 光遺傳學(xué)（optogenetics）是近幾十年來神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域最大的突破之一。然而它的第一位發(fā)明者，默默無聞的華人科學(xué)家潘卓華卻因為學(xué)界的種種規(guī)則被埋沒了。在科學(xué)界，到底什么樣的研究成果才算的上一項發(fā)明，一項研究論文從撰寫到投稿在到發(fā)表，到底會經(jīng)歷怎樣的過程與障礙，評審的標準又是如何影響發(fā)表結(jié)果的，這一切都可以從以下這個傳奇的故事中一窺究竟。神經(jīng)科學(xué)一直是機器之心關(guān)注的重要前沿領(lǐng)域之一，同時我們也關(guān)心這些偉大研究成果背后的科學(xué)家。希望周日的這篇故事能給社區(qū)帶來一些做學(xué)術(shù)研究上的思考。 下一個在醫(yī)療業(yè)掀起革命的技術(shù)將是來自一個可以促進神經(jīng)元光敏的新實驗室技術(shù)。這種技術(shù)又叫做光遺傳學(xué)（optogenetics），是近幾十年來神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域最大的突破之一。它具有治愈眼盲、治療帕金森癥和緩釋慢性疼痛的可能。不僅如此，它還可以在實驗室中廣泛應(yīng)用于研究動物大腦運作方式，并促進科學(xué)家獲得對于睡眠、成癮與感知的突破性理解。 因此兩個美國人作為光遺傳學(xué)的發(fā)明者成為了科學(xué)世界的搖滾明星也就沒什么好驚訝的。斯坦福大學(xué)的 Karl Deisseroth 和 MIT 的 Ed Boyden 已經(jīng)獲得了數(shù)千萬的資金，并在近些年贏取了百萬元的獎金。他們在媒體與世界各大學(xué)術(shù)會議中獲取了很多稱贊。他們被認為是肯定會贏得諾貝爾獎。 只除了一個問題：也許潘卓華（Zhuo-Hua Pan）才是光遺傳學(xué)的開創(chuàng)者。 但甚至連許多神經(jīng)科學(xué)家都從沒有聽說過潘。 60 歲的潘是底特律的韋恩州立大學(xué)的視覺科學(xué)家，他在故鄉(xiāng)中國的時候就開始了他的研究生涯，上世紀 80 年代搬到了美國，繼續(xù)他的 PhD 并且再也沒有離開過這里。他的鼻梁上架著一副金絲眼鏡，臉頰上有著笑紋。他的同事形容他是一位純粹的科學(xué)家：謹慎、專注、小心。 潘一直致力于治愈眼盲。在 2000 年的初期，他想出了將光敏蛋白放在眼內(nèi)來幫助盲人恢復(fù)視覺——通過制造其他光敏細胞來彌補死去的視桿細胞和視錐細胞。 這正是光遺傳學(xué)思想的來源——獲取能將光轉(zhuǎn)化為電子活動并將它放進神經(jīng)元的蛋白質(zhì)。這樣，科學(xué)家能夠通過發(fā)射光來遠程刺激神經(jīng)元，讓它們操控腦回路。也有很多人在此之前嘗試過制作光敏神經(jīng)元，但是都沒有成功，因為它們都缺少了光敏蛋白質(zhì)。 2003 年公開的對光敏感通道蛋白的首次分子描述改變了這一切。 光敏感通道蛋白，一種由綠藻形成的蛋白，它通過將離子注入細胞來對光作出反應(yīng)，這有助于藻類尋找陽光。 「這是我生命中最令人激動的事情，」潘說道，「我認為，哇哦，這就是我們尋找的分子。這正是我們在尋找的光探索器。」 直到 2004 年 2 月，他一直在嘗試在神經(jīng)節(jié)細胞中培育光敏感通道蛋白——我們眼中的神經(jīng)元直接與大腦相連——他在培養(yǎng)皿中培育出了它們。它們在光照下開始具有電活性。在平復(fù)激動的心情之后，潘申請了美國國立衛(wèi)生研究院的資金。NIH 給了他 30 萬美金，并評論他的研究「史無前例，具有高度的創(chuàng)新提案，探索在未知的邊緣?！?br>  一只包含了光敏感通道蛋白質(zhì)的盲鼠的視網(wǎng)膜。底部的圓狀是神經(jīng)的細胞體。  包括了光敏感通道蛋白的小鼠視網(wǎng)膜和綠色的熒光蛋白質(zhì)。 潘不知道那個時候他處在一場與美國以及全世界的科學(xué)家的競賽中，比賽誰能最先將光敏感通道蛋白放入神經(jīng)元中。 Deisseroth 和 Boyden 在斯坦福工作，Deisseroth 快完成了博士后階段，Boyden 快讀完碩士學(xué)位。至少還有另外兩個小組處于這場競賽中，凱斯西儲大學(xué)（Case Western Reserve University）的 Stefan Herlitze 和 Lynn Landmesser，以及日本東北大學(xué)（Tohoku University）的 Hiromu Yawo。 嘗試用光來控制神經(jīng)元的科學(xué)家絕不止這些。到 2004 年，Gero Miesenbock 和 Richard Kramer 已經(jīng)公開發(fā)表了利用其他更加復(fù)雜的分子來實現(xiàn)這個技術(shù)的文章。但是光敏感通道蛋白才是那個即將變革整個領(lǐng)域的工具。 斯坦福團隊用光控制神經(jīng)元的想法由來已久。他們也注意到了關(guān)于發(fā)現(xiàn)光敏感通道蛋白的論文。Deisseroth 在 2004 年 3 月與文章的作者 Georg Nagel 取得了聯(lián)系，他問 Nagel 是否愿意合作，分享光敏感通道蛋白的 DNA，這樣 Boyden 就可以試著將它放進神經(jīng)元。在 2004 年 8 月，Boyden 在一個小培養(yǎng)皿里用光照射一個大腦神經(jīng)元，并記錄了光敏感通道蛋白的電子活動。而 6 個月前，潘已經(jīng)用視網(wǎng)膜神經(jīng)元做了同樣的事情。 潘早在 6 個月前就針對視網(wǎng)膜神經(jīng)元做了同樣的事情。但是他被人搶先了。 我們并沒有感到多幸運 Boyden 現(xiàn)在是 MIT 的教授，STAT 告訴他潘首先進行實驗的時候他很震驚。 「哇哦。很有意思。我根本不知道這個?！笲oyden 說道。 「科學(xué)如何認為某件事被證明這件事很值得思考。」他補充道，并指出科學(xué)家的成就基于互相的工作，有時候互相合作，有時候并行工作，互相借用對方的肩膀。「不同的團隊有時會在互不知曉的情況下做著目的相同的研究」他說道。 斯坦福的新聞辦公室稱 Deisseroth 的方法是不可行的。為了回應(yīng) STAT 提出的問題，發(fā)言人 Bruce Goldman 稱潘的研究「還遠遠稱不上利用光遺傳學(xué)... 為了打開精確的神經(jīng)科學(xué)的新大門。這正是 Deisseroth 博士 2005 年的那篇被廣泛引用的論文中所揭露的潛力?！?br> 潘說他在幾年前可能向 Boyden 說起過他的實驗時間，但是潘說，「我并不希望花太多時間說這個，因為會讓人們感到不舒服。」 這種想法與 潘一直以來的風格是一致的——勤奮、保守、低調(diào)。Wayne State 是一個規(guī)模較小的大學(xué)，并不因為科學(xué)研究而出名。潘去了另一個州立大學(xué)完成他的博士學(xué)位，接著花費了數(shù)十年做了許多低調(diào)的研究。這些事情也許對后來發(fā)生的事情有所影響，當他試著向世界介紹他的發(fā)明時：它看起來并不像某種巨大的前進，即使它真的是。  潘的實驗室里的一個人眼模型 潘花費了 2004 年的一個夏季來找出如何把光敏感通道蛋白放進活眼當中。他決定用病毒，即感染眼睛中的細胞，并潛入光敏感通道蛋白的 DNA 中。他的同事，Alexander Dizhoor 是薩魯斯大學(xué)（Salus University）的教授，設(shè)計了光敏感通道蛋白 DNA，并將這種基因添加到一個蛋白上，能在藍光下發(fā)出綠色的熒光，所以他們可以一直跟蹤光敏感通道蛋白。 在 2004 年 7 月，潘將病毒注射給第一只小鼠。五周后，他檢查了小鼠的視網(wǎng)膜看看是否起效。當他看到了一片綠色的海洋時——它們的細胞膜中的成千上萬個神經(jīng)節(jié)細胞有著與光敏感通道蛋白偶聯(lián)的綠色蛋白質(zhì)。當他在其中一個細胞中插入電極并打開照射燈的時候，這些細胞出現(xiàn)了明顯的電活性。光敏感通道蛋白起效了。這僅僅是第一步，但卻是具有革命性的一步——這意味著潘的方法也許讓盲人恢復(fù)視力。 「它的一切都如此美麗?！古苏f道。 根據(jù)潘分享給 STAT 的一封信所寫，潘與 Dizhoor 撰寫了一篇研究成果的論文，并在 2004 年的 11 月 25 號提交給了 Nature。Nature 的編輯建議他們將這篇文章發(fā)給了一個更加專業(yè)的雜志，即 Nature Neuroscience，后者拒絕了這篇文章。在第二年的年初，潘將這篇論文發(fā)給了 Neuroscience，盡管后者重新看了一遍，但還是拒絕了。 潘心灰意冷，準備重新修改他的論文，并在 2005 年 5 月去了佛羅里達州的勞德代爾堡，參加 視覺與眼科學(xué)研究協(xié)會（Association for Research in Vision and Opthamology）大會，在那里他描述了他在神經(jīng)元中使用光敏感通道蛋白的研究。這次大約只有 15 分鐘的簡短演講，算是他的個人發(fā)明史上最高調(diào)的一次了。 但后來的事情證明這個演講愈發(fā)的重要。幾個月后，在 2005 年 8 月，Nature Neuroscience 發(fā)表了一篇利用光敏感通道蛋白制造光敏感神經(jīng)元的論文。這篇論文來自于 Edward Boyden 與 Karl Deisseroth。 潘從一個同事那里聽說了這件事，后者發(fā)給了他這篇論文?！肝腋杏X很糟，非常糟?！古苏f道，停頓了下?！肝覀兏杏X自己的運氣太不好了?！?br> 遭遇不屑 Deisseroth 和 Boyden 的論文相比于潘的稍有不同。他們僅僅證明了他們可以使用光敏感通道蛋白來控制神經(jīng)元在培養(yǎng)皿中的活動；潘一直等到在活的動物體中行得通時才發(fā)表論文。而且 Deisseroth 和 Boyden 的開燈時長僅為 1 毫秒，已顯示出令人難以置信的精確的時間控制。但他們的技術(shù)功績基本上是相同的：他們已經(jīng)成功地使用光敏感通道蛋白來使培養(yǎng)皿中的神經(jīng)元對光照產(chǎn)生反應(yīng)。  MIT 媒體實驗室里的 Ed Boyden 那篇斯坦福論文的影響過了一段時間后才顯現(xiàn)出來，但確實名聲大噪。該項成果瞬間啟動了 Deisseroth』s 和 Boyden 兩人的職業(yè)生涯，為 Deisseroth 在斯坦福的實驗室以及 Boyden 位于 MIT 的實驗室?guī)砹司揞~撥款和有天賦的學(xué)生們。紐約時報在 2007 年開始撰寫關(guān)于 Deisseroth 的光遺傳學(xué)突破，那篇論文的引用次數(shù)開始飆升。 等到潘終于成功地在 2006 年 4 月于《Neuron》上發(fā)表了他的論文之時，人們多半不屑一顧。加州大學(xué)伯克利分校的神經(jīng)科學(xué)家 Richard Kramer 那時也在研究視覺，他記得，「這算不上創(chuàng)新，這只是『哦，看，你可以把光敏感通道蛋白放入接入大腦的神經(jīng)元中，你也可以把它放在視網(wǎng)膜的神經(jīng)元?！凰惺裁聪∑娴膯幔繘]有」 那幾個月的時間似乎已經(jīng)使一切都不同了。  潘的實驗室中長出細菌的培養(yǎng)皿和解剖工具。 為什么潘的論文沒有被第一個發(fā)表？他可能永遠不會知道答案。Boyden 的論文出來后，潘給自然神經(jīng)科學(xué)雜志（Nature Neuroscience）的編輯寫信，問他們怎么能拒絕他的論文而發(fā)表 Boyden 的。 編輯回應(yīng)到，盡管兩篇論文相似，但 Boyden 等人是作為一種新技術(shù)、而非一個科學(xué)發(fā)現(xiàn)來提出的。潘的論文看起來太過狹窄，僅僅關(guān)注于使用光敏感通道蛋白來恢復(fù)視力，而 Boyden 的論文視角廣闊，將光敏感通道蛋白視為一種通用的神經(jīng)系統(tǒng)科學(xué)工具。 其他研究人員提交給神經(jīng)科學(xué)雜志的評論揭示了人們是如何看待潘的論文的。一位評審員喜歡它并給它提了一些小的改進建議。另一個評審員在單獨一長段中說該研究是「雄心勃勃的」和「非常初步的」，并總結(jié)到「這里能夠誘惑大多數(shù)神經(jīng)系統(tǒng)科學(xué)家的東西太少。」 事后，潘的合著者 Dizhoor 讀到這些評論時不禁失笑。細微地修改后，評審會最終在 2006 年出版一份潘的這篇論文的擴展版。 但那并沒有將潘提升為光遺傳學(xué)的偉人。在出版方面，他比大部隊晚太多了，有三個不同群體在他之前發(fā)表了有關(guān)光敏感通道蛋白的論文。他沒能分享到最近頒給 Deisseroth 和 Boyden 的兩大獎項，分別是 2013 年的大腦科學(xué)獎（The Brain Prize）（100 萬歐元分給了光遺傳學(xué)的六位發(fā)明者）和 2015 年的生命科學(xué)突破獎（The Breakthrough Prize）（Boyden 和 Deisseroth 每人得到 300 萬美元）。  Karl Deisseroth 在加利福尼亞州的芒廷維尤接受生命科學(xué)領(lǐng)域的 2016 Breakthrough Prize。 自 2005 年以來，Deisseroth 已經(jīng)獲得了美國國立衛(wèi)生研究院為他在光遺傳學(xué)方面研究所資助的 1800 多萬美元，而 Boyden 已經(jīng)收到 1000 多萬美元。兩人都有其他的主要項目，每年為其實驗室?guī)眍~外資金。Boyden 是一個多產(chǎn)的演講家，在 TED 上做了多次 演講；Deisseroth 是紐約客的 2015 年度深度人物專題的報道對象。 另一方面，潘在過去的 10 年間僅僅累計收到 300 多萬美元，并只有一項美國國立衛(wèi)生研究院的資助——是維持研究項目的最低限度資金。對其工作的大部分贊譽來自于韋恩州立大學(xué)。據(jù)潘自己的網(wǎng)站介紹，他被邀請做幾個訪談——最近的是在俄羅斯的一個技術(shù)展覽上。  潘在韋恩州立大學(xué)的實驗室中，在那里他繼續(xù)著光敏感通道蛋白的研究工作。 發(fā)明的游戲規(guī)則 這個傳奇的故事提出了一個問題：科學(xué)上的發(fā)明意味著什么。這是近年來困擾科學(xué)家們的一個問題——包括正在進行的 CRISPR 專利戰(zhàn)——隨著研究變得越來越全球化，生物技術(shù)的影響和醫(yī)學(xué)發(fā)現(xiàn)的研究戰(zhàn)果變得越來越有價值。 事實證明，答案取決于語境的變化。 學(xué)術(shù)界同行通常認為第一個發(fā)表有關(guān)某技術(shù)論文的科學(xué)家是該技術(shù)的發(fā)現(xiàn)者或發(fā)明者。 但是正如潘的經(jīng)驗表明，該指標可能有問題。在最近一篇《eLife》雜志上的文章中，兩個生物學(xué)家 Ronald Vale 和 Anthony Hyman 也指出了這個問題。他們認為，「論文提交和論文出版之間的延遲差可以從幾星期到兩年多」，「這個過程讓知識從科學(xué)家轉(zhuǎn)移到全球科學(xué)界的過程中，調(diào)慢了進度并創(chuàng)造不公平?！?br> 而且評審員可能會偏向于他們熟悉的名字或有聲望的機構(gòu)。抹去作者姓名的盲評方法已被建議用來將這種影響最小化，但許多科學(xué)家懷疑它是否有效，因為研究往往是在會議上就被提前討論了。 而 Vale 和 Hyman 提倡科學(xué)家們在提交給雜志前先在 bioRxiv 之類的「預(yù)印本服務(wù)器」上貼出研究草稿。如果這樣的服務(wù)器在 2004 年就已被神經(jīng)系統(tǒng)科學(xué)家廣泛使用的話，潘可能已經(jīng)在上面貼出他那篇被拒的研究成果了，作為一份憑證。 但這是否意味著他將出現(xiàn)在諾貝爾獎的入圍名單上還不清楚。 Kramer 認為即使 潘已經(jīng)在 bioRxiv 上發(fā)表，他也應(yīng)該閉嘴了，因為他并不是第一個在該技術(shù)上發(fā)表同行評議論文的人。這才是影響光遺傳學(xué)（optogenetics）的發(fā)明者是否會以及何時會獲得諾貝爾獎的重要因素。 法律系統(tǒng)里的規(guī)則跟這里的不太一樣。據(jù)一位專門從事專利法的美國律師協(xié)會代表的說法，要在 2000 年初時證明專利優(yōu)先問題，通常情況下你需要展示兩個過程：「某人在何時確實構(gòu)想出了這個發(fā)明——有點像是頭腦中的靈光一現(xiàn)（??！我有了?。约鞍l(fā)明在何時進入實踐——這意味著你已經(jīng)實現(xiàn)它并已經(jīng)證明你的想法行得通?！?br> 根據(jù)這些標準，一項發(fā)現(xiàn)要發(fā)生在實驗室演示時期，甚至是在預(yù)印本服務(wù)器上貼出之前。 然后是公眾輿論的意見。科學(xué)家們成為日益公眾的人物，他們運營推特賬戶并出現(xiàn)在深夜談話節(jié)目中。 「在學(xué)界上升的過程受到非科學(xué)事物的影響比過去更多了一些，」擁有失明基因治療方面專利的哈佛醫(yī)學(xué)院教授 Richard Masland 說。 身處韋恩州立大學(xué)可能意味著潘沒有資源讓一篇高知名度的論文獲得發(fā)表。做高質(zhì)量研究有實際的成本，但此外頂級大學(xué)的高級研究員通常指導(dǎo)初級教授，閱讀他們的成果并幫助深化。 與麻省理工學(xué)院或斯坦福大學(xué)等著名機構(gòu)中的科學(xué)家相比，潘 贊同這一事實可能會將他置于劣勢?！府斎唬也荒芡ㄟ^證據(jù)證明它?！顾f。而潘的謙遜和非母語的語言能力可能無法讓他像 Boyden 和 Deisseroth 那樣宣傳自己。 「他不像該領(lǐng)域的其他人那樣是一位知名演講人和主持人。而要能夠走出去并出售自己，這是整個游戲的一個重要組成部分，」加州大學(xué)伯克利分校的視覺研究員 Kramer 說。 這種宣傳可以是自我強化的。起先研究光敏感通道蛋白的 Case Western 教授 Landmesser 說，「我認為總有一種趨勢是，讓我們這么說吧，第一個到達的人會得到更多宣傳。」 一段大學(xué)的公關(guān)視頻可以帶來一篇國家級新聞報道，這會促使某人在一個不錯的現(xiàn)金獎勵提名中想起你的名字，這會導(dǎo)致科學(xué)家在一些電視節(jié)目中露臉?！赴l(fā)明者」一詞在某些時刻會被用到，而你要在谷歌了「誰發(fā)明了光遺傳學(xué)？」之后才能通過谷歌的自動回答得到答案。   在潘實驗室中的一張黑板和玻璃器皿干燥架。他使用光敏感通道蛋白幫助失明的小鼠看東西。 最終，潘 和 Boyden 與 Deisseroth 團隊共同獲得該發(fā)現(xiàn)的專利 潘在 2005 年 5 月的演講對 Boyden-Deisseroth 專利有過一陣威脅——美國專利局拒絕了它多次，因為潘的摘要是在歸檔的一年多以前出版的。 最終，Deisseroth 和 Boyden 簽署了一份文件，說明他們在 潘 發(fā)表會議摘要之前已經(jīng)在實驗室中私下發(fā)明了使用光敏感通道蛋白的這種方法。有關(guān)專利是在 2016 年 3 月發(fā)布的，幾乎是在歸檔的 10 年之后。 現(xiàn)在 Deisseroth 是 Circuit Therapeutics 公司的創(chuàng)始人和科學(xué)顧問，這家公司開發(fā)一系列的基于光遺傳學(xué)的療法，想來是使用了 Deisseroth 的專利發(fā)明。（Circuit Therapeutics 拒絕評論有關(guān)其知識產(chǎn)權(quán)許可的細節(jié)。） 潘也獲得了一項專利，使用光敏感通道蛋白來恢復(fù)視力。他的專利是由 RetroSense 頒發(fā)，后者在 2005 年贏得了來自天使投資協(xié)會（Angel Capital Association）的獎勵。RetroSense 的 CEO——他頒發(fā)的這項專利——告訴《STAT》有關(guān) 潘 在光遺傳學(xué)發(fā)明上的地位——今年開始的臨床試驗，使用基因治療把藻類蛋白質(zhì)放在盲人眼中。這是人類的第一個光遺傳學(xué)應(yīng)用，也是非人類基因第一次被用于基因治療試驗。 現(xiàn)在，德克薩斯州的盲人依靠眼睛里的海藻 DNA 和蛋白質(zhì)看路。而這就是 潘 一直在努力的?！肝胰匀桓械礁吲d的一件事是：即使是現(xiàn)在，我們的臨床研究仍然領(lǐng)先于任何人，」潘說。 但由于在美國沒有基因療法被批準用于臨床使用，在人類中成功利用光遺傳學(xué)的道路可能是漫長的。加州大學(xué)伯克利分校的神經(jīng)科學(xué)教授 Yang Dan 正在利用光遺傳學(xué)來研究睡眠，但她在短期內(nèi)不看好光遺傳學(xué)的臨床治療，她說：「我相信這些安全檢查會需要很長很的時間?！?br> 至于該發(fā)明本身，一些科學(xué)家說 潘可能沒有 Deisseroth 和 Boyden 所擁有的值得嘉獎的大愿景。作為搶先獲得光敏感通道蛋白首次發(fā)表的其他人之一，Stefan Herlitze 說：「當然我不得不說，Deisseroth 和 Boyden 他們真的將該領(lǐng)域向前推進了?！?br> Boyden 附和道「Karl 和我對如何控制大腦中的細胞類型的一般性問題非常感興趣，我們近年來致力于將這些分子推到它們的邏輯極限?！?br> 所以可能重要的不是誰發(fā)明了光遺傳學(xué)，而是看誰把科學(xué)的邊界推得最遠。 當被問到自己是否應(yīng)得 Boyden 和 Deisseroth 已享有的認可時，潘拒絕回答。他后來告訴《STAT》，Deisseroth「的工作無疑也很出色。但他也很幸運，因為如果我們的論文是在他前面被發(fā)表，故事就不同了。我們本將得到更多的榮譽。」 這差不多就是潘愿意說的關(guān)于其信用下跌的全部東西。今天他仍然在底特律。他一直以來都在致力于研究可用來治愈失明的新版光敏感通道蛋白。「我的實驗室非常小，」潘說，「我們主要對試圖恢復(fù)視覺感興趣?！?br> |
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