摘要：2025年5月1日，斯坦福大学与霍华德休斯医学研究所的骆利群教授及其团队在Science杂志上发表了题为Dimensionality reduction simplifies synaptic partner matching in an olfactory
从北大物理的理论求索
到洛克菲勒、斯坦福的脑科学前沿探秘
再到毅然选择回到故土
吕程的人生轨迹宛如他研究的神经元轴突
在多维空间中精准导航
最终锚定于一个充满使命感与无限可能的新起点
2025年5月1日，斯坦福大学与霍华德休斯医学研究所的骆利群教授及其团队在Science杂志上发表了题为Dimensionality reduction simplifies synaptic partner matching in an olfactory circuit的文章，研究首次揭示果蝇嗅觉环路通过“降维策略”将突触配对问题从三维空间简化为一维线性搜索，为神经环路发育的普适性原理提供了关键证据。北大校友吕程是论文的共同第一作者。2026年1月，他将回到祖国，全职加入西湖大学，开启新的科研征程。
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大脑会“降维”：果蝇嗅觉环路中的优雅解法
大脑，被誉为“三磅宇宙”，其神经环路的奥秘是生命科学中最引人入胜的谜题之一。大脑神经环路的精确组装依赖于轴突与树突的精准配对(Synaptic partner matching)。在复杂的三维大脑中，生长中的轴突如何在众多选择中准确找到合适的配对对象？在许多脑区中，潜在配对对象分布在整个三维空间，轴突就需要在三个维度上上精准导航并识别所有可能的配对对象。有没有方法可以简化这个过程？
吕程参与的这项研究，以果蝇嗅觉系统为模型，巧妙地回答了这一难题。果蝇触角叶（Antennal lobe）中，大约50种嗅觉受体神经元（ORNs）与投射神经元（PNs）形成一对一精准的突触连接（Glomeruli）。这些突触球在三维空间中分布复杂——部分位于表面，部分深埋内部。“我们发现了一个反直觉的现象”，成年后位于触角叶内部的PN树突，在发育早期会延伸至触角叶表面。通过标记和定量分析，研究团队发现，几乎所有类型的PN树突，无论其最终归宿在何处，都会在发育的某个阶段将其部分“触手”伸展到触角叶的二维表面。并且，它们在表面的定位与其成年后的三维位置存在着显著的对应关系。“我们做出一个假设：触角叶表面可能扮演了一个二维的‘临时舞台’，”触角叶表面是一个二维的“临时舞台”，所有的PN树突先在这里完成初步的定位和信息交换，为后续的精准匹配奠定空间基础。
随后的实验进一步证实了这一“降维”假设。研究者追踪了不同ORN轴突的发育路径，发现它们会沿着触角叶表面独特的弧形轨迹行进，这意味着二维的平面搜索被进一步简化为沿着特定轨迹的一维线性搜索。而这些ORN轴突的轨迹，恰恰与其对应的PN树突在表面的延伸区域高度重合，如同约定好一般。为了进一步探究降维机制对神经元精准配对的影响，他们通过基因操控改变ORN轴突轨迹，干扰与其对应的PN树突的表面相遇。而这时，神经连接发生错乱，PN树突或“滞留”表面，或“迷路”连接了错误的ORN。
团队设计了一套“轨迹-错配”定量实验：通过组合调控多种细胞表面蛋白的表达，使VA1d-ORN轴突轨迹发生不同角度的偏移。结果显示，轨迹偏移程度与突触配对错误率呈线性正相关。例如，当VA1d-ORN轨迹逆时针偏移15°时，约40%轴突错配。这一规律在4种ORN类型中均成立，直接验证了“一维线性搜索”模型的普适性。
这项研究的意义，远不止于果蝇的嗅觉系统。它揭示了一种简洁而高效的大脑发育策略，挑战了以往认为神经网络连接依赖大量冗余分子机制的传统观点，推动了更多关于背后分子机制的研究和理解。
吕程在MIT作报告
从物理到神经：北大播下的“跨界”种子
吕程与科学的缘分，始于对物理学的热爱。高中时期的物理竞赛，让他“深刻感受到了经典物理的魅力”，并因此进入了北大的国家集训队。在燕园浓厚的学术氛围中，物理学的严谨与深邃进一步塑造了他的思维方式。
一次前沿科学系列讲座中，北大物理学院欧阳颀院士的报告，为他打开了新世界的大门。“欧阳老师讲述了如何用理论模型刻画图灵斑图等生物系统，以及对心脏螺旋波的理解。那次报告不仅让我感受到了生命科学的魅力，也清晰地展示了物理和数学的思维如何为理解生命问题提供独特且重要的角度。”这颗种子一旦种下，便迅速生根发芽。吕程决心转向生命科学研究。在北大的硕士阶段，成为他学术生涯中一次重要的“转型加速”。他首先在李方廷老师的指导下，与数学学院的李铁军老师合作，完成了计算生物学方面的工作，这为他打下了坚实的数理基础。随后，李方廷老师支持吕程在欧阳颀老师的实验室沉浸式学习实验生物学。“李老师给予了我完全灵活的培养模式，欧阳老师实验室的经历则为我博士期间能够迅速上手生物实验打下了至关重要的基础。”吕程回忆起在北大的岁月，充满了感恩。
吕程（左三）硕士论文答辩合影
正是这种在北大物理学院所接受的系统性思维训练，以及之后在生命科学领域的交叉探索，赋予了吕程独特的科研视角。他坦言，物理学的背景，成为他在神经科学研究中披荆斩棘的“利器”。
“首先是系统性的思维方式。”吕程解释道，“比如面对同一个生物系统，生物背景的学者可能更关心某个基因的具体功能，而我则更倾向于思考多个基因如何协同作用，遵循怎样的规律。这种视角的差异，往往会引导我们走向不同的研究路径和发现。”其次是整合多学科的能力。“物理学的训练让我习惯于不断接触和吸收新的学科知识，从计算、建模到工程学，再到生理学、行为学、遗传学等等。从多个角度思考同一个生物学问题，尤其是在复杂的神经科学领域，往往能带来独特的洞见。”
当然，转换赛道并非一帆风顺。“学科壁垒是真实存在的挑战。”吕程坦言。
“一方面，要挖掘自己原有学科背景的独特优势，将其转化为与新领域碰撞的火花，与新团队成员形成共赢；另一方面，必须以谦逊的心态拥抱新学科，学习其特有的思维范式，并努力将其融入自己已有的知识体系。”
这种“跨界”的勇气与能力，正是北大“思想自由，兼容并包”精神的生动体现。燕园的沃土，不仅孕育了深厚的专业知识，更培养了学生勇于探索未知、敢于突破边界的品格。
从洛克菲勒到斯坦福：走进科研的“无人区”
怀揣着对生命科学的向往，吕程远赴重洋，进入美国洛克菲勒大学攻读神经科学博士学位。最初，他计划从事癌症研究，然而，命运的奇妙安排让他与神经科学不期而遇。“当时洛克菲勒大学能接收新生的癌症研究实验室不多，而那里的神经科学研究非常顶尖。”吕程坦言，Gaby Maimon教授实验室的研究课题——果蝇的空间认知与导航机制——让他产生了浓厚兴趣。“在此之前，我对神经科学的了解其实非常少。”
这看似“无心插柳”的转向，却为吕程打开了一扇全新的大门。洛克菲勒大学，这所诞生了众多诺贝尔奖得主的学术殿堂，以其极其丰厚的科研资源和浓厚的学术氛围，为吕程提供了尽情探索的舞台。
博士期间吕程作为第一作者在Nature发表的文章
之后，吕程加入斯坦福大学骆利群教授的实验室，继续在果蝇模型中探索神经网络的发育组装原理。从大脑如何行使认知功能，到大脑的神经网络如何在发育过程中精确连接，吕程的研究兴趣始终聚焦于神经科学的核心问题。他敏锐地意识到：“将大脑的发育和功能研究有机地融合在一起，对于理解像自闭症这类由多基因通过影响大脑发育进而改变认知功能的神经性发育疾病，至关重要。”
谈及在海外的学术环境，吕程表示与北大相比“并没有感到大的不同，都让他感觉很舒服。总有很厉害的同学和令人钦佩的老师，这让自己的心态比较平稳。” 但他也坦言，博士博后期间科研资源极其丰厚，让他印象深刻。“在北大的训练让我有底气去努力尝试任何我想做的事情，而海外的经历则让我看到，有太多的机会可以通过自己的努力去抓住。”
吕程进行膜片钳实验
在科研的征途上，不确定性是永恒的伴侣。“时常会伴随着一种感觉，你永远不知道正在进行的实验能否成功，想要发现的现象是否存在。”吕程坦诚地分享着科研中的不确定性，“比如在发现之前，我们并不知道果蝇大脑是否有神经元记录自身的运动方向，也并不知道是否能够通过遗传操控改变神经网络的连接。”他认为，这种“新鲜的恐惧感”既是探索前沿的标志，也是激励自己克服重重挫折的动力。“要学会更广阔地布局实验计划，提高发现新事物的概率；同时，也要丰富科研之外的生活，从中汲取力量，以应对科研上可能出现的重大挫折。”
归燕之心：在更壮阔的土壤上培育科学的果实
“虽说科学无国界，但科学家有自己的祖国与文化归属。”吕程的言语中透着一份清醒与笃定，“回到祖国发展，对我而言，是一个经过深思熟虑且非常坚定的选择。”他坦言，从十年前赴美读书开始，中美两种文化的冲击与比较，在他心中从未停止。“从最初敞开心扉去接收和了解美国文化，慢慢转变为对两种文化的不断比较和思考。现在，我更确定自己坚定地拥抱和认同我们中国谦逊内敛而又博大厚重的文化底蕴。”
这份文化认同，与国内科研环境的日新月异、蓬勃发展形成了强烈的同频共振。吕程在比较中美两国教职工作机会时发现：“作为即将建立实验室的年轻学者，中国和西湖大学能够给我提供的支持，超过了美国一些（甚至是绝大多数）顶尖大学。”他眼中闪烁着光芒，“中国未来的经济前景、现有的优质科研团队、年轻的人才储备以及深厚的文化底蕴，都是我选择回国发展的信心源泉”
当他将回西湖大学的决定告知一位美国导师时，导师回信说：“我认为能和一个充满活力的团队一起去一个年轻的地方共同打造它的声誉是件很棒的事。”这番话，无疑更加坚定了吕程的选择。“与其去比较哪边的果子更甜，”他用了一个生动的比喻，“不如去考虑哪边的土壤能够让自己培育出更壮硕的果树”。
对于即将开启的新征程，吕程希望自己能够作为一个桥梁，把美国的科研氛围有机地融合进中国特有的环境中。“我觉得这将是一个漫长且渐变的过程，需要不断地努力。”而更让他感到兴奋和幸福的，是“迫不及待地想要开始培养下一代科研人才。”
回顾自己的求学与科研之路，吕程对母校北大怀有深厚的感情。他认为，北大给予他的不仅是知识，更是一种影响深远的思维方式和人生态度。
“如果把个人每一阶段的求学看成是战术上的选择和执行，那对下一阶段的选择更像是战略上的把控。”他如此说道，“在当今这个加速变化的世界中，面临人生大的选择时不要过于依赖经验性的趋势，要相信自己的思考去做出无悔的选择。”
从燕园到斯坦福，再到即将启航的西子湖畔，吕程的科研路径，充满了探索、跨越与突破。也相信，这位胸怀“物理思维”的神经科学家，将继续以其独特的视角观察生命的精妙，用他精湛的技艺探寻认知的奥秘，在祖国这片日益肥沃的科研沃土上，悉心培育出更多属于中国、也贡献于世界的科学硕果。
个人简介
吕 程
北京大学物理学院2008级校友，于2012年获得物理学学士学位，2015年获得物理学硕士学位，开发数学计算模型分析基因表达网络的波动。随后在美国洛克菲勒大学学习，于2021年获得神经科学博士学位，研究果蝇对于空间认知的神经原理。2021–2025年于斯坦福大学生物系完成博士后训练，研究果蝇神经网络在发育过程中的组装原理。曾获奖项包括Stanford Science Fellows Fellowship，Kavli NSI Pilot Grant，中国奥林匹克物理竞赛金牌等。主要工作发表在Nature、Science等期刊。将于2026年1月全职加入西湖大学，任特聘研究员，博士生导师。
来源：全国党媒信息公共平台