斯坦福19年博士，SUFER | 高文智：从上财到斯坦福全奖博士，找到探索科研秘境的钥匙 -乡土传情

上海财经大学信息管理与工程学院与时俱进，构建了以现代信息技术和数据技术为基础，以与国际接轨的算法科研能力为支撑，辐射电子商务、管理科学、信息管理系统、金融科技、现代计算机技术等多个领域的交叉知识体系，培养将人工智能、信息技术、数据分析、优化算法等能力与财经素养相结合的具备卓越创新能力和国际视野的高级复合型人才。过去十年，已有60名来自上财和清北华五等多所高校的本科生在学院老师们的指导和帮助下，走向世界各个名校，如麻省理工学院，斯坦福大学等攻读博士，从事学术研究之路。

近几年疫情等因素叠加给学生们的科研进程带来更多的不确定性，进阶之路变得难上加难，但学院老师们从未停止对学生的帮助和鼓励，从理论指导到心理疏解，为学生倾注更多的心血。2023年，高文智同学成为上海财经大学历史上首个本硕自我培养，被斯坦福大学录取的全奖博士。

高文智

高文智，上海财经大学信息管理与工程学院第四届试点班本科毕业生，此后高文智跟随葛冬冬教授攻读硕士学位。在攻读硕士期间，高文智受到了葛冬冬教授和叶荫宇教授的悉心指导，在本科期间以及攻读硕士的两年间，与导师以及邓琪，江波，刘慧康等多位教授合作，完成了多篇国际高水平论文，并完成了HDSDP高性能半正定规划开源软件的开发。高文智硕士期间的研究方向一是针对大规模问题的数值优化算法实现，二是随机优化算法的分析。2023年，高文智凭借突出的科研能力获得了斯坦福的青睐，被斯坦福大学录取为全奖博士。将于2023年9月赴美攻读博士。

交叉科学研究院

上海财经大学交叉科学研究院于2016年末成立，由信息管理与工程学院主持、多学院联合建设，秉持对标世界一流的发展理念及人才培养模式。致力于：1，建设一个真正的国内外高水平科研交汇的中枢，国际高水平学者交流的象牙塔。2，强调运筹优化、统计与机器学习等方法论基础和计算机实现能力，以及与运营管理、信息科学、金融科技等多个学科的结合应用。3，重视产学研结合，重视解决实际问题的能力培养。

斯坦福大学ICME

斯坦福大学( ) ，作为超一流联盟HYPMS中最年轻的一员，坐拥硅谷黄金地理位置，84位诺奖获得者，培养了众多高科技公司的领导者，包括惠普、谷歌、雅虎、耐克、、思科及等公司的创办人。

ICME ( for & ) ，于2004年组建，是以1989年设立的以科学计算和计算数学专业为基础成立的研究所，专注于数学、计算机、工程和应用科学的交叉学科研究，学位项目和科研都与产业有很强的联系。研究所下设 track, Data track, Track, Track, and (MCF) track 和PhD方向。其中，ICME博士生通过矩阵计算、优化、随机、离散数学和偏微分方程课程，以及不同领域的研究，培养对计算数学的深入研究。毕业生在工业、国家实验室和学术界找到杰出职位。

交叉科学研究院：打开科研之门的钥匙

高文智是交叉科学研究院第四届试点班的学生，说起进入交叉学院试点班的经历，他用“惊险”来形容。开学前他看到交叉科学试点班的招生信息，被20个人的小班教学、学术大咖和名校毕业的优秀教师组成的精良师资、丰富的教学资源和前沿的课程体系所吸引，尤其是看到不少学长学姐等前辈毕业后都去读博，他抱着试一试的心态参加了考试。高文智回忆道，“试点班招生考试时，我数学考得刚及格，所幸入学英语考得还行，进了复试。面试的时候葛老师安慰我说进不了也没关系，试点班的课程之后也会给其他专业开。原本计划招20个人，我在名单上排第25名。当时我觉得肯定没戏了，结果晚上收到了录取通知。听说最后是临时扩招了5人，我才勉强最后一名进去。当时我就想这个机会太难得了，就觉得一定要好好学。’’

进入试点班后，高文智的初印象就是多元化，“试点班是面向全校招生，我来自信管学院的电子商务专业，其他同学有来自金融、统计学院的，背景很多元。”

交叉科学试点班班主任葛冬冬老师和学生合影

高文智认为交叉学院的课程设置和教学资源都是一流的，许多老师都是国外名校的海归博士，在课程中常引入最前沿的知识。说起印象最深刻的课程，他说道，“大二葛冬冬老师开的《线性与非线性规划》，覆盖了从运筹学、数学规划、计算机科学等许多领域的内容斯坦福19年博士，SUFER | 高文智：从上财到斯坦福全奖博士，找到探索科研秘境的钥匙，虽然课程难度很大，但帮助我了解了很多交叉领域的知识。还有大三开的《管理科学前沿》，这门课的期末作业要求我们找交叉学院的老师合作一个课题。通过这门课，我第一次正式接触科研，初步了解了科研的过程，同时也开启了与各位交叉学院老师的合作。”

对高文智来说，在交叉学院的学习中面临的最大的挑战是适应课程节奏和难度。试点班本科生的课程从难度和广度上都已经达到研究生水平，开始时会不太适应。但是当适应交叉学院的节奏后，大三阶段就已建构了科研的知识体系，对大四进行科研有极大助益。高文智说道，“我最骄傲的事情就是适应了交叉学院的节奏。我是以最后一名进入试点班的，但后几个学期综合排名在班里进了前三。”

高文智认为交叉学院最大的优势在于师资力量。叉院在数学规划、数值优化、运营管理和统计、机器学习这些领域均拥有一流的师资，老师还会亲自教授一些基础课程，比如线性代数、数理统计。老师上课时不会局限于课本，会引入前沿的实践知识。高文智进一步说道，“何斯迈老师在上线性代数课时，教授的矩阵分解求解线性方程组的内容帮助我在后续的数值优化算法研究打下了基础。”同时，交叉学院注重编程能力培养，大部分的课程都需要学生使用程序对上课内容进行实操，对后续的科研或工作帮助很大。

高文智提到，交叉学院的学生时刻浸润在国际化的培养氛围中。他印象深刻的是，学院的国际暑期课程会邀请来自海外名校的一流国际学者开设课程，帮助他拓宽了学术视野。除此之外，交叉学院为学生提供与国外教授及 PhD 学生的科研合作机会，帮助学生深入了解国际学术交流与合作，也为后续申请PhD项目做好了准备。

暑期国际大师系列授课-美国工程院院士Peter Glynn

鲁棒优化创始人教授为学生授课

攻读硕士学位期间，高文智受到了葛冬冬教授和叶荫宇教授的指导。他提到，跟葛老师、叶老师在科研中的交流比较频繁，通常每周进行1-2次汇报。老师们会对科研进展给予评价和指导。高文智表示，“叶老师在科研上的直觉通常很准，往往他提出一个想法，我们验证后发现实际情况确实是这样。”

在本科期间以及攻读硕士的两年间，高文智与导师葛冬冬以及邓琪，江波，刘慧康等叉院的多位教授合作，完成了多篇国际高水平论文。谈及与老师们的合作，高文智坦言，邓琪老师算是自己在随机优化领域的引路人，他每周会参加邓老师组织的优化研讨班。跟江波老师的科研合作主要是一些需要最终实用化的算法研究和改进，江老师对实验结果的准确性要求很严格，帮助他培养了对待科研严谨的态度。同刘慧康老师的合作始于最近的一个线性规划求解算法项目，他们形成颇有默契的互动，高文智通过数值实验给理论提供一些直觉，刘慧康老师则在理论上为他的实验提供建议。

学院注重培养学生的实践能力，为学生拓展实习机会。高文智从大三下学期开始在杉数科技实习，至今已有三年的实习经验。高文智解释道，“前两年主要是在做运筹优化相关的项目，了解了各个领域的优化问题，也熟悉了求解器这一数学软件。最近一年，我进入了杉数科技的 COPT 求解器组实习，认识了数值优化领域的专家，为现在的研究提供了参考。”

从上财到斯坦福：追赶天才的过程，时常发现自己已翻越一座座高山

高文智一开始申请斯坦福的时候，对于能否成功内心也不是很笃定，当时觉得直读斯坦福博士的几率比较小。他同时还申请了 MIT（麻省理工学院）、（康奈尔大学）、NUS（新加坡国立大学）和（爱丁堡大学），最后收到了和的 Offer斯坦福19年博士，接受了斯坦福的offer后，获悉进入了 NUS 的。他坦言，选择，除了名校光环以外，还因为在斯坦福的ICME 研究方向具有极大的自由度，对于有不同研究兴趣的人比较友好。叶荫宇老师也曾鼓励他，认为的 ICME 比较适合他的背景。

2 月初，收到了的面试邀请，得知自己进入了最后的选择名单，高文智说道，他当时是非常激动和紧张的。他解释道，“ICME 的面试分成两轮，第一轮是 ICME 项目的负责人面试，主要是介绍之前的研究，当时我概述了一下过去主要的研究经历。第二轮是 ICME 的教务秘书面试，会问一些个人相关的问题。”回想整个申请的过程，高文智认为最痛苦的是语言考试，“由于疫情，托福和 GRE一直拖到 9 月都没考完，因为 11 月就要申请了，我 10 月初花了两周突击考了语言，还好最后还是考出来了。”

谈起博士期间的科研计划，高文智表示，“ICME 的科研方向非常广，从数值计算到优化、统计各个方向均有。PhD 的第一年主要是上课和在各个导师的组里做轮换，在二年级确定研究方向，也可以灵活调整。”

高文智坦言，他认为自己不是天才，但是他从不轻言放弃，“在叉院我见过有不少天才，也见过许多既有天赋又极其勤奋的人。他们中很多人到达的高度我自知难以企及，但因此放弃未免太过遗憾——在追赶天才的过程中，我常常发现，自己正站在过去觉得遥不可及的地方。”

保持好奇，探索科学秘境

谈到如何逐步确定自己的科研方向，以及是兴趣重要还是学界的研究主流趋势更重要时，高文智表示，首先是从兴趣出发，交叉学院在方向选择上给予了学生充分的自由度，“学生阶段没有什么硬性的论文要求，大部分研究方向是根据自己的兴趣决定的，当然也不能和组里的方向偏差太大。我的研究方向主要集中在线性规划、锥规划等的数值算法及实现上，在整个优化领域还是相对比较小众的。”

高文智谈到，“对我影响最大的肯定是叶荫宇老师，我非常有幸能够在过去两年多的时间里接受到叶老师的指导。在我目前研究的内点算法领域，叶老师可以说是世界上最具影响力的学者之一，在我查阅文献时基本翻到引用部分每次都能够看到叶老师的文章。我在叶老师写的一篇文章中看到过这样一句话：“My are when come into my and tell me they have found eye-, that they’ve a .”，这也是我希望能够有一天达到的目标。”

当外部环境面临经济衰退、竞争激烈、科技发展带来的技术变革等不确定性的时候，高文智认为还是要提升专业的认知并熟练地掌握某种技术，“随着对一种技术探索的深入，人的大脑会产生某种直觉，这些直觉比较难用语言表达，但对从事这个行业的人来说很可能是至关重要的，同时我认为也是机器短时间内没有办法取代的。”

谈及博士毕业后续的职业规划，关于是否要在大学拿到一份教职，或在科研机构继续做科研，还是进入企业，高文智表示，“目前还不确定，要看 PhD 读下来是什么情况。”

对于学院仍处于本科或硕士阶段的学弟学妹们，高文智表示，英语能力会对阅读文献有很大的帮助，“如果选择留学的话，建议语言还是尽早考，我是拖到去年十月花了两周考的，体验比较糟糕。”此外，高文智认为在优化领域，良好的代码能力及工程化能力是一个很大的加分项。在做科研的过程中，注重效率是很重要的，“在科研中比较怕的就是拖延症了，一是会给合作者留下不好的印象，二是有些想法如果不快点尝试可能就被别人做掉了。”

导师葛冬冬的评价：从采访里可以看到，高文智同学是非常谦虚谨慎的。从我们过去六年的相处和观察来看，他一直都非常地刻苦努力。比如前几天我们邀请芝加哥大学一位学者来做讲座，讲座完了以后的招待晚餐，发现就缺了他一个。仔细一问，发现他听了报告以后大受启发，饭也不吃就奔回实验室继续实验了。从他身上，我能深刻感受到“才能是持久的韧性”这句话的意义。叶荫宇教授一直对他赞许有加，称赞他在数学原理深刻理解和代码工程能力充分结合方面具备独特天赋，在中国学生里是极其罕见的。我们也对他的未来发展充满了信心。

图文 | 张晓碧

来源 | 信息管理与工程学院

斯坦福博士后，专访｜周欣：迄今最完整的人类微生物组计划蓝图

2024年3月12日，美国斯坦福大学 P. 院士团队（周欣博士和申小涛博士作为共同一作）以封面文章的形式在Cell Host & 发表题为 of the at four body sites core and and 的重磅研究。（查看热心肠日报短科普）

Cell Host & 封面

（2024年4月刊）

该研究作为整合人类微生物组项目（iHMP）的重要组成部分，完成了迄今最完整的纵向人类微生物组计划蓝图。它详细阐述了人体不同部位的微生物组在6年跟踪期内的稳定性，并且利用多组学数据，进行了针对微生物-免疫、微生物-代谢、微生物-临床指征等一系列整合分析。

热心肠日报特别专访第一作者、美国斯坦福大学医学院院士课题组成员周欣博士，深入解读iHMP研究，分享背后鲜活的科研故事。

专家访谈

Q：祝贺周博士发表重要成果！这项研究是美国整合人类微生物组项目（iHMP）的一部分，可否请您先介绍一下iHMP的具体情况？这项研究在iHMP中的定位是怎样的？

周欣博士：非常荣幸能够有机会借助热心肠研究院的平台交流我们的工作。

2000年前后斯坦福博士后，专访｜周欣：迄今最完整的人类微生物组计划蓝图，人类基因组计划完成以后斯坦福博士后，全球顶尖测序机构都在寻求能够释放如此大量测序能力的课题，各国先后开展了包括1000人基因组、模式动物基因组测序的一系列工作。

2007年，美国国立卫生院在的建议下，启动了人类微生物组计划（HMP）。第一期计划希望能够通过对人体微生物组进行测序和拼装，找到人类微生物组的“黄金标注”。第一期招募了大约300名年龄在18~40岁的健康志愿者，在18个不同的身体部位对将近1.2万个微生物组样本进行了深度测序。然而事与愿违，并没有找到一个对所有人都适用的、具有普遍性的健康微生物组图谱。

2014年，美国国立卫生研究院希望通过对微生物组的跟踪，比较在特定疾病下的微生物人体动态互作，了解微生物组失调是否参与慢性疾病的发生和发展。当时锚定了3类疾病，分别是炎症性肠病、前驱糖尿病和早产。

与第一期不同的是，第二期HMP计划在微生物组的基础上，要对宿主同时进行深度测序。在人类多组学领域有丰富研究经验，发明并改进了包括RNA-seq、ChIP-Seq、ATAC-Seq的斯坦福大学遗传学系主任院士，在2014年加入第二期HMP的工作，这项工作被命名为“整合人类微生物组计划”（ Human ，iHMP）。

两期HMP共耗时10年，耗资2.15亿美元（数据来源：NHGRI），产生近650篇高水平研究论文，被引超过7万次，极大推进了人类对共生微生物的认知，开启了延续至今的一个全新研究领域。

Q：请您讲讲这项研究背后的心路历程，以及与您的博士导师、iHMP研究的牵头人院士的故事？

周欣博士：这个工作得益于我的博士导师院士、博后导师院士的常年合作和对我的悉心指导，我想趁这个机会讲讲这项工作背后的故事。

引领我走上微生物组研究之路

我和相识是在微生物学的课堂上，当时他在介绍微生物组的工作，恰逢人类微生物组计划第一批数据发表，介绍完这批数据的产生和用途后，他故作神秘地笑着说：“大家知道吗，其实我们研究微生物组和它的功能，解释了很多以前无法解释的神奇现象。比如中医里，药材的产地导致药性的不同，很大程度上是由产地环境微生物组差异所导致的发酵过程差异引起的。” 这个理论让我感觉大为新奇，课间就去找他讨论，他说: “欣，不如你来我的课题组做一篇博士论文，我保证你能对微生物组有新的认识！我对中医的了解，大多是好友赵立平教授（现新泽西大学应用微生物系主任）告诉我的。这真神奇，我们应该研究它！”

图1 院士

2014年，我加入了课题组，攻读博士学位。正值美国国立卫生院启动人类微生物组计划第二期的数据采集，着重研究肠道微生物对糖尿病、炎症性肠病和早产的影响。

进入课题组后，我开始学习基础的分析和实验技能，因我有一些实验基础，上手很快，但是生信分析总是很难提高。当时实验室的师兄师姐们，手把手地教我做分析。我经常坐在陈磊师兄（现上海交通大学教授）身边，看他编译代码。

课题组的最初几年，我们刚刚开始样本收集工作，并没有开展大规模的测序和分析，我总是和讨论我应该做点什么，并且表达对文章和毕业有些焦虑。某天中午吃饭和闲聊，他说：“你应该做你觉得好玩的课题，不用太把文章和毕业放在心上。科研必须由兴趣驱动！”

渐渐地，我开始探索一些“好玩”的方向。我们观察了很多有趣的微生物组，比如病毒感染对肠道细菌的影响（ & Zhou，et al. Fron Immu，2017），母鼠如何把肠道菌通过母乳传递给子代（Zhou，et al. ，2017），以及他当年上课提到的，不同产地的中药材的环境微生物组对比（Xia & Zhou，et al.BMC ，2019）等等。

通过这样的简单观察，我很快进入了角色，并且逐渐参与了生物统计学工具的开发（Yang & & Zhou. Sci Rep，2019）。另外还有诸多未发表的观察，比如对FXR敲除小鼠（肠道屏障损伤模型）的肠道微生物组进行分析，竟然机缘巧合得到了该模型的权威 Mani教授的关注。Mani教授一眼就认出了我当年的研究，还用邮件发来当年我提交给的测序数据和研究报告，并提出指导我继续他和在8年前未完成的合作。

当这篇Cell Host &文章的数据采集工作还没有完成的时候，我在课题组已经开始着手进行一些简单的分析。我们观察到，在胰岛素抵抗的患者,几乎很难检测到Th17细胞相关的细胞因子，他们的肠道微生物多样性远低于正常人，并且体内缺乏梭菌纲的细菌。而在小鼠体内，梭菌纲恰恰是促进Th17细胞发育的。

我们觉得这样的巧合背后一定有相关的生物学原理，于是我提出了一个假设：在胰岛素抵抗患者，肠道缺乏梭菌的患者（约占糖尿病患者的6%）可以用补充梭菌来介导Th17细胞的发育，从而让这类细胞发挥修复肠道表皮的功能，并且修复肠道上皮可能是逆转胰岛素抵抗的关键驱动因素。

实际上，这类干预手段在小鼠已经取得了令人震惊的成功。于是我们提出了两个观点：第一，部分2型糖尿病患者携带因Th17细胞失活导致的免疫缺陷；第二，针对这类的患者，细菌移植疗法将会是一个很有前景的干预手段。

美国糖尿病协会杂志刊发了我们的研究（Zhou & .，2020），也让我开始真正对精准医学，尤其是大数据驱动下的个性化医疗产生了兴趣。这类的数据驱动，后来又让我发表了一系列基于共同细胞/分子表型（Yu & Zhou. ，2022）和并发症组（ & Zhou，et al. and ，2022）相关的疾病与精准医疗研究。

在文章发表之前，被确诊食道癌，起因是他在参加北京的肠道大会时晕倒，回到美国就进行了全面体检。噩耗震惊了整个课题组，所有人都为捏了一把冷汗。我和几位师兄师姐也商量好，这个关键时刻我们谁也不离开课题组，一起陪到手术结束。

图2 团队焦急等待手术康复后回归实验室

（摄于2018年8月15日，美国康涅狄格州杰克逊实验室）

手术一波三折，确诊后发现肺部的癌细胞转移了，在肺叶切除的手术中又感染了耐药金黄葡萄球菌。所幸手术还算成功，细菌感染也控制住了。回到实验室的第一句话就是：感染我的那个耐药菌，当年的基因组还是我完成的！我们听闻都笑做一团，阴霾也很快散去。

主动出击，去斯坦福做博后

很快到了博士第五年，当时我主要的工作还没有发表，正逢的博导David 院士（现首席科学家）来实验室参观，就鼓励我去介绍自己的工作，但是我上前支支吾吾。后来叫我去他办公室，严肃地对我说：“你的工作相当优秀，你应该敢于展示自己的工作，不要因为工作没有发表就畏缩。这会让David觉得你对自己的研究缺乏自信。”

我觉得自己怯场实属不该，然而刚刚才给David留下了这个印象，总不好意思马上联系他。于是就鼓起勇气向刚刚来组里访问过的院士发了一封邮件，介绍了我们尚未发表的工作，并且询问了博士后的职位。两小时后竟然收到了Mike的邮件，信里只有3句话：“非常欢迎你来做我的博士后！我了解你的工作，所以不需要面试。你什么时候来斯坦福报到？”我的博士答辩结束后，很高兴地说斯坦福的遗传学系是他当年做博士后的地方，我去那里做博士后，一定要多拍一些照片给他。

告别了, 我带着成堆的未知，准备去旧金山湾区开始博士后工作。无巧不成书，他当年博士后工作的实验室，和我将要工作的实验室仅一墙之隔。2023年我回康州拜访他，给他看了很多实验室照片，他都还清晰地记得当年每个座位上坐着谁，以及他们（我的各路师叔们）在斯坦福的轶事。临别时，对我说：“斯坦福的经历将是你最值得回忆的经历。所以到了湾区，你千万别一头扎进实验室，要多出去走走看看，多想想你的科研方向，你想做什么！当年我刚到斯坦福，就足足打了半年的高尔夫，直到湾区的雨季来临，我才开始我的课题。”这和我们复旦“自由而无用”的民间校训颇有异曲同工之妙。

后来到Mike课题组里报道，在周文郁师姐（现公司总监）的帮助下，我很快熟悉了环境。师姐当时完成了最后一批数据的测序和整理工作，再加上课题组的测序数据，构成了这篇Cell Host & 文章的完整数据集。当时去和Mike汇报数据时，他说：“你应该创造一个教科书式文章，让我们对这批数据的解读成为以后微生物组的必读文章之一。”为了不辜负他的期待，我阅读了几乎所有的相关论文，以至于最后这篇文章引用了将近300篇文献，几乎和我的博士论文持平。

Cell Host & 文章的研究心路

我当时想到的第一个出发点，就是菌群的长期稳定性。这个稳定性在动物模型中很难观察，因为动物实验环境相对固定。其他课题组对人类的肠道微生物稳定性做过一些基础的工作，但是多个部位菌群的稳定性，目前没有很好的定量研究，也缺乏和宿主联系的解读。

基于这个原因，我们引入了“核心微生物”的概念，即分析哪些微生物在6年的时间内总是稳定出现。我们发现在胰岛素抵抗患者，肠道核心微生物群的数量是显著下降的，缺失的部分主要是负责代谢产生短链脂肪酸的菌群；皮肤核心微生物群的数量反而上升，增加的几个核心微生物都是机会致病菌（图3）。而这种差异在正常人感染类似流感的病毒时也可以短暂观察到。

图3 4个身体部位微生物组的纵向分析