南加州大学顶尖脑科学家尝试攻克阿尔茨海默病，原因令人潸然

Arthur Toga曾眼看着这种疾病破坏他的家庭，因而他努力攻克这种被科学家称为“记忆擦除病”并影响了三分之一年老者的病症。

阿尔茨海默病带走了Arthur Toga的祖母，然后带走了姑妈。后来，又降临到他的母亲身上。Toga深知这种记忆擦除病所带来的恐惧。他在采访中讲述了他两个弟弟所面临的障碍。

“我的家人和我都需要做好准备。当你目睹某个人的性格和全部人生被抹去时，那种失落感简直无法用语言来形容……”Toga说道，声音逐渐低沉。

“我知道接下来将要面对的是什么，但是你永远无法接受这种疾病对当事人带来的痛苦，以及对你所带来的变化，”他如是说道。“他们会将自己封闭起来；停止沟通；渐渐不再与外界互动，不管是进食或是其他任何事情。

“通常情况下，他们就像我母亲的情况一样，已不再活着。你甚至没办法及时与他们道别，因为他们的记忆已不再存在。”

眼睁睁看着阿尔茨海默病从他的生命中带走了这位女性，这促使Toga寻找办法阻止他人再经历他和他的家人所遭受的痛苦。母亲去世后，Toga教授担任了南加州大学Keck医学院眼科学的教务长，也是全球领先的研究人员，致力于解决阿尔茨海默病。阿尔茨海默病影响了三分之一的老年人，是目前最难以解决的人类健康问题之一。

Mark Stevens与Toga在2016年南加州大学神经影像学Stevens大厅典礼上交流。（摄影/Steve Cohn）

Toga担任南加州大学Mark and Mary Stevens神经影像和信息学研究所所长，领导了35位教师和博士后学者。他们当中有神经系统科学、物理学、工程学和数学领域的研究人员，在神经系统科学领域做出了巨大贡献。南加州大学共拥有超过70名专门从事神经退行性研究的各领域研究专家：医学、老龄科学、药学、人文科学、工程学、社会工作和公共政策等。

该团队将老鼠和人类大脑的信息变成数字化并绘制成图谱，以帮助解决或预先抵御神经退行性疾病的方法。该研究所拥有全球最大的大脑数据集，存放了来自除南极洲外的所有大陆的信息，信息量超过4800兆兆字节（相当于五千万部4K电影）。其中收录了来自美国国家卫生研究院资助的中风临床试验、阿尔茨海默病的神经影像学计划、帕金森级别标记计划和数十个多地点项目的影像。借助这一系列脑部扫描影像的模式，可能会让专家们研究出更佳的诊断方式和治疗神经变性疾病的方法。

“我认为这种数据收集的方式堪称完美。”Toga说道。“我们拥有革命性技术，因为这些技术让我们只需几分钟，便可做到一些可能你之前曾设想过的但是需要花费数年才能完成的事情！现在，我们轻松就能做到。这将会大大加快发现的步伐，超乎我们的想象。”

脑科学转化

今年64岁的Toga曾经是医学预科的学生，但后来换了专业，并获得了心理学学位。

“我变得对大脑如何进行组织及其弱点在哪里非常着迷，”他说。“我喜欢把这些不同的碎块拼在一起，思考我们如何理解人类的状况。让我们来直面这一点，你的大脑就代表你整个人生，因为你的所有经历和情感都存放在这里。”

在Toga的早期研究生涯中，他意识到对大脑的简单理解并不足以解决棘手问题。因此，他重返校园，学习如何操作和解读大量的脑部影像和数据。尽管他并没有在计算机科学专业获得硕士学位，但这一经历在后来被证明非常有价值，因为计算机越来越能够储存和处理数量惊人的影像资料。

Toga是用于理解大脑及其疾病的大数据方法的创始人之一。Toga的团队使用高性能计算机和安全服务器，对海量的数据进行分析，找到了特定人群所特有的倾向，生成了如彩虹般颜色的脑影像。但让人意外的是，他仅能看到其中部分颜色，因为他是色盲。

“在我最初开始的时候，阿尔茨海默病被人们认为是一种组织缺失的疾病，”Toga说道。“我们知道那是错误折叠蛋白质累积而成。在很多时候，这被认为只有在死亡之后才能诊断。

“我和许多同行的研究表明，人们脑部回路在患者所经历的认知问题之前数十年便开始堵塞。大脑的认知储存能够进行补偿抵消，直到某个断点。”

一个非常棘手的问题

Toga在他巨大的磨砂玻璃书桌旁坐下，显得身形有些佝偻，因为他在思考这个非常棘手的问题——阿尔茨海默病。他看向一个挂钟，其内部工作一览无余，无声诉说着他是如何审查数万幅脑部扫描，从而计算随着时间推移，大脑体积和脑部回路如何变化。

Toga所领导的大型项目之一“全球阿尔茨海默症协会交互式网络”，让科学家们能够查看超过366000位患者的数据，从而能够定位子组人群以进行进一步研究，如女性或阿尔茨海默病第一阶段患者。

Toga还担任了神经影像实验室 (LONI) 的主任，领导了算法和方法的研究发展，用于映射脑部结构和功能。LONI承办了60余项国家和国际脑成像合作项目。

Toga和他的研究者们所创造的工具和图谱改变了人们对健康和患病大脑的理解。科学家们和医生们无法治疗他们不能确定位置的疾病。正如告诉一个水管工来加利福尼亚修理某个漏水的水龙头远远不如告知他某个家庭具体住址更有效。Toga与合作者们绘制了一个图谱，标出了患病大脑的问题所在区域。

南加州大学Mark and Mary Stevens神经影像和信息学研究所研究人员的最新发现之一是，抑郁患者的海马体（大脑的记忆中心）要小于正常人平均水平。抑郁患者患病时间越长，他们与典型大脑的差别越大，这意味着早期治疗抑郁症可减缓脑部组织恶化情况。

Toga与Keck医学院Zikha神经遗传研究所所长Berislav Zlokovic一同合作，研究在有阿尔茨海默病患病风险的人群中，大脑中的血液流动和血管完整性如何影响思维的传导。Zlokovic是国际上知名的领军人物，研究方向是脑部血管系统疾病如何迅速导致痴呆和阿尔茨海默病。

“Art Toga对与记忆相关的脑部不同区域和大脑结构之间联系的研究，将为早期认知变化提供一个非常重要的崭新的生物指标，”Zlokovic讲道。“这项工作可以在β-淀粉样和tau蛋白类累积前识别潜在的治疗目标，它们是阿尔茨海默病恶化的标准标记。”

“神经退行性疾病无法视为一个整体进行治疗，”Keck医学院院长Rohit Varma说道。部分人群患病风险更高是因为他们的基因组成方式。其他人会更容易接受某些治疗或处置。

“我们的内科医生和科学家团队推进了对神经退行性疾病更深入的理解，”Varma说道。“比如说，对于阿尔茨海默病，我们进行了十余项临床试验，还有许多基层研究人员进行研究，从多角度检测了这种疾病：如血脑屏障的分解，以及长时间与微小空气污染颗粒的接触如何加速痴呆恶化等方面。

“Art Toga博士的研究已在探索阿尔茨海默病患病原因领域实现了惊人的跨越。Toga带领的研究机构已转型，引导了全球其他内科医生-科学家共同研究这一疾病。我们真的十分感激Toga博士和他的团队在阿尔茨海默病领域开展的前沿研究——随着人口老龄化的激增，这种毁灭性疾病对经济和人力带来了巨大的影响，这些研究实在太及时了。”

编辑：Zen Vuong

头图：Arthur Toga担任南加州大学Mark and Mary Stevens神经影像和信息学研究所所长。（摄影/Gus Ruelas）