杨雄里出的书 辗转之间出成就——记我国视觉研究领域的开拓者杨雄里院士
辗转之间出成就——记我国视觉研究领域的开拓者杨雄里院士
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上世纪九十年代被称为“脑的十年”,欧美、日本等国家掀起了脑科学研究的热潮;步入二十一世纪,探索大脑活动的高级功能成为人类最重要的科学活动之一,是各国科学家们正在角逐的前沿热点。在这股热潮中,我国推出了以脑功能和脑重大疾病为研究目标的973项目。
出任“脑功能和脑重大疾病的基础研究”项目首席科学家是我国生理学的杰出学者、视觉研究领域的开拓者——杨雄里院士。杨雄里院士在出任“脑功能和脑重大疾病的基础研究”项目首席科学家之前,就担任过“八五”、“九五”攀登项目“脑功能及其细胞和分子基础”的首席科学家。
从求学到研究 少年时的杨雄里有过很多理想,他想过自己以后要当文学家、翻译家、电机工程师。但是在高中的学习阶段,杨雄里在保持对文学爱好的同时,对科学的兴趣也与日俱增。
他觉得,科学很有意思,总是在探索新的领域和未知的世界。在他熟读的文学作品和历史书籍中,他认识了许多科学家,开始崇拜这些伟大的人物。 1955年,中国科学院开始设立学部,评选学部委员即院士,并明确规定学部委员是中国科学家终生的最高荣誉。
此时杨雄里有了更加宏大的理想:将来不仅要做一名科学家,而且要当一名院士。于是,他开始了比以前更加辛苦的求学道路。
从高二开始,他的成绩几乎都是5分。他喜欢俄语,高中毕业时,他已经能相当流利地掌握俄语了;他喜欢求解数学难题;同时他对物理学也很感兴趣。但是,在1958年,杨雄里准备参加高考时,却选择了一门在当时看来不是很热门的专业——生物学。
这个不可思议的选择成为了杨雄里今后成功非常关键的因素然而这并不是偶然,在上高二时,杨雄里曾经阅读了《知识就是力量》科普杂志上刊登的苏联科学院院士的文章,院士在分析了各学科的发展趋势后预言:“如果20世纪是物理学世纪的话,那么,毫无疑问,21世纪将是生物学的世纪。
”正是这段话,让杨雄里毅然选择报考了上海科技大学生物物理化学系。 上大学后,杨雄里一方面努力学好专业理论知识,获得了扎实的知识根底;另一方面,他仍然坚持阅读大量的中外文学作品和哲学理论著作,以提高自己的文学修养和锻炼逻辑思维能力。
同时,杨雄里还进一步展示了自己的外语天分。他在俄语获得了长足的进步后,挤出时间自学英语、德语,参加工作后,他又自学了日语和法语。
掌握多种语言,为他日后从事科学研究奠定了坚实的基础。 1960年,经过了三年在校的大学学习,杨雄里进入了中科院上海生理研究所(后来在所长的安排下,被送到长春光学精密机械学院应用光学专业深造)继续学习,完成最后一年的大学学业。
这也是杨雄里初次接触研究机构。三年后,杨雄里正式成为了上海生理所的一员,由此开始了研究的道路。 在上海生理所,杨雄里的指导老师是我国感官生理研究的先驱者——刘育民先生。
在刘老先生的指导下,杨雄里熟读了两部使他踏入视觉研究王国的启蒙教材——英文版的《眼的生理学》和《眼睛》,这为他从事视觉研究打下了广阔而坚实的理论基础。不仅如此,刘老先生还纠正了杨雄里缺少动手做实验的习惯,提醒他要学会动手,要会做试验,包括实验的准备工作。
这个教诲,杨雄里说他记了一辈子,终生受用不尽。 正当杨雄里开始进入第一线实验室的时候,“文化大革命”开始了。
在“文化大革命”浪潮过后,1971—1976年间,杨雄里接连参加了海水鱼趋光特性的电生理研究、“中国人标准观察者”、“铁路信号颜色标准”等几项应用性研究项目。当他从事这些比较偏重应用性的研究时,他看到,传统的神经生理学和解剖学已经融合起来,并进一步与其他学科相结合,一门以认识脑和神经系统为目标的独立的新学科——神经科学已经问世。
1977年,杨雄里在《科学通报》上发表了《色觉研究的某些重要进展》一文,标志着他正式跨入了神经科学研究领域。
从上海到冈崎 1978年,近不惑之年的杨雄里作为上海生理所第一批出国留学人员,赴日本进修。1980年,杨雄里正式开始了在日本爱知县冈崎市国立生理学研究所视觉研究室进修。
他此行的目的是学习用微电极做细胞内记录和染色,进行视网膜中信息传递的研究。在实验中,他成功地发现了一种保持正常血液循环的眼杯标本,并应用微电极技术实现了对视网膜神经元稳定的细胞内纪录。
在日本,杨雄里最大的研究成果是破解了一个世纪之谜。1981年秋天,当杨雄里和日本同事田内像往常一样,晚饭后回到实验室继续工作时,多日来在实验中反复出现的异象又呈现在他们眼前:晚饭时放在黑暗中的眼杯标本,它的视锥性水平细胞(视网膜中一种接受视锥信号的神经细胞)对光的反映变得几乎是无动于衷,而他们就餐前观察的该视锥性水平细胞却有着良好的光反应。
他们以为是标本状态恶化,田内正准备将标本像通常那样扔掉,但在长期科学实验中养成细致观察习惯的杨雄里却灵光一现,脑海中浮现出于教科书截然相反的大胆设想——视锥水平细胞是否在暗适应初期反应性增高,但随后便随时间而逐渐降低呢?他将这个废弃的标本连续用强光照射时,慢慢的原来只有几个毫伏的光反应标本,逐渐回应起强光的照射,光反应逐渐增大。
杨雄里和田内目不转睛的观察,奇迹出现了——反映幅度越来越大,最后竟然达到50毫伏以上,是强光照射前的20倍。 一个世纪之谜被破解了!
长时间黑暗中的视锥系统活动是受压抑的!自杨雄里从事视觉研究以来,他常常思考一个问题——在长时间黑暗中视锥系统是否像视杆系统一样处于高度的动能状态?当时虽然已有一些实验数据提示,可能存在视杆系统对视锥系统的压抑,但缺乏明确的实验数据来验证。
如今,杨雄里和同事的研究成果有力地证实了这一推论。 其后,杨雄里和田内多次重复这一试验,得出了相同的结果。他们的研究成果在1982年东京举行的第五十九届日本生理学大会上首次披露,引起科学界的高度重视。
这是国际上视网膜视锥信号通路在长时间黑暗中受抑制的首篇报道,科学界将发现的原创权归于“杨?田内?金子”。随后,他们从这一特殊问题入手,逐渐扩大战果,经过十几年的耕耘,已经初步把细胞学和分子生物学方法与电生理学、药理学等方法有机的结合起来,开辟了一个重要的研究领域。
1982年,杨雄里用一年半的时间走完了按常规需要六年才能走完的路程,获得了博士学位。在当时,获得国外博士学位尚属罕见。
1982年4月,杨雄里从日本满载而归。回到上海后,他从筹建实验室开始,在C型水平细胞的研究、对海洋动物视觉特性的研究诸方面,发表了20多篇研究论文,从而确立了他在国际视觉生理学界的地位。
虽然在日本期间因时间所限,有很多研究不能进行得更加深入,但是这成为了杨雄里80年代中期和国内外合作者进行一系列研究工作的起点,最终导致了很多重要成果的诞生。 从冈崎到美国 1985年,哈佛大学J?E?Dowling教授到上海参观了杨雄里的实验室。
杨雄里向客人介绍了视网膜视锥信号通路在长时间黑暗中受抑制的这一成果。与他殊途同归的是,Dowling教授在鲈鱼的立体视网膜观察到了同样现象。
他推测这一现象可能与网间细胞释放的多巴胺有关,于是,他向杨雄里提出了邀请——赴哈佛进行合作研究。 1985年9月,杨雄里束装就道,飞赴美国来到了哈佛大学著名的生物实验室,与在视网膜研究方面最负盛名的Dowling教授合作,进一步研究“暗压抑效应”的机理。
在哈佛,他们应用离体、灌流的鲈鱼视网膜详细比较了长时间暗适应和短时间暗适应条件下视锥水平细胞的反映特性,并考察了多巴胺及其拮抗剂对这些细胞光反应及电耦合的影响,将研究成果写成三篇论文发表在美国的《神经科学杂志》(Journal of Neuroscience)上。
1986年底,杨雄里南迁至美国休斯敦的贝勒医学院,与Dowling的学生、视网膜研究中的后起之秀吴淼鑫博士进一步研究这一系列问题。
蝾螈的水平细胞兼接收视杆和视锥的信号,他们推测其活动所受到的调制会有不同的规律。对这些细胞反映特性的仔细分析表明,在长时间暗适应时,它们反映的上升相非常缓慢,但在适应后或有背景光存在时,反映的上升相大大加快。
这提示明暗对这些细胞的调制主要表现在时间域上,不同于鱼的水平细胞反应主要表现在幅度域上的调制。在不断的探索研究中,杨雄里和同事们进一步发现,L型视锥水平细胞所接收的红敏和绿敏视锥信号在长时间适应中所受到的压抑程度是不同的,红敏视锥信号所收的压抑要强烈得多,因此参与暗压抑效应的不仅有多巴胺,可能还有其他机制。
从美国到上海 正当杨雄里在美国实验室里的研究工作顺利开展之际,祖国召唤他回国担任上海生理所的第三任所长。1987年5月,他在贝勒医学院收到了上海市科技党委写来的信,正式通知他,市科技党委已经通过对他的任命并已上报中国科学院。
尽管当时杨雄里在美国的研究工作正处于高潮,他的名字频繁的出现在著名的学术杂志上,但他真诚朴素的说:“我的事业在祖国。”1987年12月,他登上了飞往祖国的飞机。 1988年1月3日,陈至立在中国科学院上海生理研究所的联系会议上,宣布了中国科学院任命杨雄里担任生理研究所第三任所长的决定。
那一年,杨雄里47岁。从此,杨雄里开始了角色的转变。他一上任,便改组学术委员会,全力推动所内学术交流和评议活动,扩大生理所的影响,处理那些永远处理不完的事务。
1991年9月,杨雄里的所长任期即将届满,他希望自己能够还原为一个专事研究的科学家本色。但是在他为期三年的任职中,得到了所内高级研究人员和中层干部的一致肯定。
于是,他顺从了民意,继续了他第二届所长的繁重工作…… 就在他连任之际,他成功的当选的了中国科学院院士(学部委员),成为了上海最年轻的中国科学院院士,也实现了他年少的宏愿。
2000年,杨雄里终于卸下了“沉重”的行政职务,寻找着更适合做学问的空间。同年5月,复旦大学以非常优厚的科研条件,把杨雄里招至“麾下”。7月杨雄里开始了在复旦工作——领衔组建复旦大学神经科学研究中心。
这是当时沪上最高级别的科学家“跳槽”。尽管杨雄里年过半百,但此次“不安分”的“跳槽”,引起了中科院同事们的种种“向往”。 数十年来,从上海到冈崎,从冈崎到哈佛,从哈佛到贝勒,从贝勒到上海,杨雄里取得学术成就的地点主要在海外。
他从一个特殊问题着手,与同伴们经过多年的研究,终于拓宽了一个重要领域,翱翔于科学的自由王国。 杨雄里的座右铭是“信书,但不尽信书,凡事独立思考”。也正是这一科学精神,赋予他一双火眼金星,发现了常人忽略的规律,从而在科研道路上不断开拓创新。
