劉河生教授
劉河生福建武平人，在清華大學生物醫學工程專業本碩愽畢業後，在哈佛大學完成博士後研究，任哈佛大學醫學院副教授、哈佛大學附屬麻省總醫院 Martinos 中心人腦個體差異實驗室主任。劉教授同時擔任南卡羅萊納醫科大學 SmartState 講席教授，南卡羅萊納醫科大學腦影像計算中心主任、生物醫學影像中心副主任。劉河生教授長期從事腦功能成像研究。作為個體化腦功能成像領域研究的先驅者之一，劉教授以第一或通信作者身份在 Nature Neuroscience, Neuron, PNAS，PLoS Biology， JAMA Psychiatry, Molecular Psychiatry 等神經科學頂級期刊發表多篇重要論文。已發表 SCI 論文總數達 70 餘篇。他主持的多項美國 NIH 科研項目總研究經費超過 1000 萬美元。劉河生教授是 Frontiers in Psychiatry 副主編，並任多個學術期刊的編委。
瞰法視頻
專訪｜劉河生
美國哈佛大學腦科學中心教授
哈佛大學附屬麻省總醫院 Martinos 中心人腦個體差異實驗室主任
優腦銀河Neural Galaxy 聯合創始人/首席科學家
文｜徐晶 視覺｜方敏華
01
今年1月，哈佛大學腦科學家劉河生團隊與德國慕尼黑大學合作的一項研究成果在腦科學界引起很大關注。該研究在美國科學院期刊（PNAS）上發表，第一次證明了：
人與人之間的腦功能差異，在出生時就超乎想象。
"人與人之間的大腦功能差異是人類的一個基本特徵，其中一大部分是遺傳的，一生下來就有。"
這意味著，即便後天成長環境也會極大改變一個人的能力，但我們擅長做什麼，可能在出生時就已經註定了一大半。
這項研究始於三年前，對德國兩個城市、不同醫院的116例早產兒，在足月時進行了腦部掃描，觀察腦功能的個體差異。
在116例中篩選了50例非常完整的數據進行比對，發現結果是驚人的。
巨大的腦功能個體差異在新生兒身上就已經非常明顯，特別是在高級認知功能區，差異的程度超出預期。
低級皮層，如視覺、運動、體感這些動物也很好的功能，人與人之間的差別相對較小。我們聽到一個聲音，看見一個事物，每個人的感知差別是不大的。但是看到這些事物之後，所想的、所做的，也就是我們的高級認知功能，人和人之間的差別非常大。
這種差異在嬰兒大腦中的分佈性，與成年人也非常相似。成年人腦功能出現很大差異的地方，主要也在語言、執行控制等高級認知功能區。雖然成年人的個體差異程度還要更大。
在劉河生看來，人生而不同，其實也是進化的結果。
在進化過程中，人腦發生了巨大的膨脹，比如前額葉這些高級功能區，有些腦區要比猴腦的對應腦區大30多倍。而且越是膨脹的部位，人與人個體差異就越大。
在新生兒的發育過程中，這種個體差異的進化軌跡也被重現出來。
個體差異，是我們人類最終在這個星球上，能夠成為一個特別成功的物種的一個重要原因。
每個人的特質都不一樣，每個人的能力都不一樣，人類進化出強大的語言功能、情感功能，使得人跟人之間能夠交流、合作。這種協作特別重要。有了協作的可能性，人類能做的事才有了一個指數量級的改變。
假如70億人口都是一樣的個體，我們可能永遠不可能造出飛船，登上月球。正因為每個人都不一樣，才能夠通過協作，做成個體完全不可想象的事情。
所以，個體差異對人類的成功和生存非常重要。但是，在大腦研究的歷史上，個體差異卻一直是被忽視的。
02
2003年，劉河生從清華大學唸完博士，來到美國哈佛大學做博士後，師從哈佛心理學系影像中心的主任教授。教授是一位著名的科學家，正在做一個宏大的計劃，要通過對3000～5000人做核磁掃描，以得出有關腦功能的難以被挑戰的普遍性規律。
但有一天，劉河生的另外一位科研導師，麻省兒童醫院的神經外科大夫，在看完他對一位病人的功能影像掃描後對他說：“你們這些搞影像的人，就是自己玩玩罷了。圖畫得五彩繽紛，這個圖譜那個網格的，但到了我們臨床上，一點用也沒有。我就問你一個問題：如果生病的人是你的哥哥，你敢拿著你做的分析圖去給他做手術嗎？”
劉河生一下愣住了，想了一想，回答自己說：“我不敢。”
統計學上的規律，標本越大，離個體的真實情況也就越遠。而手術，都需要極其精準，並要最大化地搞清楚個體病人的具體情況。
科學家的想法與臨床醫生之間，存在很大鴻溝。
這件事給他的觸動很大。劉河生本來是在清華學工程的，很務實，他覺得如果自己的研究無法在實際應用中發揮效用，成就感也會大打折扣。
在這之後，他開始關注腦科學的個體差異研究。
2009年，在他成為哈佛大學醫學院的助理教授之後，即成立了人腦個體差異實驗室，潛心在這個方向的研究上。
在提出這個方向時，劉河生的影像學導師提出了很大質疑。因為這之前的腦功能影像領域，關注的都是總體規律，他認為這是浪費時間。
劉河生在撰寫第一篇個體差異的研究文章時，影像中心的導師們都說：很懷疑這個事情，你的研究和當前的認知神經科學大方向是背道而馳的。
很多時候，他也不敢篤定這是不是一個正確的方向。
2013年，劉河生實驗室首次描繪出了腦功能網絡的個體差異性分佈，成果在Neuron雜誌上發表，引起了學術界的很大反響，被評為當年最受關注的論文之一。
2015年，在多年積累的基礎上，他們採用功能影像處理的新方法，繪製出了個體的全腦功能圖譜，並且用開顱電刺激進行了初步的臨床驗證。這項技術被哈佛影像中心評價為“可能開啟功能核磁臨床應用時代的新技術”。斯坦福大學教授在柳葉刀－神經內科 （Lancet Neurology）雜誌發表評論，認為這可能是神經影像學的一個轉折點。
這給了他很大的振奮。十年下來，劉河生在腦科學領域發表了70+篇論文，2015年成為哈佛腦科學中心副教授，2018年成為講席教授，2019年，他和幾位科學家又共同成立了Neural Galaxy （優腦銀河）致力於臨床轉化。
如今再回首，劉河生覺得堅持是值得的。當年質疑他的導師，現在也已經從做大樣本、大數據的統計研究，完全轉換為專注到個體，專注到真正的臨床應用，現在也成了個體腦網絡的代言人，他說：
"在做了個體研究之後，發現人腦裡頭非常精巧的一些設計，這種規律以前是看不見的。"
03
劉河生實驗室在2015年所研發出的腦圖譜，在腦科學界看來具有非常深遠的意義。
人類現在最大的未知領域，一是宇宙，一是人腦。
人腦的奧妙仍然像個謎，其複雜程度難以想象，而我們對之的探索，才剛剛起步。這顆三磅重的大腦，因此又被稱為“三磅宇宙”。
人類對未知的探索，都是從一張地圖、一個指南針開始的。而腦圖譜的意義，就意味著我們去探索這顆“三磅宇宙”時，有了地圖和指南針。
實驗室通過技術，能夠比較準確地繪製出個體的大腦功能區。而且因為是利用人腦的靜息態自發信號，因此不像以往的“金標準”電刺激一樣，需要開顱。只需對躺著的人進行20～30分鐘掃描，即可得出他的腦功能圖譜。
這聽起來輕鬆，實際上是經歷了漫長歲月的艱苦研究，而且影像學、工程學、神經學、計算機學，都已經有了很多技術上的突破，才得以在此基礎上不斷進行整合、試驗、優化。
而可靠性、準確性，依然是一個非常大的挑戰。必須要能夠驗證，在臨床上才是可使用的。
多年前的一天，波士頓兒童醫院給劉河生實驗室送來一個腦瘤患者。這是一個黎巴嫩的小女孩，不到10歲。按傳統手段，要在開顱之後喚醒患者，進行電刺激，同步讓患者根據指令做出動作，才能定位出腦功能區域。小患者不會說英語，使得傳統手段無法操作。但初步判斷，她的腫瘤很靠近語言區，如果手術不夠準確，就很可能造成失語。
兒童醫院的醫生沒有辦法，只得把患者送到了劉河生所在的麻省總醫院。他們對她進行了核磁掃描分析，把語言功能區定位出來後，交給了神經外科大夫。
劉河生當時也很忐忑，沒有很強的信心說到底對還是不對。但大家都已經沒有別的辦法，不得不試。
結果手術異常地成功。醫生按照他們提供的腦圖譜切除以後，患者沒有出現任何短期或者長期的語言損傷。
有了這個案例之後，兒童醫院的醫生、外科大夫對他們有了更大的信心，在那之後又陸續送過來二三十位病人，通過同樣的方法定位腦功能區，輔助手術。這些手術基本都取得了成功。
近幾年，劉河生開始與中國許多頂尖醫院進行合作。因為中國的病例非常集中，醫生的勞動強度也非常大。如果這些研究能夠幫助神經外科大夫節省時間、提高效率，並且提供無創而又科學的決策參照，那麼當然是有很大的臨床意義的。
為了讓研究成果的可靠性、準確性更具有說服力，他們選擇了最嚴謹的“雙盲實驗”。
通過開顱喚醒做電刺激的手段，誕生於19世紀末期，在上個世紀30年代開始被著名的外科醫生Wilder Penfield 所推廣，一直沿用至今，被稱為“金標準”。但是，真正的金標準，應當是功能上的直接驗證。比如一個部位切除之後，功能確實發生了改變，這個標準才是毋庸置疑的。
因此現在的實驗，是在臨床中選擇100例患者，通過腦圖譜做術前和術後的核磁掃描；醫生同步進行手術，觀察術前術後的效果。腦圖譜掃描結果和醫生手術結果之間是雙盲的，在100例完成之後，再來進行精確的數據對比。一旦數據過關，這個結果也更具有說服力，腦圖譜技術也將真正進入臨床應用。這個時間點，劉河生預計在2020年底。
就像大航海時代，有了地圖和指南針，人們才能夠去發現新大陸，才能夠越來越深入地去了解我們的地球和文化。
腦圖譜技術相對於人腦這個“三磅宇宙”而言，意義是同樣的。比如劉河生與慕尼黑大學針對新生兒個體腦差異所做的研究，如果沒有腦圖譜技術，就不可能如此精確地知道人腦生來有如此大的差異。
大腦與我們每個人、每個家庭都息息相關。腦科學在過去的幾十年中，積累了很多經驗，可能教訓更多。但到現在為止，已經有很多方向都準備好了，將迎來很多很大的突破。
劉河生預測，未來50年，對大腦疾病和腦認知的研究突破，可能會遠遠超過對宇宙研究的突破。
現在臨床上，抑鬱症、阿爾茲海默症等腦疾病一直困擾人們，且仍然沒有找到好的解決辦法。如果能夠把這些疾病的機制搞得更清楚，那麼當然非常有可能使人們更健康地生活，也會讓人類的平均壽命延長。
大腦功能的研究，在過去的十幾年中已經有了很多方向性的改變，在腦成像技術方面的發展尤其讓人興奮。劉河生說：
“現在如果再面對我的神經外科大夫導師，他問我假設給我的哥哥做手術，我願意相信我們的圖譜，還是相信他的經驗，我會毫不猶豫地告訴他：我有百分之百的信心，你可以相信我們的圖譜了！”
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