张明杰  中国科学院院士、南方科技大学生命科学院院长

    神经元和突触是大脑的基本单元。突触是神经元之间在功能上发生联系的部位，也是信息传递的关键部位。过去近30年，我一直在研究突触是如何形成、工作的，希望以此帮助人们更深入地了解大脑。

    相分离或导致突触后致密区形成

    同一个神经元上，有兴奋性的突触，也有抑制性的突触，这两类突触互相交汇，形成我们大脑的神经网络。

    每个突触具体是怎么工作的？

    我们人类大概有1000亿个神经元，每个神经元里有几千个突触，而每个突触就是一个小型计算机，可见人类大脑有多强大。众所周知，云计算需要耗费大量电能，但大脑却可以做到在实现快速运算的同时，只耗费极少的能量。如果我们对人脑的这些基本运作原理有更深入的了解，除了能促进脑健康研究外，还将对人工智能发展产生巨大的影响。

    我们可以从突触的电镜照片中看到，在突触后膜下，有一团密度很高的蛋白质聚集体。这种蛋白质聚集体被称为突触后致密区。突触后致密区结构非常稳定，甚至可以被化学提纯出来，同时又可以被神经元的活动所调控。我非常想了解突触后致密区形成和调控过程中的生化性质、结构特征，这一直是我所在实验室的研究重点。

    我们对突触后致密区中各种主要蛋白质之间的相互作用进行了细致的研究。在研究其中两种蛋白质之间的相互作用时，一个学生告诉我，当他把PSD-95和SynGAP两种蛋白质混合在一起时，它们会形成类似液滴的聚集体。这是一个意料之外的发现，由此我们意识到，突触后致密区的形成也许是上述两种蛋白质相分离的结果。这是我们进入相分离领域的第一个工作成果，相关成果于2016年发表在《细胞》杂志上。

    为神经系统疾病药物研发提供全新视角

    大脑里至少有几百种甚至上千种不同的神经元，它的复杂程度远超想象。

    神经元陪伴人类从生到死，不可再生。当人类衰老后，神经元也会出现损伤，因此各种各样的大脑相关疾病便随之而来。

    目前，人类对许多大脑疾病都束手无策，最主要的原因是我们对大脑的了解非常有限。我们不知道大脑为何会产生这样的变化，不知道它是如何工作的，这样就导致我们难以找到有针对性的治疗方法。

    我们团队另辟蹊径，从相变的途径来研究大脑的生理和疾病现象，希望搞清楚神经系统的工作原理、探索神经系统的失调是否与相变失衡有关，这可能会为认识神经系统提供一个全新的视角。

    我们的研究揭示出生物大分子可通过相变形成各种各样新的细胞器，这些无膜的细胞器可以跟有膜的细胞器相互“交流”。这就为揭示细胞如何运作提供了一个全新的概念性框架。该项研究的意义在于，为生命最基本的运作模式提供了新的探究角度，更为重要的是，其为阿尔茨海默病、帕金森病、渐冻症等神经系统疾病的治疗、药物研发提供了全新的视角。

    基础研究的进步将为更多脑部疾病的诊疗带来希望，但前提是我们要夯实基础研究，培养出能够实现从0到1的创新人才。除此之外，相关产业长期的、可持续的发展，也离不开基础研究和人才培养，尤其是对年轻人的培养。