葉栢勤教授 為什麼我們需要大腦可塑性?

2021年4月15日

葉栢勤教授 為什麼我們需要大腦可塑性?

2021年4月15日
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葉教授致力研究突觸可塑性的神經機制,以及這機制缺陷如何導致自閉症相關疾病。他的座右銘是「你的創造力是唯一的限制!」

「為何我們會記得昨天中午吃了牛扒呢?  牛扒的大小、色澤、香味通通都記在腦袋內! 什麼機制在大腦內運作讓我們有短暫或長期記憶呢? 」中大生物醫學學院葉栢勤助理教授笑著分享唸中學時的想法。沒想到這塊牛扒真的性價比高,促使他憑著這顆好奇心到大學修讀生物化學,漸漸走進了神經可塑性的科研之路。葉教授於早前獲香港研究資助局(研資局)頒發2020年「傑出青年學者獎」,嘉許他的研究成就。

啟蒙老師的一句話成人生座右銘

葉教授自小很喜歡探索大腦的奧秘,更渴望能推進人類知識發展,惠及人類健康。因此,他在澳洲升讀大學二年班時以生物化學科作為主修科,機緣巧合下參加了一個「學生研究計劃」, 讓他有機會初次接觸在實驗室內研究項目。負責這計劃的Iain Campbell教授透過在實驗過程中,讓學生運用分子生物技術去完成研究項目,葉教授表示: 「我十分感謝Campbell教授, 在他的悉心栽培下,令我得到很大的啟發,對生物化學和神經科學產生更濃厚的興趣。」

當時Campbell教授建議他繼續修讀博士研究生課程 ,儘管極力游說,葉教授當年不太淸楚修讀博士研究生課程後的出路,因此對Campbell 教授的建議仍猶豫不決。最後, Campbell教授 的一句說話不但令他與神經科學結下了不解之緣,更成為他日後的座右銘: 「你的創造力是唯一的限制! 如果你不繼續修讀博士研究生課程便浪費你的才華了。」之後回想起來,葉教授發覺這是影響他一生正確的決定,科研之路雖是艱辛但非常值得。

葉教授在大學二年級參與學生研究計劃時, 攝於Campbell教授的實驗室內。

葉教授在大學二年級參與學生研究計劃時, 攝於Campbell教授的實驗室內。

 

是突觸可塑性的神經機制?

神經科學是專門研究神經系統的結構及功能等等的科學, 葉教授現時的研究主要聚焦在視覺區域,原因是有很多神經發育疾病跟大腦的感官區有莫大關係。而突觸是指腦內神經與神經細胞之間的連接位, 而腦袋的靈活性是取決於突觸與突觸之間能否有效調節強弱功能。可塑性的神經機制是指腦內神經细胞之間的協調及靈活性,日常生活中我們需要腦內的可塑性,例如常常說的熟能生巧, 正如腦內的神經會經過學習而改變腦內的連結, 有助我們應付日常活動的需要和改變。若可塑性轉差, 靈活性亦相對轉差,因而產生不同疾病。此外,可塑性會隨年紀增長而減弱,他希望透過了解或增強可塑性,而了解或改善不同疾病的神經缺失,例如自閉症、弱視症及腦退化症。

數據指神經發育疾病患者包括自閉症兒童對光及聲音會份外敏感或遲緩。葉教授透過小老鼠模型內找出發育異常的原因及線索,拆解神經發育疾病產生和感官異常的病理機制。除此之外,得獎項目中亦涵蓋兒童先天性弱視問題,「若小朋友其中一隻眼睛患有先天性白內障,腦內視皮層的可塑性便會自動啟動,加強另一隻正常眼睛的視力以補先天不足,因而形成不平衡現象」,因此,他希望了解腦內平衡機制後,幫助患者回復腦內的平衡。

神經發育會隨著年紀的增長而改變,有機會產生有害的蛋白、連結變差、神經元壞死,引致腦退化症等問題。葉教授未來的研究方向是希望找出辦法去延遲或阻止因可塑性的神經失衡而引發的疾病,包括神經發育障礙、腦退化等。

我的得獎項目 ⸺  研究特定輸入協作突觸可塑性在視覺皮層可塑性中角色:對於弱視的影響

「這研究項目中,集合了許多前沿技術及概念研究而成,包括先進的顯微鏡技術、分子生物技術及複雜的基因編輯技術。此外,我嘗試將過去在香港及麻省理工學院多年訓練的得著及經驗,揉合前沿技術與神經科學,再配合創新的概念,同時亦只能在世界上少數的實驗室進行,或許這些原因才獲得『傑出青年學者獎』。」葉教授說。在實驗過程中可以透過前沿顯微鏡技術直接顯現出小鼠腦內神經細胞, 了解神經細胞發育、分佈及遷移與功能, 並了解如何影響可塑性調控機制的關鍵。

放棄美國及新加坡的發展機會,回港原因是……

「如果不回港培育下一代的話,香港怎能發展科研呢? 」葉教授說。從小在香港長大的他知道科研是世界性的發展方向,完成博士學位後, 他遠赴麻省理工學院接受博士後培訓,雖然葉教授可選擇留在美國或新加坡發展,但一直希望推動科研或初創成為香港年輕人追求及渴望的事業。除此之外,中大的生物醫學院提供非常充足的支援,醫學院內亦有很多出色的臨床和臨床前期神經學家,因此,他便決心回港發展。

葉教授回想起自己由當年在澳洲走到今天在中大的日子,他所遇到的所有導師(Mentor), 都是他的伯樂,在他們的耐心栽培、激勵及鞭策當年年少氣盛的自己,令他有很大的啟發,亦成就了今日的他, 因此,葉教授希望能薪火相傳, 勉勵年青人不要只著眼於短期的回報, 反而要憑著自己的熱誠捉緊機會, 為理想及目標邁進。

現時,葉教授為一個關注罕見病的學生團體出任顧問一職,除了推廣罕見病的認知至普羅大眾外, 亦讓社會明白到科研發展對罕見病的重要性, 投入科研發展才有希望解決世界各地面對的罕見病問題。

葉教授與博士課程導師葉玉如教授於尤德爵士紀念基金研究生獎學金晚宴上合照。

葉教授與博士課程導師葉玉如教授於尤德爵士紀念基金研究生獎學金晚宴上合照。

葉教授與諾貝爾獎主Prof. Eric Kandel於神經科學年會合照。Prof. Eric Kandel亦是分子神經科學領域的創始人。

葉教授與諾貝爾獎主Prof. Eric Kandel於神經科學年會合照。Prof. Eric Kandel亦是分子神經科學領域的創始人。

由大學走進中學

「中大的生物醫學院及醫學院提供不同相關課程予在學的一、二年級生修讀, 讓他們能在實驗室中學習技術, 從而提升對科研的興趣。」葉教授說。但是,要啟發更多中學生選讀相關課程仍是一種挑戰,畢竟傳統上的香港學生或父母,對科研事業不太熱衷。葉教授希望透過安排中學生由班房走進真實的實驗室中體驗,一方面體會成年人的工作環境 ,亦可從中提升對科研的興趣。

面對及接受失敗

科研是一條漫長而又具挑戰性的道路,葉教授是如何堅持到今日呢? 如何面對失敗呢? 葉教授為我們分析種種必然會面對的難題。他認為最重要是選讀自己最有興趣的科目和課題,這樣才能堅持一直走下去。如果真的選錯科目便即時轉讀自己的興趣科目,不要有丟臉的感覺! 無論在學習或做實驗時大家都會遇上失敗或樽頸位,如果堅持選讀自己沒有興趣的科目,那又怎能走下去呢? 另外, 他認為工作與生活的平衡亦很重要,不要過勞。自己可幸太太亦是科研人員,大家互相理解支持,可以一步一步走下去。

 

葉教授與博士後導師 Prof. Mriganka Sur 夫婦於歡送會合照。右一是葉教授妻子Hayley。

葉教授與博士後導師 Prof. Mriganka Sur 夫婦於歡送會合照。右一是葉教授妻子Hayley。

「遇到失敗是科研必經的階段,只要汲取教訓,不要鑽『牛角尖』,跟導師或朋輩分析問題出處,尋求解決方法。從錯誤失敗中, 鑽研一個最感興的課题, 尋找新的發現。同時亦要參與一些學術會議了解其他硏究的發展從中學習 。不可以把科硏看成只是一份工作, 它是科研人員的生活一部分, 以推進科學發展為使命。 」葉教授盼能勉勵同學,為香港延續科研精神。

葉教授與實驗室團隊討論實驗進展。

葉教授與實驗室團隊討論實驗進展。



葉教授致力研究突觸可塑性的神經機制,以及這機制缺陷如何導致自閉症相關疾病。他的座右銘是「你的創造力是唯一的限制!」

葉教授致力研究突觸可塑性的神經機制,以及這機制缺陷如何導致自閉症相關疾病。他的座右銘是「你的創造力是唯一的限制!」

 

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