郭爱克

      郭爱克,生物物理学和神经科学家。1940年生于辽宁省沈阳市。1965年毕业于莫斯科大学生物物理学专业,1979年获慕尼黑大学自然科学博士学位。博士论文题为“丽蝇视细胞的光谱及偏振光灵敏度的电生理研究”。历任中国科学院生物物理研究所研究实习员(1966~1979),助理研究员(1979~1986),副研究员(1986~1988),研究员至今(1988~)。1999年11月被聘为中国科学院上海生命科学研究院神经科学研究所高级研究员(Senior Investigator)。现任中科院生物物理研究所脑与认知科学国家重点实验室学术委员会主任。曾主持国家自然科学基金委重大项目“神经网络理论模型及应用方法研究”(1990~1993);曾任“973”项目“脑发育和可塑性基础研究”(2000~2005)和现任“脑结构与功能的可塑性研究”首席科学家(2006~)。2003年当选为中国科学院院士。2006年获中国科学院先进工作者称号(人事部、中科院)。
  在1979~1992年间,他主要从事视觉信息加工和计算神经科学研究。在视觉图形—背景相对运动分辨的神经计算原理、视觉模式分辨以及复眼的颜色和偏振光视觉的生物物理学机制等方面有较重要贡献,相关成果《复眼光感受的生物物理学机制及视觉运动感知的神经计算原理》于1993年10月获中国科学院自然科学奖二等奖。
  他于1993年在中科院生物物理研究所建立了我国第一个以果蝇为模式的生物研究学习记忆的实验室。14年来,他领导实验室从基因—脑—行为—认知相结合的角度,研究果蝇的学习、记忆、注意、抉择、痛觉、日节律、睡眠与记忆、药物成瘾、“同性恋”以及神经退行性机制等,取得一系列创新研究成果,在国际上初步占有一席之地。
  首先,建立了果蝇的视觉学习和记忆生成的多阶段模型;系统地研究了果蝇视觉联想记忆的形成和巩固机制,证明无脊椎动物也可以形成长时程视觉记忆,再次证实了记忆的分子和细胞机制在进化上可能的保守性。
  长期以来,人们习惯地认为,抉择这类高级认知功能只能是人类和高等动物的“专利”。他和合作者开创了果蝇“两难抉择”的研究方向,证明了果蝇可以学习视觉模式的多个线索来指导飞行定向行为,如视觉模式的形状、颜色线索等。之后当遇到形状与颜色代表的“价值”信息出现矛盾时,野生型果蝇可以根据颜色和形状线索的相对“突显”性质,在相互竞争的视觉线索之间作出趋利避害的抉择,体现了“两利相权取其重,两害相权取其轻”的抉择准则。为理解脑的这一高级认知功能提供了更为简单的动物模型和行为范式 (Tang & Guo, Scie-nce, 2001);该论文也成了中国神经科学工作者,以全部在中国内地完成的研究工作,在Science杂志上发展论文,实现了这方面“零”的突破。它的科学意义在于告诉人们: 抉择能力不应被看作是人和非人灵长类的专利,这有助于人们科学观念的转变,对揭示“价值评估系统”的基本神经回路有启发意义。
  我们生命体在演化的历史长河中,被“武装”了视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉、痛觉等不同的感知觉通道或称作模态。脑如何对多通道的感觉和记忆信息加以综合,已成为脑与认知科学的热点问题之一。人们以往的研究主要聚焦在感知和心理层面上的多通道相互作用。他的实验室在学习/记忆层面上探索了的多模态整合功能,发现在一定的时间—空间条件下,果蝇在视觉和嗅觉不同模态之间的学习与记忆获取可以实现协同双赢和相互传递 (Guo & Guo, Science,- 2005)。他的实验室将单独的视觉和嗅觉模态的输入信息衰减到接近阈值,即不再能引起果蝇有效的学习与记忆,但当对果蝇实施接近阈值的双模态强化型学习时(reinforcement learning),发现二者之间的“弱—弱”联合,导致跨模态的学习记忆达到了极显著的非线性增强, 即“协同共赢”的效果。多模态记忆的协同对于理解我们如何生成概念,达到对客观事物的完整认知,都具有重要的认知意义。
  多巴胺介导的强化型学习和抉择的脑机制是脑与认知科学领域非常重要和活跃的研究方向之一。为了回答“脑怎样处理不确定性问题,实现价值最大化?”,他和合作者发现,果蝇的基于价值的抉择可能包括两个过程:线性抉择(在感知层面的抉择)和非线性抉择(基于价值的抉择)。从线性到非线性的转化需要果蝇脑的蘑菇体(果蝇的一个重要的中枢脑结构)和多巴胺系统协同参与,从而提出了果蝇的基于价值的抉择可能是多巴胺信号依赖的蘑菇体的门控机制的假设。
  他的实验室新近发现,面对复杂的视觉特征(如颜色和图形)组合,果蝇不能直接学会抽提出其中单一的关键特征,如形状特征。但是,预先用某一个特定的形状特征训练过的果蝇则不仅能够学会从组合特征中抽提出该关键特征,而且当呈现的特征图形发生改变后,果蝇依然能够从组合中抽提出新的形状特征,表明果蝇可能具有抽象的特征抽提和概念生成的能力。他们还发现果蝇的这种抽象能力也需要果蝇脑蘑菇体的参与。
  他的实验室用果蝇作为神经退行性疾病的模型,在研究老年性痴呆、Tau蛋白突变引起的疾病(tauopathies)等方面也取得了一些重要进展。如发现过量表达果蝇的类淀粉样前体蛋白(amyloid precursor proteinlike, APPL)导致神经元形态异常和学习记忆能力下降。
  郭爱克的长远目标是从演化的角度,力求发现在果蝇脑中可能的高级认知活动的一些基本元素和事件,从而加深对“脑—智”关系的理解。他相信果蝇作为一种重要的模式生物,不仅对揭示生命本质,而且对揭示智力本质,对探索深层次的脑与认知的“基本原理”也极端重要。他信仰越是最基本的,就越是普适的。

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