万物皆可探索

2024“未来科学家”培养计划

科学素养提升营

题记

滚滚热浪挡不住科学探索的脚步。

上海市教育委员会和世界顶尖科学家协会上海中心联合实施的“未来科学家”培养计划科学素养提升营火热进行。

2024科学素养提升营锁定生命科学、物理与工程、化学与材料、数学与计算机四个方向，学员们分十个探索小组走进大学校园和科研机构，跟随科学导师们一起冲浪科研前沿。

01

向孙程：人工智能服务健康福祉

学员们走进上海交大闵行校区

7月15日，“未来科学家”培养计划科学素养提升营5位学员走进了上海交通大学闵行校区。上海交通大学助理教授向孙程老师早早在校门迎候，带大家参观被交大人戏称为“闵大荒”的广袤而幽静的校园。

学员们选择的课题方向是生命科学，而向孙程老师是众所周知的人工智能学者，这一场素养提升营是否“错配”了呢？其实不然，向老师带领大家走进生物医学工程学院大楼，领略了生命科学前沿多学科交叉、不同领域成果荟萃的精彩画卷。

领略生命科学的最新设备

充满未来感的可穿戴外骨骼，是模块化设计、内嵌人工智能和工业设计的典范之作；被动驱动微抓取器，通过双光子聚合加工的光纤端面集成部件，由极为微弱的压力引导抓取动作；造型科幻的智能代步车，其智能软件系统能够实现动态环境中的自主导航；磁共振影像引导的脑深部电极植入机器人系统和双通道植入式脑深部电刺激脉冲发生器，展示了脑科学的前沿进展……

包括生命科学在内需要跨学科合作

展示厅里的每一件展品都是跨学科合作的杰作，生命科学不仅是蛋白和基因，也关乎程序和数据。而向孙程老师扎根“闵大荒”多年，勉力研究的课题就是将多模态人工智能应用到智慧城市、智慧医疗领域。

让人工智能服务于生命健康的福祉，在这一点上学员们和向老师可谓不谋而合。

学员们有的正在开发带有紫外线强度检测和智能提醒功能的手表，有的希望用人工智能进行手语识别以帮助聋哑人进行更便捷的交流。年龄最小的初中学员路曦淳设想用人工智能识别羽毛球运动中的运动姿态是否正确，他担心自己的想法“有点幼稚”，但其他学员却连连称赞。

大家虽然是第一次组队同行，彼此鼓励的热切氛围却像是相识许久。

小憩片刻有关人工智能的讨论也在持续

在深入的课题研讨环节，向教授向学员们展示了多模态研究的最新进展，这一领域结合了多种感知技术，为科学研究提供了全新的视角。学员们都拥有编程、APP创作等不俗实力，能跟向老师这样的人工智能学者请教“卷积层”“鲁棒性”“参数调整”等专业问题，令他们兴奋不已。然而包括向老师本人在内，所有的人工智能研究者和使用者都有一个共同“痛点”：数据。

向孙程老师介绍多模态研究最新进展

数据量太小会严重影响人工智能的准确性，但作为中学生的学员们只能在有限的范围内寻找免费的开源数据集。“搜集针对某个特定任务的数据集是十分困难的。”向孙程老师对此感同身受，在他开展的智慧医疗等研究中，需要使用大量病患数据，从数据的采集到后处理，数据涉及了科研准确性、隐私、安全、伦理等众多问题，需要严肃对待。

向老师这一节课，让学员们真切体会到了人工智能的核心要义：“数据，决定着人工智能的上限。”

02

程建军：开发有效药物，首先得理解疾病

学员们走进上海科技大学

7月18日，上海科技大学iHuman研究所研究员，生命科学与技术学院助理教授、博士生导师程建军迎来了素养提升营5位学员。在生命科学的探索之路上，程老师带领他们领略的是化学小分子和脑功能关系以及药物开发的前沿风景。

程老师带领学员们参观了iHuman研究所，它位于上科大的“人”字楼。这幢建筑的造型来源于Human的中文“人”字，同时也寓意抗体药物的“Y”型，具有相当的深意。iHuman研究所的特色是其聚焦于跨空间和时间尺度的数据整合及通过构建原子分辨率的虚拟人体深入理解人类疾病，研发更加安全有效的新型药物。

了解化合物设计、合成到测试的流程

进入正式学习时间，聚焦与精神类疾病密切相关的G蛋白偶联受体（GPCR），以基于GPCR结构和功能的药物设计手段，进行新型抗精神疾病候选药物的发现工作的程老师很快拿出了“绝活”。

程老师和他的研究团队详细介绍了计算机上设计化合物的完整流程，并演示了实际实验的操作步骤。学员们亲眼见证了化合物从设计到合成再到测试的全过程，对化学物乃至药物的诞生有了直观的感受，也对底层的科学原理有了更多认知。

程老师团队演示化合物合成

一天的素养提升营，当然无法获取所有的答案。但学员们由此产生的那些问题，将成为未来驱动他们继续前进的宝贵动力：作为神经递质的化学小分子，如γ-氨基丁酸、谷氨酸、多巴胺等是如何影响脑功能的？γ-氨基丁酸、谷氨酸与抑郁有着怎样的关系？多巴胺在精神分裂、帕金森病领域有何作为？

今天的问题是未来的动力

科研之路没有终点，程建军老师也只是比学员们更早出发。他依然在上下求索、跋涉前行。在科研前沿介绍中，程老师重点分析了一种名为“裸盖菇素”的物质。这是从毒蘑菇中提取的一种天然致幻剂，程老师通过多项研究发现了它在抑郁症与焦虑症方面的治疗潜力，为速效、长效抗抑郁药物的研发提供了一条全新思路。

这一成果已经在国际顶刊《科学》（ Science ）上发表。

程老师用模型演示科研课题

在科学分支中，生命科学与人类息息相关，药物研发和我们身体的关联更是密切。这一天在程老师的引导下，学员们燃起了科学研究的热情，激发了未来药物设计的无限想象。

收获满满的一天

03

丁显廷：语言越浅显，理解越深刻

学员们走进上海交大徐汇校区

7月22日，上海交通大学特聘教授、生物医学工程学院分子医学纳米平台主任、个性化医学研究院常务副院长丁显廷迎来了他的5位科学素养提升营学员。这一天恰逢周一组会，十年来雷打不动的组会第一次加入了中学生的身影。

学员们第一次参加科研团队组会

博士生和博士后研究员们解读《细胞》( Cell )、《自然》（ Nature）等国际顶刊文献，分析科学前沿的最新动态：亚细胞精度下，切片上一个细胞会覆盖400个纳米孔，国外同行如何发明了一种“聪明的实验方法”，让实验数据自动呈现出空间结构；抑制一种名为1l-11的蛋白质，能让小鼠的寿命提高25%，那么人类战胜衰老的希望是不是也已经出现？

丁老师不时为学员们做“翻译”

配体、靶向、激动剂、拮抗剂……为了让学员们听懂这场充满术语的组会，丁显廷教授要求团队的博士们用通俗易懂的方式讲科研内容，还不时叫停组会亲自担任翻译。

“蛋白跟蛋白不一样，都有各自的长相。”

“氨基酸卷曲成为蛋白，蛋白异常聚集成为疾病。”

“小分子药物遇上靶向蛋白，卡住它、让它失效。”

“中学阶段你们学习的是确定性知识。未来进入科研领域，你们就将面对不确定性。”

跟“阿博士”学做芯片

为了让5位学员沉浸式体验生命科学的科研过程，丁显廷老师全组动员。正在开展博士后研究的阿依努尔被大家亲切地称作“阿博士”，她带着学员们亲手制作一款模拟血脑屏障的微流控芯片，学员们意识到科研不只需要扎实的知识，还得有极强的动手能力。

学员们还参观了蛋白分析仪、质朴检测仪等各种科研设备，这些价值不菲的精密仪器，直观地体现出科学事业是一项庞大、昂贵的系统工程。

参观先进的实验仪器

十分难得的是，为了让学员们了解生命科学完整的科研流程，丁显廷老师还开放了实验动物房，让学员们得以第一次亲眼目睹了动物解剖实验。而在此之前，丁老师再三叮咛“脚步轻一点、说话轻一点，不要吓到小动物。”尊重实验动物、尊重生命本身，是生命科学的题中之义。

临别之际，丁显廷老师把学员们带到了实验室过道里，那里挂着几幅漫画——巨噬菌和两种“狼狈为奸”的病毒的斗争、一对细菌兄弟用不同方式对抗抗生素并走向了不同的命运结局……漫画的作者都是丁老师的博士生，把五、六年的博士研究工作浓缩成一幅漫画故事，是丁老师团队的一大特色。

用漫画总结博士生涯，是丁老师团队的一大特色

“能用浅显的方式讲述深刻的内容，说明你的理解已经抵达了新的高度。”这是丁老师对学员们提出的期望，其实也是他对自己的一贯要求。

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编 辑 | 秣 马

实习生 | 史新雨

张凤格

责 编 | 小 文