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历经10年,王帆终于看到了这场“科研马拉松”的曙光。2012年博士毕业后,王帆只发过寥寥几篇文章,而他所在赛道上的竞争者不乏国际知名实验室。刚回国“从0到1”建设实验平台时,王帆没有想到,未来他和同事会率先填补国内常温脑磁图的空白,让中国有望通过竞争成为这一领域的领导者之一。与许多科研成果不同,王帆所在团队成果的归途并不仅仅是知名学术期刊,更是真正从实验室走向了工厂、医院。在他看来,即便发表了顶刊,如果高精尖的研究成果最终止步于“少数人的玩具”,那么这很难说是科学家职业生涯的成功。
“10年前回国时,我在国内几乎找不到第二个地方,容忍我几乎不发文章、不急职称,用所有精力建立一个脑磁图技术研究平台。”王帆告诉《中国科学报》。如今,一切水到渠成。首批量产零场原子磁力计探头及其控制系统
胡一南(左)、王帆(中)、卓彦(右)
27岁回国,用10年追赶世界先进水平
2012年,27岁的王帆留学归国,在中国科学院生物物理研究所从零开始建设脑磁图技术研究平台。他所专注的问题只有一个——如何透视大脑?
在上世纪末的科幻电影《黑客帝国》中,主人公将脑部与特定机器连接后,意识就能脱离肉体进入“赛博空间”。而今,美国企业家埃隆·马斯克参与创立的脑机接口公司“神经连接”,正在尝试以植入芯片等方式,在大脑与外部设备间创建全新信息交换通路。不过,侵入大脑的采集方式有一个根本缺点:高风险的开颅手术。因此,许多科学家把目光投向脑磁图技术,它通过无创方式探测大脑神经活动产生的颅外微弱的磁信号,反映神经活动发生的位置和时间过程。传统脑磁图技术的核心是一种超导磁量子探测器(Superconductor Quantum Interference Devices, SQUID)。因为其简称“SQUID”在英语中是“乌贼”的意思,因此在电影《黑客帝国》中出现的矩阵守卫“电子乌贼”,正是向这一经典技术的致敬。王帆向《中国科学报》介绍,得益于SQUID,脑磁图技术得以诞生,但在其50年的历史中,它的固有问题反而限制了脑磁图技术的发展。一方面,这种装置运行需要消耗大量液氦,以及严格屏蔽的工作环境和定期的升温维护,因此每小时万元的价格常常让许多患者望而却步。另一方面,这种技术只能在静止状态下工作,而癫痫、帕金森患者,以及儿童和青少年等最需要脑磁图的患者群体,由于身体动作难以控制,很难使用这项技术。在过往的脑磁图研发中,王帆注意到许多家境贫寒的癫痫患者,面对高昂的诊断和手术费用望而却步。“如果能量产一种在常温下工作的穿戴式脑磁图,多少患者会从中受益!”抱着这样的初衷,王帆所在的脑与认知科学国家重点实验室开始专攻原子磁力计的脑磁图。彼时,世界各地的实验室都在朝这一方向进军,包括王帆博士时期所在的英国诺丁汉大学Sir Peter Mansfield医学影像中心。后者曾因核磁共振成像的研究,获得2003年的诺贝尔生理学或医学奖,并完成了首台常温穿戴式脑磁图原型机,这一技术被认为是近10年来脑功能成像领域最重要的底层原理突破。在生物物理所,脑成像团队成功搭建一套12通道的原子磁力计脑磁图原型机。这一可穿戴、低成本、强信号的原型机,让中国科学家看到在这一领域追赶世界先进水平的机会。“刚回国时,我参与了脑功能成像教材中脑磁图技术部分的撰写,如今看来,随着这一领域的技术变革,几年前写的章节中的很多内容很可能要推翻重写。”王帆笑道。