本文发表于《大众科学》的前博客网络，仅反映作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点。
32岁的丹妮尔·巴塞特，在博士后研究一年后，当得知自己是2014年麦克阿瑟奖学金21位获奖者之一时，她只能表达毫无保留的惊讶。巴塞特是当年所谓“天才”奖中最年轻的获奖者之一，该奖项总额为62.5万美元。
在过去的12个月里，巴塞特一直担任宾夕法尼亚大学生物工程系的斯基尔卡尼奇创新助理教授职位。在此期间，她又接到一个惊喜的电话，通知她获得了斯隆基金会提供的5万美元资助。
可能吸引评委的是巴塞特对跨学科研究的着迷，她运用复杂系统理论和其他数学工具来揭示构成人类大脑中纵横交错的网络的数万亿连接的复杂运作机制。
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她来自宾夕法尼亚州一个价值观保守的家庭，在雷丁医院护理学院开始了她的学术生涯。但她——以及那里的老师们——很快意识到她在护理学方面犯了错误。巴塞特非常想念运用她在物理和数学方面的杰出才能，这在高中时就已经显现出来。
她离开了护理学院，转到宾夕法尼亚州立大学，在那里她获得了物理学本科学位，然后前往剑桥大学攻读理论物理学博士学位。巴塞特已经着手帮助创立一个新的子学科，称为动态网络神经科学，以绘制连接的脑细胞不断变化的开启和关闭活动。
以下是对巴塞特的编辑后的采访。
《大众科学》：维基百科中“图论”的条目没有提及大脑或神经科学，尽管它确实谈到了该理论对计算机网络和语言学的重要性。您能否简要解释一下什么是图论，以及为什么它可能是帮助神经科学领域向前发展的必要技术之一？
丹妮尔·巴塞特：图的研究是节点通过边连接的研究。图的另一个名称是网络。从数学上讲，图论是理解这些图或网络的结构的领域。它纯粹是数学的一个分支。它与神经科学无关。
但是，在过去的几十年里，人们越来越认识到大脑可以被描述为一个网络。它由可以表示为节点的各个部分组成。它们之间的相互作用可以表示为边。我们研究小组的问题是如何理解这些边的配置，从而更好地理解认知功能。因此，图论是一个非常适合大脑这类系统的领域。
《大众科学》：近年来神经科学最重要的发现之一是，当大脑似乎什么也没做时——科学家甚至称之为静息态——大脑中仍然发生着很多事情。但是这项研究已经扩展，现在看来人们开始谈论网络在解释大脑在做诸如听力或记忆等事情时所发生的事情中的作用。您能谈谈这方面吗？我们是否越来越接近于了解大脑不同部分如何协同工作的理论——无论是在我们做诸如下棋之类的事情时，还是在睡眠时真正处于休息状态？
丹妮尔·巴塞特：人们肯定越来越认识到，静息态可以被视为一个功能网络。在过去的一两年，最多三年里，我们已经真正能够开始通过探索大脑执行的数百万种不同任务是如何以不同类型的网络为特征的来提出更多问题。我的团队关注的是将大脑视为一组动态网络。它实际上不是以单个网络或单个图为特征的。它的特征是网络不断地根据大脑正在做的事情重新配置。这些是该领域前沿真正令人兴奋的问题，这些问题是：大脑如何重新配置？重新配置的约束是什么？我们如何操纵或优化这些活动？以及我们如何预测对我们的行为重要的变化？
《大众科学》：您所做的一项研究引起了一些关注，该研究表明，在这些网络之间切换神经活动的能力等同于一个人的学习能力。您能否解释一下这项研究表明了什么，以及当您谈论您所说的网络灵活性时，您指的是什么？
丹妮尔·巴塞特：网络灵活性是一种衡量指标，它可以告诉您一个大脑区域在网络中多久改变一次对另一个伙伴的忠诚度。大脑的工作方式是，大脑的不同部分倾向于在不同的时间点相互协调。你可以想象这有点像跳舞。如果你参加集体舞，你会先和一个舞伴跳一会儿，然后你会换一个舞伴跳。
大脑区域与其他伙伴之间的切换次数代表了网络的灵活性。我们能够证明，网络非常灵活（并且经常在其他区域之间切换伙伴）的人比网络灵活性较差的人学习得更好。灵活性是由多种因素驱动的。其中一些可能在心理层面上与改变学习策略的人有关。经常尝试不同策略的人比只坚持同一种策略的人更容易学习。
我认为我们的工作肯定强调了这样一个事实，即网络的重新配置比以前想象的要多得多。以前的工作实际上主要集中在捕捉被认为代表单个任务的单个网络。
《大众科学》：这项工作在医疗环境中是否有一些意义？您的研究是否有助于解释为什么其中一些网络在精神分裂症和其他疾病中会出错？
在精神分裂症中，我们实际上发现网络的重新配置速度比它们可能应该的要快。我们认为这可能对该疾病中发现的思维混乱症状有影响。我们还认为，我们的一般结果对于中风后的康复非常重要。它们为我们提供了增强康复的生物学目标。
《大众科学》：这些方法也可以用于模拟有趣的社会环境，例如人们在紧急情况下疏散的效率，以及与社会环境无关的事物，例如颗粒材料的特性？这些其他领域也能为我们深入了解大脑提供帮助吗？
丹妮尔·巴塞特：它们当然可以。物理系统非常有趣，因为它们帮助我们思考网络是如何嵌入到空间中的。大脑网络是另一个嵌入式系统，因此我们非常感兴趣地了解三维空间内的物理约束如何在神经连接的重新配置过程中发挥作用。正如颗粒材料中的粒子会对附近的粒子施加力一样，大脑的各个部分也倾向于连接到物理上靠近的其他部分。
《大众科学》：在您继续您的职业生涯时，您想回答的一些重大问题是什么？
丹妮尔·巴塞特：我想了解当我们在日常生活中使用大脑时，大脑中存在哪些网络重新配置，以及我们如何干预以优化神经系统疾病中的这些重新配置。我所称的动态网络神经科学新兴领域是我希望在未来几年帮助建立的领域。
图片来源：宾夕法尼亚大学