我用眼睫毛戳了戳秀丽线虫，线虫：别理我，烦着呢
原创 温泉 我是科学家iScientist 收录于话题#我是科学家 · 演讲合集120个
2020年10月25日，“科普中国-我是科学家”28期“AI：人工智能，或者爱”演讲现场，中国科学技术大学生命科学学院教授、合肥微尺度物质科学国家研究中心教授温泉带来演讲：《虫虫总动员，让ta教我们做运动！》。
以下为温泉演讲实录：
2020.10.25 合肥
大家好，我叫温泉，来自中国科学技术大学生命科学学院。
我研究一些小动物，主要是它——
别看秀丽线虫这么小，到目前已经有六位研究秀丽线虫的科学家获得了诺贝尔奖。
它叫秀丽线虫。它很小，只有大概一毫米长。在这张图中，这条线虫的每一个神经元都被一个绿色的荧光蛋白所表达，所以它看上去是绿色的。
麻雀虽小，五脏俱全。你有你的快乐和悲伤，线虫也有它自己的小情绪；你喜欢喝奶茶，线虫也有它喜欢的食物，比如养在培养皿里的大肠杆菌。
看到好吃的东西，秀丽线虫就会停下来放松一下，分泌一些多巴胺，悠悠然的样子。
没食物时就不一样了，它会四处暴走，前进，后退或者转弯，看起来焦虑不安，有种“山雨欲来风满楼”的感觉。
我怎么会知道它们到底在想什么呢？
秀丽线虫一共有300个神经元。经过几代科学家们的努力，我们已经可以了解它每一个神经元的功能以及所有神经元之间的连接方式。不同神经元之间形成了一个非常复杂的神经网络，就像一家300人的公司，每个人都有自己的特点和分工，他们相互合作、协作，就形成了这家公司特有的一种行为和生态。
这张图片中，三角符号表示的是它的感觉神经元，有的感觉神经元可以感受香水味道，有的可以感知周边的温度变化。这些感觉神经元的下游是中间神经元，它负责整合这些感觉信息，然后做出一个决策。中间神经元的下游是运动神经元，它负责运动的启动、行为的启动和终止。
我们来看一个简单的视频——
我们用眼睫毛去戳这条培养皿里的线虫头部，有时它会产生逃避的反应，这个逃避的决策就是由中间神经元完成的，它触发了一系列的运动序列。但并非所有的“眼睫毛去戳一戳”这个动作，都会使线虫产生逃避反应。有时它也会忽视，好像在说，别烦我，滚远一点。
它怎么做出这样一种忽视你的行为？深层想想，难道线虫有自我意识或自由意志吗？
虽然它只有300个神经元，但我们好像又并不能完全了解它，就像《老友记》里面的一句台词，“We do not know what he knows.”
如果把大脑比作一片汪洋大海，神经元就好比大海中数不清的鱼，我们做神经科学研究的人就像在钓鱼，每次钓上几条，分析这些鱼的形态性状，然后去猜测这片海洋里的鱼也许都是这样。
这是一种典型的盲人摸象哲学。对于只有300个神经元的秀丽线虫，也许我们真的可以摸一摸，摸出个门道，用穷举法最终找到一些答案。但对那些更复杂的生物系统，比如超过100亿神经元的人类的大脑，我们怎么去摸，能摸得出来吗？
其实，除了秀丽线虫，我还研究一种稍微复杂点的小动物，叫斑马鱼。斑马鱼有10万个神经元，比秀丽线虫神经元的数目多几个数量级。
你看，这里就有条正在追逐食物的斑马鱼。它慢慢地靠近，不惊扰猎物，最后奋力一击把这只草履虫给吃掉，这也是个非常复杂的行为。
怎么研究有10万神经元的斑马鱼呢？
我们在实验室里发展了一些新技术，研究思路也从局部转变到整体。我们可以在斑马鱼的捕食过程中，记录它全脑所有神经元活动的变化，视频的右边就代表了从三个不同视角记录的斑马鱼全脑神经元活动的变化。我们希望通过分析群体神经元的变化和编码，来找到特定的规律和原理，也许这可以为我们研究更复杂的系统奠定很好的基础。
我其实是物理学研究出身，又对人的思维感兴趣，现在在生命科学学院做研究和教学工作。在无限的宇宙当中，物理学开启了关于空间和时间的全新视野；而在我们内心幽微的世界当中，从生物学开始，可以隐约地触碰到人类经验和行为的基石。
当这两个学科结合在一起，就可能会迸裂出意想不到的结果。
比如，在我们的实验室里，我们可以在线虫的单个神经元上表达对光敏感的蛋白或离子通道。然后，在分析线虫行为的同时，我们可以在特定的时间用不同颜色的激光去激活这些神经元，从而改变线虫的行为。
看，这条线虫在前进的时候，我们用绿色激光去激活这个神经元，然后就可以让它停下来。中间的视频中，线虫一开始不动，我们用蓝色激光去刺激它，可以启动这条线虫的行为。右边的视频中，我们用红色激光去刺激某个神经元，可以改变线虫运动的方向。
在我们走路的过程中，机械感知的反馈对我们的运动协调至关重要。相应地，我们可以对线虫施加这样一种机械感知的反馈，从而让它跟着音乐节奏进行摇摆。
准备好了吗？来跟线虫一起摇摆！
也许有人会问，你可以改变虫子的运动，对我有什么用？
有很多可能性。
比如，我们可以把这项行为分析的技术运用到人体的运动健康。
很多人在健身或者做运动的时候，其实没有办法知道自己的动作是否准确。举一个极端些的例子——
这位小朋友在练习花滑运动当中一个非常难的动作“二周跳”，但她完全是凭感觉，没有办法知道自己的动作到底对不对。如果这时有一个AI健身教练可以帮她纠正动作，那将是件非常有意思的事情。
这项技术还可以用在手机上、电视上，当然最酷的是用在镜子前面，因为当我们做运动或舞蹈动作时，经常是对着镜子做的。如果这面镜子可以具有交互和显示的功能，那会非常非常棒。
我们现在就有一个这样的技术产品。把这面镜子打开，就可以看直播，可以刷不同课程，最重要的是可以让AI来纠正你的动作。你还可以对镜子说话：魔镜，魔镜，谁是最美丽的人？也许魔镜会告诉你，运动的人最美丽。
我想用哲学家圣·奥古斯丁的一句话话来结束我的演讲：
“我们的心灵是如何依附和控制我们的身体的？这秘密远远超越了我们的理解能力。但正是这秘密，决定了我们之所以成为万物之灵。”
我希望有生之年可以看到这个秘密被解开。
谢谢大家。
演讲嘉宾温泉：《虫虫总动员，让ta教我们做运动！》 | 拍摄：Vphoto
作者：温泉
监制：吴欧
策划：麦芽杨
编辑：麦芽杨 凝音
排版：凝音
校对：凝音
在“我是科学家iScientist”后台回复“演讲”，或者点击菜单栏“演讲”，即可看到更多科学家演讲。
本文版权属于“我是科学家"，未经授权不得转载。
如需转载请联系iscientist@guokr.com
原标题：《我用眼睫毛戳了戳秀丽线虫。线虫：别理我，烦着呢 | 温泉》