“不发文章、不急职称”，他回国10年追赶世界先进水平

 

首批量产零场原子磁力计探头及其控制系统 胡一南（左）、王帆（中）、卓彦（右）

 

历经10年，王帆终于看到了这场“科研马拉松”的曙光。

 

2012年博士毕业后，王帆只发过寥寥几篇文章，而他所在赛道上的竞争者不乏国际知名实验室。刚回国“从0到1”建设实验平台时，王帆没有想到，未来他和同事会率先填补国内常温脑磁图的空白，让中国有望通过竞争成为这一领域的领导者之一。

 

与许多科研成果不同，王帆所在团队成果的归途并不仅仅是知名学术期刊，更是真正从实验室走向了工厂、医院。在他看来，即便发表了顶刊，如果高精尖的研究成果最终止步于“少数人的玩具”，那么这很难说是科学家职业生涯的成功。

 

“10年前回国时，我在国内几乎找不到第二个地方，容忍我几乎不发文章、不急职称，用所有精力建立一个脑磁图技术研究平台。”王帆告诉《中国科学报》。如今，一切水到渠成。

 

27岁回国，用10年追赶世界先进水平

 

2012年，27岁的王帆留学归国，在中国科学院生物物理研究所从零开始建设脑磁图技术研究平台。他所专注的问题只有一个——如何透视大脑？

 

在上世纪末的科幻电影《黑客帝国》中，主人公将脑部与特定机器连接后，意识就能脱离肉体进入“赛博空间”。而今，美国企业家埃隆·马斯克参与创立的脑机接口公司“神经连接”，正在尝试以植入芯片等方式，在大脑与外部设备间创建全新信息交换通路。

 

不过，侵入大脑的采集方式有一个根本缺点：高风险的开颅手术。因此，许多科学家把目光投向脑磁图技术，它通过无创方式探测大脑神经活动产生的颅外微弱的磁信号，反映神经活动发生的位置和时间过程。

 

传统脑磁图技术的核心是一种超导磁量子探测器（Superconductor Quantum Interference Devices, SQUID）。因为其简称“SQUID”在英语中是“乌贼”的意思，因此在电影《黑客帝国》中出现的矩阵守卫“电子乌贼”，正是向这一经典技术的致敬。

 

王帆向《中国科学报》介绍，得益于SQUID，脑磁图技术得以诞生，但在其50年的历史中，它的固有问题反而限制了脑磁图技术的发展。

 

一方面，这种装置运行需要消耗大量液氦，以及严格屏蔽的工作环境和定期的升温维护，因此每小时万元的价格常常让许多患者望而却步。

 

另一方面，这种技术只能在静止状态下工作，而癫痫、帕金森患者，以及儿童和青少年等最需要脑磁图的患者群体，由于身体动作难以控制，很难使用这项技术。

 

在过往的脑磁图研发中，王帆注意到许多家境贫寒的癫痫患者，面对高昂的诊断和手术费用望而却步。

 

“如果能量产一种在常温下工作的穿戴式脑磁图，多少患者会从中受益！”抱着这样的初衷，王帆所在的脑与认知科学国家重点实验室开始专攻原子磁力计的脑磁图。

 

彼时，世界各地的实验室都在朝这一方向进军，包括王帆博士时期所在的英国诺丁汉大学Sir Peter Mansfield医学影像中心。后者曾因核磁共振成像的研究，获得2003年的诺贝尔生理学或医学奖，并完成了首台常温穿戴式脑磁图原型机，这一技术被认为是近10年来脑功能成像领域最重要的底层原理突破。

 

在生物物理所，脑成像团队成功搭建一套12通道的原子磁力计脑磁图原型机。这一可穿戴、低成本、强信号的原型机，让中国科学家看到在这一领域追赶世界先进水平的机会。

 

“刚回国时，我参与了脑功能成像教材中脑磁图技术部分的撰写，如今看来，随着这一领域的技术变革，几年前写的章节中的很多内容很可能要推翻重写。”王帆笑道。

 

 

穿戴式原子磁力计脑磁图（左二头戴）及其与传统脑磁图对比 王帆（左一）、卓彦（左三）、胡一南（左四）

 

群雄逐鹿，如何抢占科技制高点？

 

故事到这里，最难的一关才刚刚开始。

 

2018年前后，几家国际著名实验室先后研发出常温脑磁图原型机，产品形态五花八门：单光路的、双光路的；单轴的、多轴的；躺着检测的、坐着检测的、自由运动状态检测的……

 

王帆知道，这种“群雄逐鹿”的局面，就像当年磁共振成像技术的发展史。

 

在上世纪70年代，磁共振成像设备同样有着多样化的产品形态。直到1978年，英国物理学家、诺丁汉大学教授Peter Mansfield制造出第一台最接近日后应用的磁共振成像设备，定义了该领域的工程架构和体系。如今我们在医院里最常见的磁共振成像设备，大多都是以这台设备为蓝本的。

 

而今，常温脑磁图领域也在呼唤新的定义者。谁能达到脑磁图原型机未来应用的性能、成本、便利性的平衡，谁能率先实现原型机的工业化量产，谁就更有望成为当下乃至未来10年这一领域产品形态的定义者。

 

更为重要的是，2018年前后能生产出常温脑磁图产品的实验室，几乎都采用美国两家企业生产的核心元件——零场原子磁力计。王帆知道，如果不掌握关键器件的底层设计，就难以实现新型脑磁图的完全自主研发。同时，搭建一台脑磁图系统的大半成本都来源于此，因而核心器件的国产化、量产迫在眉睫。

 

在这一过程中起到关键作用的，是团队的工程师胡一南。彼时，他正在德国亥姆霍兹研究所攻读博士学位，冒着长时间隔离的风险，多次往返于中德两国参与小型化原子磁力计开发工作，两点一线更是常态。

 

 

胡一南与其所研制的第一代原子磁力计控制器

 

胡一南在调试原子磁力计标定平台

 

研发出第一台脑磁图原型机后的几年时间里，王帆和胡一南等脑与认知科学国家重点实验室工作人员，实现了新型脑磁图工程化和产业转化的关键部件——国产化零场原子磁力计的研发。

 

经第三方检测，其灵敏度、带宽等主要性能指标达到国际先进水平。在生物物理所及其转化企业的支持下，如今这一核心部件已实现标准化批量生产，未来有望将癫痫等患者的临床脑磁图诊断成本降低85%以上。

 

王帆介绍，能在量产上取得突破，得益于生物物理所及脑与认知科学国家重点实验室对产学研的高度重视和我们制造大国和“智造”大国的双重身份。

 

常温脑磁图探测器的制造涉及高端半导体工艺和精密微组装，没有相关工业基础的国家根本做不了；而精细元件的手工组装，在人工成本高昂的欧美国家难以批量组织。

 

“好比一场百米赛跑，咱们从60米才开始跑，但冲刺时赶上了对手！”回顾这一场“抢占科技制高点”的脑磁图发展史，中国科学院生物物理所研究员、脑与认知科学国家重点实验室副主任卓彦感慨道。

 

 

生物物理所脑磁图团队合影

 

填补国家的空白领域，比发论文重要得多

 

翻开王帆和胡一南的简历，工作后的论著一栏只有寥寥几篇论文。

 

对王帆、胡一南等工程师来说，论文的数量、影响因子并不是衡量成果的唯一标准，他们更在意的是成果是否能真正发挥作用。在他们看来，如果在这个过程中能发表高水平的期刊文章当然非常好，但如果高精尖的研究成果最终止步于“少数人的玩具”，那么也这很难说是科学家职业生涯的成功。

 

正是在这种观念下，王帆、胡一南在博士毕业后，放弃了留在国外顶尖实验室发论文的机会，选择回国从零开始。

 

当时，王帆的博士导师告诉他，如果留在英国，很快就能发表顶级的期刊。但导师也赞同爱徒回国的决定：“早两年发文章、晚两年发文章，对你一生的职业生涯没有多少影响，但从头建设一个实验室，甚至填补一个国家的空白领域，意义更为重大。”

 

刚回到生物物理所的5年时间里，王帆把所有时间和精力都投入在脑磁图平台建设上，虽然支持实验室的其他同事完成了出色工作，但他只有几篇作为二作、三作发表的论文。眼看本科、博士时的同学、师弟师妹发了顶刊、成了PI，王帆感到了同龄人压力。

 

好在他所在的是一个有耐心的环境。“10年前刚回国时，我在国内几乎找不到第二个地方，容忍我短期内几乎不发文章、不晋职称，用所有的精力建立一个实验平台。”王帆说。

 

卓彦告诉《中国科学报》，生物物理所对工程师序列的考核从不“唯论文”，而是以重要的专利授权和科技成果的转化为主。更重要的是，要想破解一个工程难题，突破的周期有长有短，因此考核也不局限于固定时间。

 

这种精神传承自今年78岁的陈霖院士，他是中国科学院生物物理所脑与认知科学国家重点实验室学术委员会主任。

 

早在1982年，陈霖院士就以唯一作者身份在Science发表论文，提出“大范围首先”的拓扑性质知觉理论，但论文只意味着新的起点，在接下来的40年里，他又全面系统地发展了“大范围首先”的认知基本单元的拓扑学模型。

 

如今，这个实验室开发的常温脑磁图即将进入临床试验阶段，作为主要研发者的王帆，也成了一名正高级工程师。

 

王帆很清楚自己想要什么：做自己热爱的工作，同时能对社会和国家有贡献，其他一切只是水到渠成的事。

 

文｜《中国科学报》见习记者 孟凌霄；来源：科学网