神经科学中的物理和数学：从弗朗西斯·克里克谈起

张鸣沙 教授

北京师范大学

郑雨军 教授

2015-10-23 10:00

知新楼C座7楼量子报告厅

克里克与沃森共同发现DNA的双螺旋结构而闻名于世，但是他一开始却是一名物理学家。我们知道物理学是一门研究物质本质的科学，而数学则是其基础。那么，同样是物质，为什么有的能从无序变成有序而以生物体的形式存在呢？带着这个问题，克里克转而研究生物学，并发现了基因的本质。然而，更令人着迷的一个问题是：意识这种看起来超出物质范畴的东西是如何产生的？这个问题又把克里克带向了神经科学特别是人脑和意识的研究领域。他在其科普著作《惊人的假说：灵魂的科学探索》中指出我们的思想、意识是由大脑中一些神经元的交互作用形成的。

然而，神经科学与物理学或者数学的联系并不仅仅是大脑也是由基本粒子构成的这么简单--神经科学的研究离不开物理和数学方法。比如，通过对神经元进行大量分子水平的物理化学研究，神经科学家们才得以发现神经系统是通过发放动作电位（类似电脉冲）进行信息编码、传递和处理的。另一方面，神经系统的庞大和复杂，使得神经科学成为了跨度最大的交叉学科，其不仅需要各学科间的紧密合作，还需要不同领域人才的思想之间的碰撞。以人脑为例，成人的大脑皮层所含神经元数目的量级为10^10，数量如此庞大的神经元相互之间通过突触连接形成了一个纷繁复杂的巨型网络，这个网络无时无刻不在高速处理着庞杂的信息。对于这个系统，神经科学家把它看做一个神经系统，物理学家或许把他看成世界上最复杂的集成电路，数学家眼里是未知的公式和模型组合，计算机科学家则把它当成最智能的计算机。总而言之，为了实现了解脑、保护脑、创造脑的终极目标，需要掌握物理和数学知识的青年投身于脑科学的研究中。

张鸣沙、男、教授、 博士生导师、中科院百人计划基金、上海市浦江人才计划获得者。2003年获以色列魏滋曼研究院神经生物学专业博士学位。2004－2008年在美国哥伦比亚大学神经科学系从事博士后研究。2008—2013中国科学院上海生命科学研究院神经科学研究所研究员、博士生导师。2013—今，北京师范大教授、博士生导师。 张鸣沙教授以清醒灵长类动物（包括人类）为研究对象，主要利用心理物理，电生理、脑成像和计算机模拟等技术对认知的神经机制进行研究，致力于从行为，网络以及单细胞水平探索认知，脑和行为三者之间的关系。主要成果有：1）清醒猴后顶叶皮层在视觉-眼动控制中的作用；2）发现空间注意对视觉-动眼信息传导的择径作用；3）清醒猴后顶叶皮层参与快速眼动的产生；4）自身中心和物体中心坐标系对判断物体空间位置的相互影响。这些工作发表在Nature、Nature Neuroscience、PNAS等国际刊物上。