连续通过迷宫的行为轨迹和神经元活动。当老鼠在迷宫中运行暂停后喝水、吃食物时，他们都会记录到尖波涟漪。
图：老鼠的位置和运动轨迹
然而，多达500个神经元的活动给他们带来了挑战。杨婉男解释，如果是两个神经元，可以用x轴和y轴表示，数据在二维空间里；但500个神经元，需要在很高维度的空间里表示。
为了直观地理解数据，可视化神经元活动，并形成假设，杨婉男利用降维的方法成功将高维度转换为低维度。随后，他们按照事件发生的先后顺序对神经元活动进行着色。正如杨婉男所猜想的，海马不仅记录了位置，而且也记录了事件发生的顺序。
图：当按照事件的先后对神经流形（Neural Manifolds）进行着色时，海马状态会根据试验顺序发生变化。神经流形：指数据在高维空间中的结构和模式，它们可能在低维的潜在空间中具有更简单和有意义的表示。
尽管老鼠会在迷宫中同样的地方循环多次，但大脑的状态永远都在变化。杨婉男等人利用大脑的这一特性，解码了近500个神经元对不同事件的表现形式。
研究发现，老鼠清醒时发生某件事后，那些引发很多尖波涟漪的事件会被标记下来，并且在睡觉中被选择性地回放很多次，成为永久记忆。反之，只有极少数尖波涟漪或没有尖波涟漪的事件无法形成永久记忆。
“我们发现，清醒时出现的尖波涟漪是大脑决定保留和遗弃哪些记忆的标签！”杨婉男说，“未来可以根据这个机制调整尖波涟漪，从而改善记忆，甚至减少人们关于创伤事件的记忆。”
“就像第一次看事物一样”
面对实验中司空见惯的位置细胞，杨婉男永远带着好奇心，用全新的视角去观察它们。
她对世界纯粹的好奇心和勇敢探索的精神来源于家庭的培养。杨婉男的父母并不是传统意义上的家长，他们会主动向老师提议让孩子少写点作业，每逢周末都会带姐妹俩去登山露营，充分尊重和理解她们“奇怪”的想法。
同样，杨婉男的双胞胎妹妹也是一位神经科学博士，在美国布朗大学就读。
图：杨婉男（左）在MIT期间，父亲和双胞胎妹妹到宿舍看望她
图：杨婉男（右）在 MIT期间，母亲和双胞胎妹妹到波士顿看望她
虽然一路“跌跌撞撞”，但杨婉男的思考和探索从未停止。
她从哲学里体会精神之会通，塑造思维，汲取智慧；她在理科中探寻个人之志趣，追寻真相，探索奥秘，也在文学的字里行间里，拓宽视野，提取力量和灵感。
在科研充满挑战和迷茫的日子里，杨婉男喜欢看科学家的传记。她深刻记得圣地亚哥•拉蒙•卡哈尔的《给年轻科学家的建议》中所写的：
“Look at things as if for the very first time.”That is, admire them afresh, disregarding what we remember from books, stilted descriptions, and conventional wisdom. We should infuse the things we observe with the intensity of our emotions and with a deep sense of affinity. We should make them our own where the heart is concerned, as well as in an intellectual sense. Only then will they surrender their secrets to us, for enthusiasm heightens and refines our perception.
“就像第一次看事物一样”。也就是说，要用新鲜的眼光欣赏它们，摒弃我们从书本、呆板的描述和传统智慧中记住的东西。我们应该给我们所观察到的事物注入强烈的情感和深厚的爱。无论是在心灵上还是在智力上，我们都应该把它们变成我们自己的。只有这样，它们才会向我们展现它们的秘密，因为热情会提高并完善我们的感知。
杨婉男一直秉持着这一点：永远保持好奇，永远充满热情。
链接：DOI: 10.1126/science.adk8261
(图片由受访者提供)
