加快打造原始創新策源地,加快突破關鍵核心技術,努力搶占科技制高點,為把我國建設成為世界科技強國作出新的更大的貢獻。

——習近平總書記在致中國科學院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經濟主戰場、面向國家重大需求、面向人民生命健康,率先實現科學技術跨越發展,率先建成國家創新人才高地,率先建成國家高水平科技智庫,率先建設國際一流科研機構。

——中國科學院辦院方針

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“不發文章、不著急評職稱”

他用10年科研馬拉松追上對手

2023-10-26 中國科學報 孟凌霄
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語音播報

王帆(左一)、卓彥(左三)、胡一南(左四)與頭戴穿戴式原子磁力計腦磁圖的受試者(左二),在傳統腦磁圖(上方圓柱狀設備)前合影。受訪者供圖

歷經10年,王帆終于看到了這場“科研馬拉松”的曙光。

2012年博士畢業后,王帆只發過寥寥幾篇文章,而他所在賽道上的競爭者不乏來自國際知名實驗室的學者。王帆沒有想到,未來他和同事會率先填補國內常溫腦磁圖的空白,讓中國有望通過競爭成為這一領域的領導者之一。

與許多科研成果不同,王帆所在團隊的成果的歸處并不僅僅是知名學術期刊,還有工廠、醫院。在他看來,即便論文發表于頂刊,如果高精尖的研究成果最終只是“少數人的玩具”,那么也很難說科學家在職業生涯中取得了成功。

“10年前回國時,我在國內幾乎找不到第二個地方能夠容忍我幾乎不發文章、不著急評職稱,用所有精力建立一個腦磁圖技術研究平臺?!蓖醴嬖V《中國科學報》。如今,一切水到渠成。

27歲回國,用10年追趕世界先進水平

2012年,27歲的王帆留學歸國,在中國科學院生物物理研究所(以下簡稱生物物理所)從零起步建設腦磁圖技術研究平臺。他專注的問題只有一個——如何透視大腦。

在上世紀末的科幻電影《黑客帝國》中,主人公將腦部與特定機器連接后,意識就能脫離肉體進入“賽博空間”。而今,美國企業家埃隆·馬斯克參與創立的腦機接口公司“神經連接”,正在嘗試以植入芯片等方式,在大腦與外部設備間創建全新的信息交換通路。

不過,侵入大腦的采集方式有一個根本缺點——高風險的開顱手術。因此,許多科學家把目光投向腦磁圖技術,它通過無創方式探測大腦神經活動產生的微弱顱外磁信號,反映神經活動發生的位置和時間過程。

傳統腦磁圖技術的核心是一種超導磁量子探測器(SQUID)。王帆告訴《中國科學報》,得益于SQUID,腦磁圖技術誕生。但在其50年的歷史中,其固有問題反而限制了腦磁圖技術的發展。

一方面,這種裝置的運行需要消耗大量液氦,以及嚴格屏蔽的工作環境和定期的升溫維護,每小時萬元的價格讓許多患者望而卻步;另一方面,這種技術只能在靜止狀態下工作,而癲癇、帕金森病患者,以及兒童和青少年等最需要腦磁圖的患者群體,由于身體動作難以控制,很難使用這項技術。

“如果能量產一種在常溫下工作的穿戴式腦磁圖,不知有多少患者會從中受益!”從這樣的初衷出發,王帆所在的腦與認知科學國家重點實驗室開始專攻原子磁力計腦磁圖。

彼時,全世界的實驗室都在朝這一方向進軍,包括王帆攻讀博士期間所在的英國諾丁漢大學Sir Peter Mansfield醫學影像中心。英國物理學家、諾丁漢大學教授Peter Mansfield曾因核磁共振成像的研究,獲得2003年的諾貝爾生理學或醫學獎,并研制了首臺常溫穿戴式腦磁圖原型機,這一技術被認為是近10年來腦功能成像領域最重要的底層原理突破。

在生物物理所,腦成像團隊成功搭建出一臺12通道的原子磁力計腦磁圖原型機。這一可穿戴、低成本、強信號的原型機,讓中國科學家看到在這一領域追趕世界先進水平的機會。

“剛回國時,我參與了腦功能成像教材中腦磁圖技術部分的撰寫,如今看來,隨著這一領域的技術變革,幾年前寫的很多內容很可能要推翻重寫?!蓖醴Φ?。

群雄逐鹿,如何搶占科技制高點?

故事到這里,最難的一關才剛剛開始。

2018年前后,幾個國際著名實驗室先后研發出常溫腦磁圖原型機,產品形態五花八門:單光路的、雙光路的,單軸的、多軸的,躺著檢測的、坐著檢測的、自由運動狀態檢測的……

王帆知道,這種群雄逐鹿的局面,就像磁共振成像技術的發展史。

上世紀70年代,磁共振成像設備同樣有著多樣化的產品形態。直到1978年,Peter Mansfield制造出第一臺最接近日后應用的磁共振成像設備,才定義了該領域的工程架構和體系。如今我們在醫院里常見的磁共振成像設備,大多是以這臺設備為藍本。

而今,常溫腦磁圖領域也在呼喚新的定義者。誰能達到腦磁圖原型機性能、成本、便利性的平衡,誰能率先實現原型機的工業化量產,誰就有望成為當下乃至未來10年這一領域產品形態的定義者。

更為重要的是,2018年前后生產出常溫腦磁圖產品的實驗室,幾乎都采用了美國兩家企業生產的核心器件——零場原子磁力計。王帆知道,如果不掌握關鍵器件的底層設計,就難以實現新型腦磁圖的完全自主研發。同時,搭建一臺腦磁圖系統的大半成本來源于此,因而核心器件的國產化以及量產迫在眉睫。

在這一過程中起到關鍵作用的是團隊的工程師胡一南,彼時,他正在德國亥姆霍茲研究中心攻讀博士學位。為參與小型化原子磁力計的開發工作,他多次往返于中德兩國。

研發出第一臺腦磁圖原型機幾年后,王帆和胡一南等腦與認知科學國家重點實驗室工作人員,研發出新型腦磁圖工程化和產業轉化的關鍵部件——國產的零場原子磁力計。

經第三方檢測,其靈敏度、帶寬等主要性能指標達到國際先進水平。在生物物理所及其轉化企業的支持下,如今這一核心部件已實現標準化批量生產,未來有望將臨床腦磁圖診斷成本降低85%以上。

王帆介紹,能在量產上取得突破,得益于生物物理所及腦與認知科學國家重點實驗室對產學研的高度重視,以及我國制造大國和“智造”大國的雙重身份。

常溫腦磁圖探測器的制造涉及高端半導體工藝和精密微組裝,沒有相關工業基礎的國家根本做不了;而精細元件的手工組裝,在人工成本高昂的歐美國家難以批量組織。

“好比一場百米賽跑,別人跑出60米后,我們才開始跑,但沖刺時趕上了對手!”回顧這一搶占科技制高點的腦磁圖發展史,生物物理所研究員、腦與認知科學國家重點實驗室副主任卓彥感慨道。

填補國家的空白領域比發論文重要得多

翻開王帆和胡一南的簡歷,論著一欄只有寥寥幾篇論文。

對王帆、胡一南等工程師來說,相比論文的數量、影響因子,他們更在意的是成果能否真正發揮作用。正是在這種觀念影響下,王帆、胡一南在博士畢業后,放棄了留在國外頂尖實驗室發論文的機會,選擇回國從零開始。

當時,王帆的博士生導師告訴他,如果留在英國,很快就能發表頂刊論文。但導師尊重愛徒回國的決定:“論文早兩年還是晚兩年發,對你的職業生涯沒有多大影響,但從頭建設一個實驗室,甚至填補一個國家的空白領域,意義更為重大?!?/p>

進入生物物理所的前5年時間里,王帆把所有時間和精力都投入到腦磁圖平臺建設中。雖然支持實驗室的其他同事完成了出色的工作,但他只發表了幾篇作為第二作者、第三作者的論文。

好在他所處的是一個有耐心的環境?!?0年前回國時,我在國內幾乎找不到第二個地方能夠容忍我幾乎不發文章、不著急評職稱,用所有精力建立一個腦磁圖技術研究平臺?!蓖醴f。

卓彥告訴《中國科學報》,生物物理所對工程師序列的考核從不“唯論文”,而是以重要的專利授權和科技成果的轉化為主。更重要的是,由于破解一個工程難題的周期有長有短,因此考核也不限于固定時間。

如今,這個實驗室開發的常溫腦磁圖即將進入臨床試驗階段,作為主要研發者的王帆,也成了一名正高級工程師。 王帆很清楚自己想要什么——做自己熱愛的工作,同時對社會和國家有貢獻,其他都是水到渠成的事。

(原載于《中國科學報》?2023-10-26?第1版?要聞)

打印 責任編輯:侯茜

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