人类神经回路计划旨在研究大脑功能、功能障碍的最深层奥秘

 

卡尔·戴瑟罗斯 （Karl Deisseroth） 从他在急诊室工作的精神科医生的角度来看，用他 2021 年出版的《 投射：人类情感的故事》一书来描述他作为科学家还无法向公众完全解释的事情。

自闭症、饮食失调、边缘型人格障碍和分裂情感性障碍的近距离观察和感觉——细节令人不适。或者躁狂症和精神病的疯狂分裂，躁郁症和精神分裂症的标志，似乎可以分散所有理性思考的表象。

以诚实和同理心使神秘的神经精神疾病具有相关性，即使答案很少，也是戴瑟罗斯文学处女作的驱动力。他了解很少有人近距离看到的原始现实，他的愿景是分享由于污名化、对个人隐私的需求以及该领域仍在不断发展的知识基础而默默忍受的感受。

“大多数人甚至不知道这种程度的痛苦存在，”D. H. Chen教授、生物工程、精神病学和行为科学教授Deisseroth博士说。

凭借对细节的敏锐洞察力、对语言的天赋和研究科学家的好奇心，Deisseroth 将这种痛苦用有力的文字表达出来。现在，他决定，是时候采取更大的行动了。11 月下旬，他拉开了他最新努力的帷幕，这是一项独特的斯坦福医学合作，由他和合作的神经科学创新者在 COVID-19 大流行之前发现的关键研究催生。

他将其命名为人类神经回路研究计划，凭借其技术火力和斯坦福医学生物医学科学家团队同样致力于发现，Deisseroth希望突破理解、探究和治疗的极限，以解决最令人困惑的心灵奥秘。

大脑、人类意识和情感是如何相互联系的？当大脑对某些刺激的反应不同时，在细胞水平上会发生什么？功能与功能障碍的区别是什么？这些是他试图通过将我们对人脑功能的理解降低到回路内神经元水平来回答的问题类型。他相信，那里是最深刻的答案所在。

“我们的最终目标是了解人类的内心世界，因为它在健康和疾病中都有经历，”他说。“我们正在将物理空间、工作流程和世界上第一个技术网络放在一起，我们认为我们可以开始使之成为可能。”

在最近一个阳光明媚的早晨，Deisseroth站在HNC的中央枢纽，斯坦福医院一个宽敞的五楼角落病人套房，凝视着窗外的胡佛大厦和斯坦福大学校园。这位以开创光遗传学而闻名的人，他的职业生涯一直在寻找理解大脑功能的新切入点，他很难掩饰自己对人类大脑最新研究的热情，并解释了迄今为止无法解释的事情。

“大脑是人类体验最高点和最低点的强大贡献者，但人们对它知之甚少，”他说。“HNC计划将有助于将精神病学从阴影中带出来，并进入公众的考虑范围 – 我们希望在这个房间里做出有助于这一重要过程的发现。

“创造的机会”

该空间与医院的癫痫监测单元位于同一楼层，以前在临床上用于用颅内电极进行记录，以帮助神经外科医生和神经科医生破译要切除哪些引起癫痫发作的组织。

“这个住院楼层是为刚刚接受脑部手术并在大脑深处植入电极的患者提供医疗护理的，”Deisseroth说。“这是最先进的医学，也是来自人类大脑的实时数据的惊人来源。

过去，许多可用的数据，包括数字和生物数据，都没有得到充分利用。即使是保留在新移除的电极上的细胞“也会被简单地丢弃”。因此，就在大厅的下面，Deisseroth 和他的团队（包括他的实验室成员之一，医学博士、精神病学住院医师 Sam Vesuna）正在创建一个小型生物实验室，在那里可以立即分析这些细胞并扫描数据以寻找线索——Deisseroth 强调，患者同意、安全和隐私是最重要的。

HNC独特的实时数据收集能力允许对斯坦福医疗保健内部和外部的患者进行最高水平的研究科学，这些患者患有从癫痫到强迫症再到抑郁症和其他神经精神疾病等疾病。这些调查由神经外科医生、神经科医生、麻醉师和精神科医生组成的团队进行，他们共同处理个体患者和大量数据流，有可能将团队科学提升到新的水平。

“卡尔组建了一个跨学科团队，涵盖了围绕大脑回路动力学的许多方面的专业知识 – 从基础基础科学到临床试验，再到生物工程和电气工程，”精神病学和行为科学教授Carolyn Rodriguez博士说，他计划在HNC进一步了解强迫症。“他的范式转变方法有一种无所畏惧。HNC空间为创造力提供了机会，让他们以不同的方式做事。

HNC网络还连接了斯坦福医疗保健和斯坦福医学儿童健康中心的十几个房间，这意味着发现将远不止于一个房间。

霍华德·休斯医学研究所（Howard Hughes Medical Institute）的研究员Deisseroth认为，将高科技实验室和设备齐全的患者环境相结合，对于加深对人体最不为人知的器官的理解至关重要。“你真正想要的是一个安全、舒适的环境，提供最先进的医疗服务，在那里你可以同时收集下一代信息流，”他说。

最终，他认为，发现的“魔力”来自人类与人类的合作——共同寻找重要的新线索，然后与世界分享这些发现。

“治疗会及时到来，但真正的成功将来自我们建立的社区，”他说。“从新的同理心和理解水平来看，我们可以帮助在这里创造。

寻找下一个“游戏规则改变者”

在2015年的一篇报道中，《 纽约客》 称，这位平和的Deisseroth“对于一个在40岁之前开发出变革性神经科学技术的人来说异常随和”。

现年52岁的Deisseroth于2004年开始从事光遗传学工作，当时他是一名33岁的教员，从一开始就在生物工程和精神病学系建立了自己的实验室。他的名字每年9月都会出现在诺贝尔奖的讨论中，因为他的开创性工作是利用藻类和古细菌的基因，开发了用光打开或关闭个别类型神经元的方法。这是一项不断在全球范围内带来新发现和新疗法的探索。

尽管戴瑟罗斯更愿意回避关于奖项的话题——而且他赢得了很多奖项——但许多密切关注诺贝尔奖的人仍然认为他的盛宴是时间问题，而不是是否。“每年我都希望在获奖者中听到他的名字，因为我真诚地相信他应得的，”医学博士罗伯特·马伦卡（Robert Malenka）说，他目前在精神病学和行为科学领域担任南希·弗兰德·普利兹克（Nancy Friend Pritzker）教授，他是Deisseroth的导师，从他在斯坦福医学院的早期开始。

通过光遗传学，以及后来他独特的大脑3D映射解决方案，Deisseroth创造了新的研究工具，为理解大脑功能和功能障碍奠定了基础。现在，他有空间来测试理论，并与实际的人类患者一起收集重要数据，以寻求从导致痛苦的疾病中解脱出来。这是一个完整的时刻。

“这是他旅程的下一步，”Deisseroth 的妻子、医学博士、神经病学教授、Milan Gambhir 儿科肿瘤学教授和霍华德休斯医学研究所研究员 Michelle Monje 说。“他发明了一种方法来解决他非常尖锐的问题，当时没有合适的技术可用。所以，卡尔就是卡尔，他发明了它们。

“现在他能够迈出下一步，真正研究人类认知和情绪的电路层面——所有这些都是为了治愈和安慰。他被精神疾病所驱使和感动。

像她的丈夫一样，Monje 是一位具有最高素质和好奇心的科学家，寻找大脑中出现的巨大痛苦的神秘原因。因此，尽管他们有着共同的人生旅程——并且共同拥有五个年龄从 7 岁到 27 岁不等的孩子——但她对他最新努力的看法是值得注意的。

“由于他对精神疾病的神经科学理解很深，”她说，“我真的相信卡尔将改变精神卫生保健。

Deisseroth 将 HNC 视为他从 投射 开始的工作的协同延伸，并继续进行实验，主要是在小鼠身上，但也扩展到人类，关于解离如何导致意识的变化。他知道，就直接对人类的影响而言，这很容易成为他最重要的成就——而且他并不孤单。

罗德里格斯（Rodriguez）是他与HNC的亲密合作者之一。作为寻求新疗法的临床试验专家，她亲身体会到将动物研究结果转化为人体研究的重要性。她说，这种HNC方法有可能成为神经精神病学发现的“游戏规则改变者”。

“能够在这种环境中研究人脑和人类行为，使用这项技术，使用一系列专家生成工具和见解 – 它可以真正加速发现并改善患者的生活，”罗德里格斯说，转化治疗实验室主任。

HNC的另一位主要合作者Paul Nuyujukian医学博士、生物工程和神经外科助理教授、Deisseroth也相信，他们所实现的首创数据收集速度将成为HNC的关键新发现。

“治疗脑部疾病的问题在于我们没有办法测量它们，”Nuyujukian说。“这从根本上改变了这一点，因为我们已经建立了支持这种测量的框架。

对速度的需求

这种变化从数据流开始。不遗余力地花费光纤和铜缆，以便在所有 HNC 有线房间之间快速安全地传输大量数据流。当他提到这个世界上第一个高速住院信息网络时，TB级力量的狂欢将发现的光芒带到了Deisseroth的脸上。

“它从这个房间到校园对面的Forsythe Hall服务器农场，”他说。“从这里到患者头部到Forsythe的闭环时间：不到半毫秒。

治疗会及时到来，但真正的成功将来自我们建立的社区。

虽然大多数人的大脑无法轻易想象这有多快，但Nuyujukian证实，网络的火力是挖掘最无法解释的认知现象的魔力所在。

“这个临床研究网络的带宽，每秒数百千兆，是惊人的，”他说。“我很确定这是迄今为止在临床环境中建立的最快的专用研究网络。它将使我们能够以一种无法以任何其他方式测量的方式梳理出大脑的一个区域实际上在做什么。

“通过HNC计划，我们将了解人们在采取行动、做出决定、回忆记忆和体验情绪时脑海中发生的事情——其规模从未被衡量过。”

Deisseroth说，目前正在进行的第一批研究涉及使用静脉注射氯胺酮进行解离;然后他们将研究强迫症和其他精神疾病，包括抑郁症和恐惧症，以及其他超越分离的改变的人类状态。“然后我们将看到科学将我们带到哪里，”他说。与动物受试者实验室环境不同，观察是唯一可用的数据点，从患者那里获得第一人称反馈的能力将是一个重大的范式转变。

“对动物受试者的仔细研究已经为世界做了很多事情，并将继续这样做，但没有什么能比得上我们从人类那里得到的实时口头反馈，”他说。

“不转身”

这是偶然的，Deisseroth决定专注于精神病学。

他在斯坦福大学医学院住院医师的后期前往神经外科。但是，在他强制性的精神病学阶段，一个病人表现出分裂情感秩序的全面影响——正如他在书中所写的那样，“一场破坏性的情感风暴和破碎的现实，结合了抑郁症、躁狂症和精神病的主要症状”——改变了他的路线。

他写道：“没有人能回答最简单的问题，比如这种疾病在物理意义上到底是什么，或者为什么这个人是受苦的人，或者这种奇怪和可怕的状态如何成为人类经历的一部分。“作为人类，我们试图找到解释，即使探索似乎没有希望。对我来说，在那一刻之后，就没有回头路了——我学到的越多，就没有回头路了。

所以他留在这里，深入到他的旅程中寻求解释，Monje 不会不感到惊讶。当他们相遇时，她还是一名医学生，而戴瑟罗斯是一名实习生，在神经内科病房照顾病人——许多人的预后很糟糕。

“这些人患有严重的神经系统疾病，很明显他有多在乎，他多么想在那里，与他们建立联系并与他们在一起，”她说。“他非常直觉地知道如何表现出同情心和同理心，并解读情绪状态。

Deisseroth 想到了他在 Projections 序言中写到的那个病人。就像它驱使他改变主意一样，他希望这种痛苦能够改变一个信息不足且缺乏对严重精神疾病真实本质的充分洞察力的社会的观点。

“如果人们看到患有分裂情感障碍的人，他们会感到非常震惊 – 这种程度的痛苦通常不会出现，”他说。“人们不会像对待其他疾病那样通过精神病学向社区透露他们的疾病。这并不像X光片上的骨折那么简单。

但也许有可能，只要我们更多地了解流行病学，并能与世界分享，Deisseroth解释道。他的书在口头上令人震惊地迈出了传达精神痛苦的迫切需要的第一步。通过人类神经回路研究计划，Deisseroth打算展示它，而不仅仅是在书面页面上令人回味的文字使用。

“尽管有最好的意图，但我们的社会并没有完全理解精神疾病的严重性或普遍性，”他说。“有很多人以神秘的方式受苦，我们都应该希望这种情况得到改变。第一步是理解。