【正文】 胺神經(jīng)環(huán)路在視覺對聽覺調(diào)節(jié)中的重要作用； 7. 發(fā)現(xiàn)果蠅視嗅覺整合的位點；發(fā)現(xiàn)影響皮層時序?qū)W習(xí)與記憶效率的因素 ； 8. 初步闡明工作記憶和抉擇行為相關(guān)環(huán)路的連接方式，完善工作記憶和抉擇行為的神經(jīng)元環(huán)路模 8 型 ； 9. 了解果蠅蘑菇體內(nèi)各種類型神經(jīng)纖維之間的支配關(guān)系和聯(lián)系緊密程度，構(gòu)建計算模型預(yù)測這些行為對環(huán)路之間關(guān)聯(lián)緊密程度的依賴關(guān)系 ； 10. 揭示 Neuregulin1ErbB4 信號通路在癲癇發(fā)生發(fā)展中的作用， 確定過表達(dá) TRPC6 下調(diào) Aβ 的作用 ； 11. 確認(rèn) GAT1 的作用機理，明確在體情況下 BDNF 對 ASIC 的影響和對痛覺的貢獻， .找到精胺增強ASIC 的作用位點 。觀察到的模式動物在工作記憶和抉擇任務(wù)中的行為規(guī)律，完善工作記憶和抉擇行為的神經(jīng)元環(huán)路模型 ； 9. 觀察 kenyon神經(jīng)元軸突與用多巴胺、 octopamine、 GABA 等為遞質(zhì)侵入蘑菇體內(nèi)的神經(jīng)元纖維末梢的聯(lián)接規(guī)則及支配 關(guān)系 ； 10. 研究 敲除 ErbB4 基因的小鼠癲癇發(fā)生發(fā)展過程， 研究鈣離子是否介導(dǎo) RPC6 對 Aβ 水平的影響 ； 11. 研究 GAT1 敲除小鼠中前額葉腦區(qū) GABA 能緊張性電流；研究BDNFTrkB 信號通路對 ASIC 的影響，尋找 ASIC 上精胺敏化的位點。發(fā)現(xiàn) TRPC6 對 Aβ 水平的調(diào)控作用 ； 11． 確認(rèn) GAT1 敲除小鼠的精分表型，確定 BDNF 對 ASIC 的敏化調(diào)控作用 。 特異敲除 ErbB4 基因， 建立研究 Aβ 產(chǎn)生和積累的模型 ； 11. 研究 GAT1 敲除小鼠行為學(xué)表型，研究 BDNF 急性、慢性處理對 ASIC 表達(dá)及功能的調(diào)控作用 。主要 學(xué)術(shù) 骨干 對正常與異常神經(jīng)環(huán)路的分子機制研究已有多年經(jīng)驗。 創(chuàng)新點和特色 ： 從神經(jīng)環(huán)路的形成 與功能的層面來了解 腦 疾病 發(fā)病機理， 以期為 開發(fā)有臨床運用前景的預(yù)防與治療方法提供新思路。主要 學(xué)術(shù) 骨干在神經(jīng)元環(huán)路的實驗記錄與操縱、理論的模擬與分析等方面有多年的積累。 創(chuàng)新點與特色 ：從分子 、細(xì)胞、環(huán)路、到整體行為等多層次、 多 角度展開實驗和理論緊密結(jié)合的研究，揭示神經(jīng)環(huán)路實現(xiàn)工作記憶和抉擇行為的機理 ，以期進一步認(rèn)識其它 認(rèn)知 功能 的環(huán)路機制 。在理論分析方面，將以實驗 數(shù)據(jù) 為基礎(chǔ)，結(jié)合大規(guī)模的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的計算仿真， 揭示工作記憶和抉擇行為在神經(jīng)元環(huán)路上的計算 原理 。 課題四 工作記憶和抉擇行為的神經(jīng)環(huán)路基礎(chǔ) 本課題采用實驗和理論相結(jié)合的方法，圍繞工作記憶和抉擇行為的神經(jīng)環(huán)路機制展開深入研究。 創(chuàng)新點與特色 ：采用多種 模式 動物 ，從不同角度研究多模態(tài)感覺信息整合的原理；運用在整體果蠅、斑馬魚、大 /小鼠上的活體全細(xì)胞記錄技術(shù)與鈣成像相結(jié)合的手段，并引入光敏感離子通道激活和失活神經(jīng)環(huán)路的技術(shù)。具有相對成熟的神經(jīng)細(xì)胞生物學(xué)分析手段、工具病毒載體構(gòu)建技術(shù) 和光敏感離子通道激活技術(shù)。 可行性分析 ： 主要 學(xué)術(shù) 骨干在神經(jīng)元形態(tài)發(fā)生、突觸形成及神經(jīng)活動依賴的基因表達(dá)調(diào)控等方面有多年的 研究工作 積累 。 創(chuàng)新點與特色 ： 圍繞神經(jīng)元形態(tài)發(fā)生、突觸的形成及修剪機制，從細(xì)胞骨架、囊泡轉(zhuǎn)運、基因表達(dá)調(diào)控等多層次多角度 地 展開研究 。因此，本課題的執(zhí)行有充分的保障。成功獲得了多個 與 研究相關(guān)的轉(zhuǎn)基因小鼠品系。在實驗方法上， 擁有 非常成熟的單細(xì)胞遷移導(dǎo)向分析等獨特 技術(shù)。神經(jīng)元遷移和軸突投射的研究中，特別關(guān)注已知的神經(jīng)軸突導(dǎo)向因子對新生神經(jīng)元遷移發(fā)揮的作用 、 闡明相關(guān)的信號機制。 并 將 這兩個腦區(qū) 的研究結(jié)果相互參照，比較異同。 五 個課題的研究方案，依以下順序分別進行描述：環(huán)路 的 形成 → 環(huán)路的 功能 → 環(huán)路的 異常 。在神經(jīng)環(huán)路 的功能及可塑性方面，主要研究多模態(tài)感覺信息整合的環(huán)路機制；以及工作記憶和抉擇的環(huán)路基礎(chǔ)。這些課題緊密圍繞神經(jīng)環(huán)路的形成及功能展開研究。 通過高質(zhì)量的基礎(chǔ)研究 訓(xùn)練來 提高研究生 和博士后的科研素質(zhì) ， 為 中國 神經(jīng)科學(xué)后備人才的儲備作出貢獻。 6) 培養(yǎng) 學(xué)術(shù)骨干 的基礎(chǔ)科研能力，使之 成為他們所 在的研究領(lǐng)域中享有國際聲譽的科學(xué)家。具體表現(xiàn) 為對神經(jīng)環(huán)路的重要前沿問題有顯著突破，在神經(jīng)科學(xué)界取得領(lǐng)先地位 。 4) 五 個課題 有機聯(lián)系、 技術(shù)交叉 。 2) 在神經(jīng)環(huán)路功能及 可塑性 方面 ， 闡明神經(jīng)環(huán)路 電信號的產(chǎn)生與調(diào)節(jié) 機制 、 多模態(tài)感覺 信息 整合的突觸和環(huán)路機制 、 神經(jīng)環(huán)路存儲 和提取 感 覺經(jīng)驗中的 時序 信息 的突觸機制、 工作記憶和抉擇行為的環(huán)路 機制 和工作原理 。 力爭 在神經(jīng)細(xì)胞的產(chǎn)生和分化、細(xì)胞定位、突觸形成和 修剪 、感覺信息 的傳遞、 整合 與儲存、 工作記憶和抉擇的環(huán)路機制 、環(huán)路形成與功能的異常等前沿研究領(lǐng)域中 取得重要進展。 項目名稱： 神經(jīng)環(huán)路的形成、功能與可塑性 首席科學(xué)家： 蒲慕明 中國科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院 起止年限： 至 依托部門： 中國科學(xué)院 項目名稱： 細(xì)胞信號時空動態(tài)的前沿研究和關(guān)鍵技術(shù) 首席科學(xué)家： 王世強 北京大學(xué) 起止年限： 至 依托部門： 教育部 二、預(yù)期目標(biāo) 本項目的總體目標(biāo)： 在神經(jīng)環(huán)路層面上解析神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育、功能以及可塑性，同時了解 與 重要神經(jīng)系統(tǒng)疾病相關(guān)的環(huán)路 異常的 機制。 建立從微觀的分子 /細(xì)胞水平研究 與 宏觀的系統(tǒng) /行為 研究 之間的橋梁 。 五年預(yù)期目標(biāo) : 1) 在神經(jīng)環(huán)路形成分子機制方面 ，深入認(rèn)識神經(jīng)干細(xì)胞增殖、分化和命運決定的調(diào)控機制；揭示神經(jīng)元遷移的動力原理和導(dǎo)向機制；進一步闡明神經(jīng)元極化的胞內(nèi)外機制；探索神經(jīng)元樹突和突觸修剪的分子機制。 3) 在神經(jīng)環(huán)路 異常分子機制 方面 ， 將 重點研究 智障基因?qū)е掳d癇易感的環(huán)路 形成異常、抑制性突觸傳遞系統(tǒng)調(diào)控 與癲癇發(fā)生的關(guān)系 、離子通道失常對神經(jīng)元存活與突觸和神經(jīng)環(huán)路異常的作用 。將 充分利用團隊優(yōu)勢，在以上 三個研究方向取得 重要 科研成果 。 5) 開展 與臨床研究人員的 交流與 合作關(guān)系， 以擴展具有 臨床應(yīng)用前景 的基礎(chǔ)研究 。 建立 具有國際競爭力的創(chuàng)新型研究團隊。 三、研究方案 本項目由 五 個有內(nèi)在聯(lián)系的研究課題組成，每個課題由 34 個神經(jīng)科學(xué)研究所的研究組合作完成。在神經(jīng)環(huán)路的形成及可塑性方面，主要研究神經(jīng)元發(fā)生、分化和命運決定的轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控；神經(jīng)細(xì)胞遷移和形態(tài)發(fā)生的分子細(xì)胞學(xué)機制；突觸形成與修剪機制；并從分子細(xì)胞層次研究環(huán)路功能的調(diào)節(jié)機制。同時，將研究病理狀態(tài)下（包括癲癇、智障和老年癡呆）神經(jīng)環(huán)路的變化。 課題一 神經(jīng)細(xì)胞的產(chǎn)生、遷移與軸突生長 結(jié)合基因剔除、胚胎電場轉(zhuǎn)基因、組織培養(yǎng)、單細(xì)胞遷移分析、高通量測序和數(shù)據(jù)分析 等 實驗方法，研究大腦皮層和脊髓背角神經(jīng)元產(chǎn)生和命運決定的調(diào)控機理、神經(jīng) 元 遷移及軸突投射建立的機制。在神經(jīng)元產(chǎn)生和 命運決定的調(diào)控機制研究中將特別關(guān)注三類調(diào)控方式： 1）轉(zhuǎn)錄調(diào)控 、 2）表觀遺傳學(xué)調(diào)控 、 3） miRNA 調(diào)控 ，以期 發(fā)現(xiàn) 有 關(guān)鍵作用的 新的 調(diào)控分子 、 闡明相應(yīng)的上下游信號機理。 創(chuàng)新點與特色 ： 在研究內(nèi)容上，綜合考慮不同層次的基因表達(dá)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)在神經(jīng)干細(xì)胞命運決定中的作用；將在大腦皮層和脊髓背角上的研究結(jié)果相互比較和參照，以促進對 各 腦區(qū) 神經(jīng)環(huán)路 發(fā)育機制的 一般性了解 。 可行性分析 ： 已建立實驗必需的雞胚和鼠胚電場轉(zhuǎn)基因、 單細(xì)胞遷移導(dǎo)向分析、 神經(jīng)干細(xì)胞培養(yǎng)、 病毒包裝感染等關(guān)鍵技術(shù) 。 研究隊伍完整 、 具 有 良好的工作基礎(chǔ)，具備開發(fā)新的研究手段的 潛力 。 課題二 神經(jīng)環(huán)路形成和可塑性的分子機制 圍繞神經(jīng)元極性建立、軸樹突的生長、突觸形成、樹突 與突觸 的 選擇性 修剪等重要問題，開展以下研究： 1）神經(jīng)元形態(tài)發(fā)生的細(xì)胞骨架機制和不對稱膜轉(zhuǎn)運機制； 2）神經(jīng)元電活動、分泌性因子對樹突形成與修剪和突觸功能的影響；3）表 觀遺傳因素介導(dǎo)的基因表達(dá)調(diào)控對神經(jīng)環(huán)路可塑性的影響。 在離體培養(yǎng)的神經(jīng)元上，采用 多種新的 分子生物學(xué)、光學(xué)成像 和激活等實驗手段。 已獲得 一些與本課題相關(guān)的前期工作成果 。 課題三 神經(jīng)環(huán)路信號傳遞、整合與儲 存 本課題擬采用多種 模式動物 （果蠅、斑馬魚、大 /小鼠）和多種活體實驗手段（電生理、鈣成像、行為等）研究視覺、聽覺、嗅覺、味覺等多模態(tài)感覺信息傳遞、整合與儲存發(fā)生的精確位點和神經(jīng)機制，探討其對動物行為的作用。 可行性分析 ：已建立完善的實驗體系，主要學(xué)術(shù)骨干在以上研究領(lǐng)域均 有較好的工作積累 ，已獲得 一些與本課題相關(guān)的前期 工作成果， 有望取得進一步的突破。在實驗方面，將以果蠅、小鼠和猴作為模式動物，采用行為學(xué)、腦片和整體動物的示蹤、光學(xué)成像、電生理等技術(shù)，以研究工作記憶和抉擇行為的神經(jīng)元環(huán)路機制和功能。理論的結(jié)果和預(yù)測 將對 動物實驗的設(shè)計和數(shù)據(jù)分析 提供新的思路 。 可行性分析 ： 已建立相對成熟的整體動物的鈣成像、電生理、動物行為及計算的平臺。 課題五 神經(jīng)環(huán)路異常的分子機制 本課題 將結(jié)合基因剔除 /過表達(dá)技術(shù)、動物行為分析 、 影像技術(shù) 、 細(xì)胞培養(yǎng)、電生理技術(shù)、 及生化實驗方法 ，研究 與疾病相關(guān)的 神經(jīng)環(huán)路 異常的分子機制。 可行性分析 ： 所需的轉(zhuǎn)基因 、 基因敲除小鼠已基本構(gòu)建好，所需抗體已制備。 四、年度計劃 研究內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo) 第 一 年 1. 檢測 Sirt1 對神經(jīng)干細(xì)胞庫的影響；研究 Ezh2 對新生神經(jīng)元的調(diào)控 ； 2. 收集和制備實驗所需的各種轉(zhuǎn)基因小鼠；尋找決定 Gad67 時空正確表達(dá)的調(diào)控序列 ； 3. 確定 Slit/Robo 在大腦皮層神經(jīng)元遷移中的作用及分子機理 ； 4. 發(fā)展檢測 Rab5 和 Rab10 等活性的靈敏 FRET 探針 ； 5. 篩選可被神經(jīng)元電活動調(diào)控的，調(diào)節(jié)樹突形態(tài)與突觸功能的新基因；篩選 MeCP2 調(diào)控基因 ； 6. 鑒定皮層錐體細(xì)胞的軸突通道亞型及其電壓依賴特性；研究視覺如何調(diào)節(jié) Mauthner 細(xì)胞的聽覺和行為 ； 7. 通過電生理和鈣影像技術(shù)尋找果蠅味覺二級和高級神經(jīng)元以及嗅覺三級神經(jīng)元； V1 神經(jīng)元集群的時序?qū)W習(xí)與記憶 ； 8. 建立小鼠的工作記憶的行為范式，光遺傳手段，以及相關(guān)生理和行為學(xué)的檢測；研究果蠅中抉擇行為的動態(tài)性，及其涉及的神經(jīng)環(huán)路與機制 ； 9. 建立生物學(xué)上合理的大尺度的神經(jīng)元環(huán)路模型 ； 10. 研究 CDKL5 和 MeCP2 的相互關(guān)系。 1. 獲得 Sirt1 調(diào)控神經(jīng)干細(xì)胞增殖的數(shù)據(jù)；獲得 Ezh2 調(diào)控神經(jīng)元發(fā)育的初步數(shù)據(jù) ； 2. 找到?jīng)Q定 Gad67 在脊髓中時空正確表達(dá)的調(diào)控序列，獲得 nestin轉(zhuǎn)基因小鼠等多種小鼠 ； 3. 完成 Slit/Robo 調(diào)節(jié)大腦皮層神經(jīng)元遷移的工作，整理并撰寫論文 ； 4. 獲得檢測 Rab 及蛋白酶的靈敏方法 ； 5. 完成基因芯片篩選；得到 MeCP2調(diào)控基因表達(dá)的全面數(shù)據(jù)，確認(rèn)MeCP2 對突觸發(fā)育的作用 ； 6. 闡明錐體細(xì)胞動作電位爆發(fā)的離子機制；揭示視覺對聽神經(jīng)Mauthner 細(xì)胞聽覺通路的作用 ； 7. 發(fā)現(xiàn)果蠅味覺二級和高級神經(jīng)元以及嗅覺三級神經(jīng)元；發(fā)現(xiàn)誘導(dǎo)和鞏固時序?qū)W習(xí)的條件 ； 8． 建立生理、解剖、光遺傳、行為等研究工作記憶的實驗方法，揭示多巴胺，五羥色胺以及 GABA分別在強化學(xué)習(xí)和抉擇行為動態(tài)性調(diào)控中的不同作用 ； 9． 初步探討網(wǎng)絡(luò)的動力學(xué)性質(zhì)，為后期細(xì)致模擬工作記憶和抉擇行為做準(zhǔn)備 ； 10． 闡明 CDKL5 和 MeCP2 的上下游關(guān)系，建立 ErbB4 的條件敲除小鼠，建立 檢測 Aβ 的系統(tǒng)。 研究內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo) 第 二 年 1. 確定 Sirt1 的表型；通過體內(nèi) Ezh2抑制實驗以及 miR26 過表達(dá)實驗來闡述兩者的相互作用； 2. 分析 nestin轉(zhuǎn)基因小鼠腦內(nèi)表型；分析神經(jīng)細(xì)胞中是否存在細(xì)胞特異性基因組 DNA 重組； 3. 研究遷移神經(jīng)元中極性黏附受RhoA/myosin 和極性信號復(fù)合物Par3/Par6/aPKC 的影響 ； 4. 研究 Rab Rab Calpain 以及Caspase3 的時空激活規(guī)律； 5. 對