浪漫的科学骑士：致保罗·艾伦

昨日，微软联合创始人保罗·艾伦（Paul Allen）辞世。在朋友圈诸多怀念他的文章里，艾伦是一名SAT拿到满分的少年极客，是与比尔·盖茨联合创立微软的商业奇才，是一支NBA篮球队和一支NFL橄榄球队的体育富豪，是勘察与打捞沉船遗骸的探险者，也是一名注重科研、教育、以及环保的慈善家。说起艾伦在生物医学领域的贡献，很多人会提到以他姓氏命名的艾伦脑科学研究所（Allen Institute for Brain Science）。但少人提及的是，艾伦在细胞生物学和人工智能领域，也捐赠了数亿美元资助研究。更重要的是，这些科学研究成果大多没有筑起高高的壁垒，而是以数据库或工具的形式对公众开放。

一名“程序员”对大脑的好奇

共同创办微软，而又最终离开后，艾伦曾认真思考他想做的下一件“大事”。他曾与詹姆斯·沃森（James Watson）、理查德·阿克塞尔（Richard Axel）、以及利兰·哈特韦尔（Leland Hartwell）三名诺奖得主以及其他多名科学家展开头脑风暴，在生命科学领域寻找突破，而一个神经科学领域的大项目吸引了他的注意。

图片来源：Pixabay

这个项目最初来自加州理工大学大卫·安德森（David Anderson）教授的提案，它听上去很简单：人类也好，小鼠也好，每个体细胞里的基因总数是一样的。但在脑细胞和心脏细胞里，起作用的基因却大不相同。就像计算机会从硬盘里调取储存的信息一样，细胞也会从基因组里调取遗传信息。那么，搞清楚脑细胞调取了哪些信息，就可能理解这些基因，甚至是这些脑细胞的功能。

“作为一个曾经的程序员，我一直对大脑的功能充满好奇，我想要知道大脑中的信息流是怎么产生的，”艾伦在一次访谈中这样说道：“当你开始研究神经科学时，就会发现万物与万物联系在一起。大脑将它所见，所听，所感知，所经历的一切融合到一起，计算出动物下一步的举动。不管是小鼠还是人类，都是这样。”

艾伦已为脑科学研究所捐赠了5亿美元（图片来源：Joe Mabel [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html) or CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], via Wikimedia Commons）

2003年，以其姓氏为名，艾伦脑科学研究所在西雅图成立，这正是艾伦的故乡。为了支持这家研究所的发展，艾伦个人捐献了1亿美元的启动资金。至今，艾伦给这家研究所的总捐助已经达到了5亿美元。

从小鼠大脑到人类大脑

艾伦脑科学研究所的第一个大型项目，是生成小鼠大脑中不同区域的RNA表达图谱。通过测量RNA的水平，科学家们能够知道，哪些基因信息得到了“启动”。这是一个庞大的项目——为了获得靠谱的数据，研究所招募了60名年轻的科学家，对总计4000个小鼠大脑进行切片分析，并通过原位杂交技术（ISH）检测不同基因的表达。这项耗时3年才完成的工作生成的“艾伦小鼠脑图谱（Allen Brain Atlas）”包含8500万张图像，600兆兆字节的数据，相当于2003年整个互联网数据的一半。

艾伦在观察大脑切片（图片来源：By Jordanatvulcan [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)], from Wikimedia Commons）

这一数据库自上线后，立刻获得了工业界和科学家的好评。在鼓舞下，艾伦继续为研究所注资1亿美元。而这次，他挑战的目标成为了人类大脑——它比小鼠大脑大3000倍，脑细胞数目是小鼠的1000倍。

从小鼠到人类，这并不是简单的一步。首先，用于大脑切片与染色的工具需要全部更换，以适应大脑尺寸的不同。其次，科学家们还需要想方设法获取人类的大脑用于研究。与小鼠不同，我们很难一下子获取数以千计的人类大脑制作图谱。即便有人愿意捐出大脑，科学家们还需要确保他们生前没有出现过大脑损伤或疾病。最终，研究人员们能用上的人类大脑，还不到10个。

艾伦脑科学研究所取得的一系列里程碑（图片来源：艾伦脑科学研究所）

这给科学家们提出了极高的要求。由于样本稀少，处理上的稍有不慎，就会带来结果上的巨大偏差。经过4年的时间，“艾伦人类脑图谱（Allen Human Brain Atlas）”获得了初步的成功——在最初分析的两个大脑中，科学家们发现基因的表达模式只有很小的差异，表明他们的方法并没有引入很大的偏差。而这意味着只要进一步扩大样本的数量，我们就有望得到人类大脑中基因表达的“标准模式”。

正如艾伦脑科学研究所所言，我们在“加速理解大脑”的道路上，迈出了重要的一步。

几百万人用过的工具

自上线以来，艾伦脑科学研究所提供的数据库迅速成为了神经科学家们的常用工具。就在上线那一年，就有不少位于研究所之外的学者使用这一工具，来寻找和多发性硬化症，进食障碍，记忆障碍等多种疾病患病风险有关的基因。强生（J&J）公司神经科学研发负责人Husseini K. Manji博士表示，图谱里的基因数据能帮助他的团队决定研发项目。麻省理工学院（MIT）的光遗传学大牛Ed Boyden教授也指出，查询相关的基因数据，能指明研究的下一个方向。类似的案例在世界各地的实验室比比皆是。

许多纪念艾伦的科学家，都是脑科学数据库的用户（图片来源：艾伦脑科学研究所）

据统计，每个月都有超过50000名科学家使用这些工具，累计访问人数已经超过了200万。基于这些数据库诞生的研究论文，屡次登上《细胞》、《自然》、以及《科学》等顶尖学术期刊。仅在今年，基于这一工具发表的论文数就达到了31篇，几乎每周就有一篇论文诞生。

值得称道的是，脑科学研究所并不是艾伦在科研领域的唯一投入。2013年，艾伦人工智能研究所（Allen Institute for Artificial Intelligence）正式成立，其愿景是通过具有高度影响力的人工智能研究，造福人类。2014年，艾伦细胞科学研究所（Allen Institute for Cell Science）也宣告启动。它将以多样的技术与方法，大规模研究细胞这一生命的基本单位，以求理解整合系统中的复杂细胞行为，推进生物医学。

艾伦细胞科学研究所的理念是，看清细胞的形态，能让我们更好地理解它的功能（图片来源：艾伦细胞科学研究所）

在人工智能研究所中，科学家们正在让人工智能“具有常识”，“掌握阅读”，并“从事学术研究”。而在细胞科学研究所，科学家们则用先进的技术，整理出了属于细胞的“Facebook”，阐明了不同细胞在运作时的模样，供人研究。这些工具同样对公众开放。

全人类的遗产

有些富豪将自己的财富投资房地产，有些富豪选择将金钱直接施舍给穷人，艾伦则不是这样。辞世前，他的身家有200亿美元，是全球最富有的50人之一。而他的选择，则是研究人类的大脑，并投资年轻一代的科学家，让他们放手去挑战这一困难的项目。

艾伦在做出这一选择时，也许也曾想到他的母亲。这名曾经的教师是艾伦知识的启蒙人，让他对书籍和知识产生了浓厚的兴趣。但在2003年，这名伟大的女性不幸确诊阿兹海默病，并于2012年离世。和许多阿兹海默病患者一样，艾伦的母亲在离世前，仿佛经历了灵魂的缓慢抽离。“你所深爱的人，他们的人性会逐渐消逝，而你对此无能为力。”艾伦怀念道。

艾伦没能留住她的母亲。但他留下的三大研究所和无数科研项目，则有望让后人不再需要承受他所经历的痛。这是终身未婚未育的艾伦，给全人类留下的宝贵遗产。

本文题图：By Miles Harris [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], from Wikimedia Commons

参考资料：

[1] Matthew Herper, Inside Paul Allen"s Quest To Reverse Engineer The Brain, Retrieved October 16, 2018, from https://www.forbes.com/sites/matthewherper/2012/09/18/inside-paul-allens-quest-to-reverse-engineer-the-brain/#32a66f9553c6

[2] Allen Institute for Brain Science. Retrieved October 16, 2018, from https://alleninstitute.org/what-we-do/brain-science/about/vision-mission/

[3] Allen Institute for Artificial Intelligence. Retrieved October 16, 2018, from https://allenai.org/index.html

[4] Allen Institute for Cell Science. Retrieved October 16, 2018, from https://alleninstitute.org/