神经元建模自然而然地引发思考神经科学中更深层次的问题，包括意识的本质和实验可重复性危机。
克里斯托夫·科赫坐在他的办公室里，背后的照片是他的导师弗朗西斯·克里克
20世纪80年代早期，克里斯托夫·科赫（ChristofKoch，现任西雅图艾伦脑科学研究所所长、首席科学家）的博士生导师从德国去了美国麻省理工学院（MIT），他邀请科赫进行博士后研究。之后导师还给他发了一份电报，对他的情况表示担忧：“美国已经有人在对神经元建模。你很快会成为父亲，一旦你走入了更大的世界，我可不能保证给你提供一份工作。”科赫当然没被吓住，他马上前往MIT。想起那份电报，他不禁笑了出来：“现在，毫无疑问，有成千上万的人在各种尺度上对大脑建模。”
在MIT工作4年之后，科赫加入了加州理工学院。2011年他又到了西雅图的艾伦脑科学研究所。科赫对从物理学的角度理解意识抱有浓厚兴趣。他说：“我的研究兴趣从物理学向神经科学的转变是十分自然的，我一直对计算机着迷，也经常被大脑深深地吸引，用物理学的方式来研究大脑似乎是相当讨巧的。”
在艾伦研究所里，科赫管理着一支330多人的团队，该团队致力于确定和列出小鼠和人类大脑中不同种类的神经元，还要建立“大脑观测站”，追踪小鼠大脑活动中数以万计神经元的活动。团队另一个目标是在神经科学领域引入通用标准，提高实验的可重复性。
从物理学转行到神经科学难吗？
我还记得我在德国参加神经生物学会议上贴过的第一张海报。当时我还是德国图宾根大学和马克斯·普朗克生物控制论研究所的研究生，而且是当时唯一的建模者，其他人都在讲述他们的实验数据。我那张用电缆理论解释树突棘特征的海报被放在展示厅的最后面，只有两个人经过，而其中一个人只想知道洗手间在哪儿。在顺便看海报的同时，他用同情的眼神看着我，让我解释一下我的计算机模拟。那个晚上，我喝醉了，我怀疑选择神经元建模是个错误的研究方向。
但是事情无疑变好了。您最后怎么去了加州理工学院？
著名的物理学家约翰·霍普菲尔德（JohnHopfield）是真正推动计算科学并给这个领域带来信心的人。他在MIT工作的时候，我曾经和他同在一个办公室。他告诉我，加州理工学院正在寻找这样的人：能从工程学层面看大脑，也能从生物学层面看待计算机。随后加州理工学院征询了我的意向，于是我得到了这份工作。
我到达加州理工学院后，生物学家认为，克里斯托夫显然是最聪明的，但是他明显是个工程师；而工程师们则认为，克里斯托夫明明是个生物学家。最终教务长打破了这个僵局，他设立了一个同时在两个系服务的职位。这是对在交叉领域工作人员的通常安排。
在加州理工学院，你把全部精力都投入了意识研究，是什么让你对这个领域感兴趣的？
我最感兴趣的工作是关于意识的问题。这是亚里士多德提出的一个古老的问题。我们发现，自己身在一个可以用物理学和其他科学完美描述的宇宙中，但是我们也很迷惑，为什么生活会是这个样子。
比如，悲伤从何而来？快乐又从何而来？我首先想到了疼痛。比如我们知道疼痛是个物理过程：受体被激活，电活动沿着神经传输，进入脊髓，最后转换成丘脑中的刺激，导致脑皮层的电活动。但是那究竟是什么？所有这一切意味着有些离子在你脑中晃荡，比如钠、钾、氯、锰等。这仅仅是物理学，但是为什么产生疼痛的感觉呢？这种感觉是从何而来的？
先回到1989年，我开始在弗朗西斯?克里克的科研机构里从事意识的研究，当时这一研究领域还并不流行。我们是把意识用科学方式研究的第一批科学家。我们说，让我们忘记哲学吧，去寻找意识在大脑中的足迹吧。当我们感到痛苦或悲伤、能够产生视觉和嗅觉时，在大脑中有什么特殊机制被激活呢？是否有特殊电活动与此有关，比如振荡？是否有特殊的基因与此有关？你可以提出问题。不管你认为意识是否真的存在，你都可以独立地询问这些问题。现在有数百个实验室都在追踪意识在大脑里的各种足迹，这是个大工程。
这个研究有什么进展吗？
有的。例如，有成千上万个病人难以意识到家里有没有别人。他们呻吟着，眼睛睁开或闭上，摆动着脑袋。最后有些人会康复，有些人因此死去，有些人活着但是一直受到折磨。现在有一种设备正在临床试验，用磁脉冲探测脑皮层的各种活动。你可以通过高密度的电极网络来测量电反应，然后可以看到复杂的反应，推论出病人是否有意识。这称为经颅磁刺激。
意识还是你最感兴趣的研究方向吗？
是的，有一系列主题都与意识有关。其他动物有意识吗？如果你养了狗或者猫，毫无疑问你觉得你的宠物是有意识的。那么到底意识的范畴在哪里？是只限于哺乳动物吗？乌贼或者章鱼有吗？它们也是很复杂的生物。蜜蜂呢？一只蜜蜂只有100万个神经元，而人有810亿个。蜜蜂可以识别其他个体，它能跳复杂的8字形舞，那它到底有没有意识？
我们必须意识到夜晚是奇怪的、充满未知的。普通的物理学用外部手段来描述世界――磁力、电力、强力、弱力和核子力等。可能意识是从内部感受到的非常特殊的物理系统。两者应该是同一体系，只是表现在外在还是内在。我喜欢从这个角度理解意识。
又是什么促使你离开了加州理工学院？
部分原因是我喜欢挑战。我在加州理工学院待了27年，我知道我可以在那里待到老。同时，我开始感到我躁动不安，我渴望寻找新的自己。
你来到艾伦研究所后，又遇到了什么挑战？
一个挑战是生物医学研究遭遇到了重复性危机。有2/3的实验，无论是脑成像、癌症生物学还是心理学都无法重现。这是整个科研机构的软肋。
造成这种情况的原因很多。一个原因是生物医学研究竞争十分激烈；另一个原因是我们面对着一个复杂的系统。就算是蠕虫或者苍蝇大脑都极其复杂，有相当高的自由度，比希格斯玻色子或者黑洞还要复杂，希格斯玻色子或者黑洞的特征用一些数字就可以描述了，比如电荷、质量、角动量。生物医学研究需要标准化。你需要把所有数据提供这个星球上的每一个人。所以我对研究所的创始人和资助人保罗·艾伦（PaulAllen）说，“建立大脑观测站吧，我想把天文学和天文学模型的严密性带给神经科学。”他同意了。我们的预算大约是每年1亿美元。
神经科学与天文学相比有多远？
天文学与神经科学的一个不同之处是，天文学只有一个天空。而神经科学面对的当然不只有动物。哪怕你研究清楚了一个动物，比如一只小鼠，但是每只小鼠都是不同的，然而我们试图建立起统一的标准。
另外，与天空不同的是，我能够在毫秒之内精确开启和关闭大脑中的单个神经元。所以我不仅能观察系统，看看小鼠思考时神经元的活动，还能扰乱它，这是非常强大的。
运营一个脑科学研究所和担任教授之间有什么区别？
非常不同。现在我拥有很多自由。我写专栏，与其他研究人员交流，我们在艾伦研究所里做同一个项目。不过我现在是运营者。
对我们来说，确立正确的目标是生死攸关的：明确性、可衡量、可操作、现实和耗时合理。我必须做出决策。这种情况更类似产业界，即无法为每个人提供足够的资源。人们不断抱怨甚至嫉妒他人，还要考虑相关政治问题等。最大的困难是我必须做出直接影响人的决定，这很艰难，而且往往不会很愉快，但是对实现我们更大的愿景至关重要。
你对未来有何规划？
我不知道。很多事情都在进行。脑研究所的10年规划大概在2022年初完成。
生物学正在成熟，部分原因是因为资金充足。仅NIH每年就要在生物学上投入330亿美元。美国的总投入是这一数字的2倍，世界范围内就更多了。最终，我们有必要将研究成果转化为服务人类生活的产品，这在一个大学里很难。在物理学中，我们有完整的生态系统，包括众多小型实验室、国家实验室、国际实验室等。生物学也需要类似的生态系统，现在正在形成。
这是一个激动人心的时代，从业人员非常多。我们正处于脑科学研究的黄金时代。
资料来源Physics Today
责任编辑 游溪