北京时间2021年10月4日，2021年诺贝尔生理学或医学奖在瑞典卡罗琳医学院公布，授予大卫•朱利叶斯(David Julius)和阿登•帕塔普蒂安(Ardem Patapoutian)，获奖理由是他们“发现了温度和触觉感受器”。
11月22日，120周年校庆系列学术活动高端科普活动之诺奖科学沙龙：“解码器的发现之旅——诺奖科学沙龙之生理学或医学探秘”在我校太白校区召开。校党委常委、副校长常江致辞，并作为嘉宾参加讨论交流环节。科技处负责人、生命科学与医学部师生代表参加会议。会议由科技处负责人主持。
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常江表示，系列诺贝尔奖科学沙龙的举办是学校发挥人才科研优势，普及科学知识，提升公民科学素养，探索推进学科交叉和综合性研究，提升学校科研水平的重要举措。学校生物学科在长期的发展历程中，为改善生态环境、防治重大疾病、服务地方经济发展作出了重要贡献。医学学科自复办以来，以超常规机制激发办学活力，各项事业不断取得新发展、新突破。当前，生命健康、脑科学等已成为事关我国发展全局和国家安全的基础核心领域。特别是在新冠肺炎疫情仍在全球蔓延，国内疫情防控形势依然严峻的大背景下，我们更要充分发挥综合性大学优势，加强生物、医学学科与化学、互联网、人工智能、食品、化工、数学等学科的交叉融通，推动生命、医学学科持续快速发展，以高质量的科研成果服务地方卫生健康事业发展和人民生命健康。希望通过科学沙龙，聚焦学科前沿，突出原始创新，深入交流、加强合作、协同攻关，努力产出更多更大的原创性成果。最后，他希望同学们能够从获奖科学家的学术思想和人生智慧中获得启迪，深入了解所学专业的发展前景以及与其他学科交叉融合的路径，从中找到自己的研究兴趣与方向，坚持不懈、守正创新、追求真理、造福人类。
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生命学院乔博灵教授作了题为“感觉解码器的发现之旅—诺奖科学沙龙之生理学/医学探索”的报告，解读了今年诺贝尔生理学或医学奖的学术贡献和重要意义。
她介绍，诺贝尔生理学或医学奖是医学界的最高奖项之一，获奖科研成果为人类健康做出了巨大贡献。今年的奖项颁给了美籍科学家大卫•朱利叶斯(David Julius)和阿登•帕塔普蒂安(Ardem Patapoutian)，表彰他们在温度觉和触觉方面的贡献。朱利叶斯的贡献是用辣椒素发现了热、痛觉受体。该受体是一种新的离子通道蛋白，TRPV1。TRPV1的发现是一个重大突破，让人们了解了温度差异是如何在神经系统中诱发电信号，并让人产生疼痛感的。大卫•朱利叶斯和阿登•帕塔普蒂安各自独立地使用化学物质薄荷醇发现了TRPM8，一种被证明能被寒冷激活的受体。阿登•帕塔普蒂安的重大发现，是找到了一种全新的、完全未知的力敏离子通道，Piezo1和Piezo2，它们可以侦测压力而调节许多重要的生理过程，包括血压、呼吸、排尿和骨骼重塑等。TRPV1使我们感知温度、感知疼痛，Piezo2赋予我们触觉和本体感觉。这些重要发现正在用于许多疾病治疗手段的研发中。
讨论交流环节由生命学院关锋教授主持。常江副校长、生命学院付爱根教授、信息学院陈晓江教授、生命学院乔博灵教授、医学院熊裕焱教授、生命学院黄萱副教授围绕今年诺贝尔生理学或医学奖获奖成果对学校相关研究领域进一步开展科学研究的启发；医学、生命学科与信息学科等其它学科交叉融合的着力点，以及正在开展的合作研究等方面进行了分享交流。同时，结合自身学习、研究经历，对同学们的学习提出了建议和指导。
问
关锋：
此次诺奖科学沙龙的目的是希望学校相关学科能够深入交流，加强学科交叉，目前，信息、物理等学科为生物、医学学科提供了新的技术，促进了生命医学学科的发展，有请陈晓江教授谈谈。
答
陈晓江：
目前信息学科与医学、生物和化学材料等多学科的交叉非常紧密。例如在虚拟现实VR中，我们可以具有非常好的视觉感受，但缺少触感；比如说，在虚拟现实中我们可以见到远方的亲人，但缺少近距离的拥抱或者握手等接触的亲切感。如何能够使人在虚拟现实中有触觉的感受？目前，国际前沿学者正在通过材料科学与信息科学的交叉融合来进行探索和实现。此外，随着人们对生理学机理的不断深入认识，能帮助信息学科技术提升，更好的让人类享受生活。例如：目前残疾人所安装的假肢还不具有很好的体感能力，随着多学科交叉研究的不断深入，电子皮肤等新技术成果的完善会不断丰富残疾人对假肢的身体感受，相信假肢就会越来越接近人类真正的肢体功能。同时，当我们借助生理学的进展，不断丰富机器人多方面的感知功能，最终使得机器人也具有类似于人的身体感知，而不是冷冰冰的躯体。在生理科学中，我们希望了解痛觉的机制，并设法阻断痛觉；但是痛觉又是人类的报警信号，阻断痛觉就会有一定的危险。如果有新型的感知材料嵌入人体，能够从人体中通过信息技术截获痛觉，并反馈给智能终端或者医生，而不再通过疼痛的形式传递给患者，这也许将是非常有意义的事情。
问
关锋：
神经网络是信息学科与医学、生理学非常成功的交叉融合，请陈老师谈谈神经网络与图像识别的关系。
答
陈晓江：
信息学科很多新技术的提出和发展都受益于人类生理学相关机制的启发，也借鉴了动物生命科学的相关机理，比如仿生学。其中，现阶段研究火热且功能强大的神经网络就是大量借鉴了人和动物的大脑对事物进行学习、分析和反馈等生理学反馈的相关机制和机理而提出和发展的。神经网络是一种数据特征分析的方法，在图像识别领域广泛应用；此外，也可以应用于信号处理、大数据分析等领域，涉及医学、生物、经济、化学等众多学科的科学研究。现阶段，主流的深度神经网络使用卷积滤波的思想和神经元反馈机制来对大规模数据进行特征学习和识别。图像对于计算机科学的研究人员来说是作为二进制的点阵数据来处理的，图像识别是神经网络技术研究和成功应用的领域之一。然而，目前人们对具有强大性能的深度神经网络模型的可解释性还有待深入研究和探明。比如：深度学习方法在很多领域的应用效果很好，但却难以清晰地解释模型学习到了数据的特征是什么？具体的含义是什么？等等。此外，神经网络方法的鲁棒性和普适性也有待进一步改善。例如：我们多数情况下是在一个领域按照较为单一的方式进行建模，而更换领域后，则需要重新训练模型，或者调整模型参数，难以获得一个能够普适应用的网络模型。因此，该领域还有很多数学学科、信息学科的科研工作者在探讨其中的机理。而我想，这应该还有赖于生命科学、生理学等通过对人类认知有更深一步的理解和剖析，来帮助信息学科更深入地理解神经网络的工作机制，进一步促进信息科学技术的发展。
问
关锋：
据我了解，黄萱老师的研究工作已经与信息学科开展交叉合作了，请黄老师谈谈。
黄萱：
我们团队的研究方向是植物，包括对植物离子通道的研究。动物在受到了冷、热、刺激、疼痛时可以逃离，但是植物无法逃离，只能积极调动能量抵御伤害。所以研究植物离子通道信号转导更加重要。一般来说，离子通道的反应时间是毫秒级，很难被捕捉到。信息学科对信号的捕捉非常敏锐，因此，我们与信息学科开展了合作，利用信息技术捕捉植物在受到胁迫，离子通道打开之后产生的细胞内外的离子电势差，使用电流波衡量植物在感受疼痛后的反应。会不会把信号传递给其它的叶子？能不能传递给周围其它植物？是否需要调集能量产生代谢产物或功能性蛋白帮助应对危害？从已开展的研究来看，确实产生了类似信号，我们正通过实验进行修正、量化。生物的个体存在感很强，无法轻易量化，需要通过严格的实验和检测手段，明确能否量化胁迫，量化产生离子流的能量，量化什么伤害可以让植物进行长距离传导，传导到什么程度等，都需要和信息学科深度合作。
问
关锋：
请黄萱老师介绍一下植物离子通道方面的研究。
黄萱：
起初，研究植物的科学家想按照对动物离子通道的研究方法，开展对植物离子通道的研究，比如同源蛋白。但是钙离子通道在动物和植物中的分化是完全不同的，植物当中找到了一些钾离子通道、帮助植物的根感受到重力的机械压力通道、部分同源离子通道等。植物中虽然没有发现钙离子通道，但是钙离子对植物是非常重要的信号，24小时震荡是以钙离子为主，因此，植物中一定存在很多钙离子通道进行协调。据我所知，目前找到了很多植物钙离子通道，与获奖的诺奖成果有一定的关联，比如感受冷、干旱、渗透压的通道等。
问
关锋：
在庞大的基因库中要找到某个特定功能的基因不啻于大海捞针，请问乔老师今年获得诺奖的两位科学家是如何找到特定的基因呢？
乔博灵：
我在刚才的解读中也提到了，很多科学家的研究工作是在前人的工作基础上开展的。比如，阿登·帕塔普蒂安在发现Piezo蛋白的过程中，首先用当时的技术检测，找到了上千个发生响应的基因，然后需要对这些蛋白进行分析，尽量缩小研究范围，最终才找到了特定的蛋白。科研工作者的基本素质是能静下心来，不怕吃苦，取得很大成效的科学家包括诺奖获得者，都进行了大量的工作，非常辛苦。
问
学生提问：
如果痛觉、冷热感受器相应的蛋白并不是由一个基因而是由一个基因家族共同作用而产生的结果，会不会在所筛选的基因或膜蛋白之外，仍然存在着与它协同的基因可以产生相同的效果？另外，我们在触摸动物皮毛、丝绸等的时候有一种舒服愉悦的感觉，是否可以深入研究用于心理辅导方面？触摸不同材质的物体时，使我们感受到完全不同的两种感觉是否属于同一个感受器，共用一个神经通路？
答
乔博灵：
该同学提到的第一个问题，即认为不一定是单一受体的现象肯定是存在的。科学家们在找到特定的蛋白或基因后，还需要开展很多实验，比如敲除基因进行验证等，也包括其他科学家的验证。诺贝尔奖获得者的工作不仅仅是发现，而是继续深入研究，明确现象背后的机理，最终取得了对人类社会发展起重要作用的成果。第二个问题，我认为可以和其它学科，比如信息学科相结合，把这种愉悦的感觉和产生的条件量化，用于对心理疾病的治疗。第三个问题，获奖的两位科学家发现的TRP家族离子通道，是一个很大的家族，后续可以开展很多的研究。比如，我主要开展的是中药研究，中药有温热寒凉的药性，或许可以与今年获奖的科研成果结合起来，也许能够发现中药药性相关的受体，促进中药走向世界。
关锋：
同学刚才提到的是否是单基因或基因家族作用的结果问题，我们可以用微生物实验的科赫原则作个类比，把微生物分离出来，进行培养，接回去之后会产生同样的症状。基因的筛查是同样道理。基因过表达会产生一定的症状，把基因敲除后或者基因沉默后症状就消失了，这是实验中基本的原则。随着现代生物技术的不断进步，发现了越来越多的由单基因导致的疾病。随着基因测序和基因关联分析等技术的发展，能够发现与某个疾病相关的基因，也有可能是多基因综合产生的结果。
熊裕焱：
刚才同学提到，人们在触摸光滑或粗糙的物体时会产生愉悦或厌恶的情绪，我认为与Piezo1蛋白的关系不大，Piezo1蛋白和Piezo2蛋白是细胞感受到压力后产生的系列反应，应该与人心理的感受有很大关系。在生理学领域获得重大发现的机会越来越少，很多方面都已经获得了诺贝尔奖。我认为今后与糖饥饿、氨基酸饥饿等相关的研究很有可能获得诺贝尔奖，比如能量感受器等。其实，很多重大的科学发现就在我们身边，比如今年获奖的成果，看似是我们感受冷、热、辣等简单的科学问题，其实深入研究后就能发现背后的深远意义。科研工作需要异想天开，需要用哲学辩证的思维方式思考问题。生命体中普遍存在作用力与反作用力。比如压力研究，Piezo1蛋白能感受到压力，那么是否有一个抗压力的蛋白？辣椒素能刺激疼痛也能治疗疼痛。因为疼痛有阈值，超过阈值就感受不到疼痛了。对疼痛阈值进行数学建模，明确多大的压力或阈值会产生疼痛，对于炎症的治疗很有意义。以这样辩证的哲学思维进行思考就能不断地发现科学问题。今年诺奖成果的意义不仅仅是解释某一现象，而是最终能够用于疾病的治疗，这是生理学、医学的终极目标。
问
关锋：
请其他老师谈谈学科交叉和对今年诺奖成果的感受。
答
付爱根：
学科之间的交叉和合作非常重要，生物学的发展得益于信息、物理、化学等学科的技术手段。生物学是探索如何感受外界，比如如何感受压力、温度等这些基本问题。今年获得诺贝尔奖的成果看似也是很基础的问题，但是要开展研究非常需要学科的交叉，使庞杂繁复的研究更加便捷。
常江：
我谈三点感受：一是大道至简。举办系列诺奖沙龙有两个目的，其中一个就是让高深的学问接地气，乔博灵教授用平实的语言阐释了高深的诺贝尔奖科研成果，使非专业的师生都能清晰的明白，由此看出，乔教授作了大量的工作，不但对获奖成果有深入的了解，同时对获奖科学家历年的系列研究成果进行了研读，希望同学们也能具有这样的能力。第二是学科交叉。举办诺奖科学沙龙另一个目的是促进各领域的交叉研究。通过陈晓江教授与生命学院教授的交流，我们可以看到学科交叉不缺乏供给和需求，难点在于如何将供给和需求对接起来。现代的科学研究主要是问题导向的科研，所有问题导向的科学研究也都是交叉研究。任何重大科研成果的取得都是问题导向的大科学计划，都是交叉研究的典范。能够清楚阐释需求、问题与供给，并将其结合起来开展合作研究也是一种科研能力。第三，从今年获奖的诺奖成果对科学研究的启发来说，首先是发现问题的能力。温度、压力等这些习以为常的感觉常被人忽略，但是其中却有很多奥秘，这需要具有发现科学问题的能力，刚才提问的学生就具有很强的发现问题的能力；其次是要坚持不懈。我刚才注意到，乔博灵教授介绍大卫·朱利叶斯教授毕业8年后才发表与获得诺奖成果相关的第一篇文章，漫长的研究过程体现了坚持不懈的科学精神。阿登·帕塔普蒂安2010年发现了第一个蛋白一直到他取得诺奖成果，每一步都是不懈努力的过程；最后是有用和无用的问题。科学家往往不满足于发现问题，不满足于把经验变为科学，而是通过对科学机理的阐释，找到了现象对人类发展进步产生的巨大作用。比如今年的诺奖成果，不仅仅是解决感知压力、温度的问题，乃是明确了对治疗炎性病痛等疾病方面的重要意义，这是科学研究最大的价值。
问
学生提问：
获得诺贝尔奖的数量体现了一个国家的经济实力，我国对诺贝尔奖有什么预备？
答
常江：
该同学提出问题的同时已经部分回答了问题，诺奖成果数量是一个国家科技水平特别是基础研究水平的体现，也与国家的经济实力息息相关。新世纪以来，日本一到两年都会获得诺贝尔奖，在这之前日本的诺奖成果并不突出，由此可以看出，科学研究是长期积累的过程。目前中国的科学家已经取得了很好的成果，国家各方面实力也在不断增强，对科研的投入持续增长。创新驱动发展是我国的国家战略，大家也能感受到国家对科技发展越来越重视。2017开始的中美贸易战根源上是科技战，不仅仅是技术领域的问题根本上乃是原始创新的问题，诺奖恰恰关注的是原始创新。2016年习近平总书记在“科技三会”上提出，科学研究要围绕“三个面向”；去年科学家座谈会上又提出科学研究要围绕“四个面向”，增加了面向人民生命健康；十九届五中全会上提出了科技自立自强，就是要解决卡脖子问题；今年的“科技三会”上提出了高质量的科技自立自强。因此，大家要有足够的耐心，国家综合国力的强大和科学家持续用力，获得诺贝尔奖是必然的结果。希望同学们在这样伟大的国家、伟大的时代，不要成为旁观者要成为参与者、实践者。
关锋：
获得多少诺贝尔奖确实体现了一个国家的实力，但是，诺奖科研成果的获得是漫长的过程，不是规划出来的，是要解决基础的科学问题，揭示基本科学现象背后的科学原理。我们可能要问，继屠呦呦先生之后下一个获奖的成果会在哪个领域？大家都知道，砒霜（三氧化二砷）是一种毒药，但是也可以和全反式维甲酸联用用来治疗急性早幼粒细胞白血病，疗效很好，治疗机理也已经很清楚了，很有可能获得诺贝尔奖。诺贝尔奖往往是颁发给十几、几十年前的科研成果，按照目前我国的科研实力，相信只要沉下心来踏踏实实做好科研，中国人肯定能够继续获得诺贝尔奖。
问
在场学生：
诺贝尔奖是西方建立起来的评判体系，难免会带有一定的主观性和偏见。中药很难通过FDA标准，但是我们不能舍弃中药，应该有文化自信建立自己的评判标准和体系。各位老师如何认为？
答
常江：
同意这名同学的说法，诺奖确实是西方语境下的评判体系，但是确有其合理之处，基础研究只有世界第一没有世界第二是中西方公认的准则。我们也可以从中得到启发，新中国成立后，我国为什么能在一穷二白的情况下取得重大突破？比如人工合成牛胰岛素、两弹一星等。一方面是科学本身的价值巨大，另一方面也体现了强大的科研组织能力，这也是举国体制的重要意义和价值。屠呦呦先生获得了诺奖，是中西方思想的碰撞、结合与启发。中药很多都是热煎服，但是青蒿素却是通过冷萃取发现的。把我国传统的科学思想和西方科学思想结合起来，也是文化自信或者四个自信的体现。我认为不要纠结于什么时候能够获得诺奖，好好努力真正的把科研做好的价值和意义更大。
关锋：
中药因为其特殊性和复杂性，很难通过FDA药物标准。但是中药是我国几千年来流传下来的国之瑰宝，与西方的药品体系完全不同，需要很多药材共同发挥疗效。目前，中药也用在了治疗癌症中，采取的不是西医的手术、放疗、化疗等方式，而是注重整体治疗，比如近年来专家提出的病人“与肿瘤共存”的理念。
2021年诺贝尔生理学或医学奖简介：
大卫•朱利叶斯（David Julius）
阿登•帕塔普蒂安（Ardem Patapoutian）
大卫•朱利叶斯（David Julius），1955年出生于美国纽约。1984年在加州大学伯克利分校获得博士学位，曾在哥伦比亚大学做博士后研究，1989年加入加州大学旧金山分校，目前为该校教授。
阿登•帕塔普蒂安（Ardem Patapoutian），1967年出生于黎巴嫩贝鲁特。1996年在加州理工学院获得博士学位，曾在加州大学旧金山分校做博士后研究，2000年加入斯克利普斯研究所，目前为该所教授。2014年至今他也是霍华德休斯医学研究院的研究人员。
人类对热、冷和触觉的感知能力对生存至关重要，是我们与周围世界互动的基础。日常生活中，我们认为这些感觉是理所当然的，但神经冲动是如何产生的，从而可以感知温度和压力？今年的诺贝尔生理学或医学奖得主解决了这个问题。大卫•朱利叶斯（David Julius）利用辣椒素（一种从辣椒中提取的刺激性化合物，能产生灼烧感）来识别皮肤神经末梢上对热做出反应的感应器。阿登•帕塔普蒂安（Ardem Patapoutian）利用压力敏感细胞发现了一种对皮肤和内部器官的机械刺激作出反应的新型感应器。这些重大发现解释了热、冷和触觉如何在人们的神经系统中启动信号，对于开发各种疾病，包括慢性疼痛的治疗方法具有重要意义。
