蒲慕明院士：时空组学是我们研究大脑所必须的手段
他，是知名神经生物学家和生物物理学家。
2017年，他带领中科院神经所团队成功克隆出全球首只体细胞克隆猴，这意味着中国率先建立起可以有效模拟人类疾病的动物模型。
他就是中国科学院院士、中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心学术主任蒲慕明。
问：当前，脑科学研究成为各国科技发展必争的高地，作为这个领域的领军人物，您能否和我们讲讲脑科学研究为什么如此重要？
问：您提到人的大脑比较难以研究，请问现阶段，咱们的科研工作主要聚焦在哪些难题上，有哪些难点？
蒲慕明：要真正理解大脑的复杂性，我们首先要把结构搞清楚。大脑结构最关键的是各个神经细胞之间的连接，也就是网络。网络对处理信息是必要的。
把连接搞清楚，把细胞层面的有细胞分辨率的连接绘制出来，就得到了介观神经连接图谱。只有在介观层面搞清楚这个结构，我们才能够知道网络是怎么处理信息的。
关于技术上的难点，主要有两个方面。首先是确定细胞类型。我们要把每一个脑区里的细胞类型分清楚。但是，大脑组织跟其他组织有一个很大的差别——它的细胞亚型特别多，有成百上千种。从小鼠到猴，再到人，对亚型的研究是一个非常热门的领域。我们需要把细胞的类型确定出来，之后才能够标记这个细胞，做它的投射/连接的追踪，最后做出图谱。
其次是追踪图谱。要研究分布在各个脑区之间的长程神经连接。技术上需要既有细胞分辨率，又能够追踪长程的连接，这个技术是很困难的。幸运的是，在高分辨率的神经细胞的追踪方面，我们国家的技术是最先进的。
问：2021年您带领团队来到深圳了解华大的时空组学技术，并开启了合作。您认为时空组学的出现，对生命科学研究有什么作用？
蒲慕明：时空组学的一个重大贡献，就是加入了空间和时间的因素。我们现在做各种组学研究都是在没有精细细胞空间分布，固定的取样时间下的研究。但是包括转录组、蛋白组等都是动态的，各个成分是在特殊的空间分布状态进行，随时间而不断变化的，只有掌握了各成分的时空信息变化，我们才能够理解这些组学真正的意义。
举个例子，假如你要用转录组信息来区分细胞种类，如果转录组随时间在变，那是不是细胞种类也随时间在变？所以，如果要定义细胞是不是一种类型的细胞，只看一个时间点的转录组是不够的。我们还必须要知道这个转录组是不是稳定的，如果转录组模式的变化，只是暂时的变化，只能说这是细胞的一个暂时状态，而不是一种真正的细胞种类。
所以，我们要做细胞分类，如果没有加入时间的因素，不能把各个时间点的转录组都搞清楚，是没有办法真正分类的。
细胞分类是我们研究生物组织的一个起步，最关键的就是到底有多少种稳定的细胞类型。如果分类都不清楚，我们对生物的复杂系统就很难理解。
时空组学的提出，就是要解决时间的变化以及细胞在组织内空间分布的问题。空间的因素，其实现在做各种组学一般都没有考虑到。我们做单细胞转录组都是打乱的细胞，一个个细胞拿来分析。但这些细胞在组织的哪个空间位置上，这个也要弄清楚。
所以我觉得，在这个时候出现时空组学这个技术，推动这方面的研究，对生物学领域是一个重大的进展。
聚焦到脑科学领域，时空组学首先能够有重大贡献的方向，就是把大脑成百上千的不同的细胞亚型分清楚，把各种亚型在脑组织内的分布搞清楚。
问：2022年5月，时空组学联盟宣布成立，截至目前已有30个国家的190多位科学家加入。您作为该联盟的主要成员，可否谈谈您加入的缘由以及对联盟未来发展的期许？
蒲慕明：时空组学联盟最重要的一个目标就是要联合全球对时空组学感兴趣的科学家一起工作。这和人类基因组计划是一样的。人类基因组计划虽然是美国和英国主导的，但是它也有包含我们中国在内的其他国家科学家的参与，大家一起合作才把这个项目完成。
关于脑科学的研究，比如人脑结构和功能的研究，它的难度是人类基因组计划的几个数量级以上，所以我们更需要全世界的合作。
时空组学是我们研究大脑所必要的一个手段，在时空组学技术的发展上，我们也需要全球相关科学家的共同推动。在生物学的研究上，已经有过很好的国际合作先例，华大在这方面也已经做出了很多令人瞩目的成绩，这也将成为我们建立时空组学联盟这样一个国际联盟的基础。
大家一起合作，得到的信息也是全世界公开的。和其他领域不太一样，生物学领域的研究，尤其是与疾病相关的研究，如果大家一起合作，最终双赢的可能性是远大于竞争的。
问：您认为未来5-10年，脑科学研究将会发展到什么阶段，能否给我们描绘一下这个蓝图？
蒲慕明：从脑科学过去一个世纪的发展来看，未来5到10年对脑科学研究而言是很短的时间。目前，我们对脑科学里重大问题的理解还是非常粗浅的，真正要理解大脑的结构和功能，是几十年甚至一个世纪都做不完的事情。
人类对脑科学的兴趣主要是来源于好奇。大脑这么复杂、这么有智能的物体是怎么出现的？这是一个以理解自然为驱动力的研究学科。
但是，我们现在正面临一个非常严峻的问题——脑疾病的问题。
比如幼年期的孤独症、自闭症，中年期的抑郁，老年的退行性疾病，如阿尔茨海默症、帕金森病等等，这些疾病已经造成了严重的社会负担。根据世界卫生组织的统计，脑疾病造成的社会负担在全球各类疾病造成的社会负担中占了约28%，超过了心血管疾病，也超过了癌症。
在这么严峻的社会负担下，如果不能解决脑疾病诊断、治疗的问题，我们的医疗系统可能会崩溃。现在这个问题非常紧迫，如果等到我们把脑科学搞清楚了才来研究这些疾病的话，就太晚了。
所以我们“中国脑计划”要大力推进的方向，就是在我们研究基础脑科学的过程之中，要尽快把得到的成果和一些粗浅的理解，应用到脑疾病的诊断和治疗上。
例如，我们依靠目前的技术可以诊断出某个人认知功能的衰退速度大于正常人群，那么就要对应研发能够早期干预的技术，在这个人还没有变成重症之前，阻止疾病的发生和演进。
再举个例子，现在我们还不了解抑郁症是怎么回事，因为大脑的网络结构我们还没有弄清楚，但是假如我们能研发出调控技术，改变大脑宏观活动状态，使它趋向正常的状态，也许我们就能够抑制抑郁，减轻抑郁症。如果要说未来5到10年的发展，我认为会是在这个领域。