神經(jīng)環(huán)路的形成、功能與可塑性

1、項(xiàng)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：2011.1至2015.8依托部門：中國科學(xué)院二、預(yù)期目標(biāo)本項(xiàng)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(shí)了解與重要神經(jīng)系統(tǒng)疾病相關(guān)的環(huán)路異常的機(jī)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。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(chǔ)存、工作記憶和抉擇的環(huán)路機(jī)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(jìn)展。五年預(yù)期目標(biāo): 1) 在神經(jīng)環(huán)路形成分子機(jī)制方面，深入認(rèn)識(shí)神經(jīng)干細(xì)胞增殖、分化和命運(yùn)決定的調(diào)控機(jī)制；揭示神

2、經(jīng)元遷移的動(dòng)力原理和導(dǎo)向機(jī)制；進(jìn)一步闡明神經(jīng)元極化的胞內(nèi)外機(jī)制；探索神經(jīng)元樹突和突觸修剪的分子機(jī)制。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(hào)的產(chǎn)生與調(diào)節(jié)機(jī)制、多模態(tài)感覺信息整合的突觸和環(huán)路機(jī)制、神經(jīng)環(huán)路存儲(chǔ)和提取感覺經(jīng)驗(yàn)中的時(shí)序信息的突觸機(jī)制、工作記憶和抉擇行為的環(huán)路機(jī)制和工作原理。3) 在神經(jīng)環(huán)路異常分子機(jī)制方面，將重點(diǎn)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。4) 五個(gè)課題有機(jī)聯(lián)系、技術(shù)交叉。將充分利用團(tuán)隊(duì)優(yōu)勢，在以上三個(gè)研究方向取得重要科研成果。具體表現(xiàn)為對神經(jīng)環(huán)路的重要前沿問題有顯著突

3、破，在神經(jīng)科學(xué)界取得領(lǐng)先地位。5) 開展與臨床研究人員的交流與合作關(guān)系，以擴(kuò)展具有臨床應(yīng)用前景的基礎(chǔ)研究。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(yù)的科學(xué)家。建立具有國際競爭力的創(chuàng)新型研究團(tuán)隊(duì)。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(chǔ)備作出貢獻(xiàn)。三、研究方案本項(xiàng)目由五個(gè)有內(nèi)在聯(lián)系的研究課題組成，每個(gè)課題由3-4個(gè)神經(jīng)科學(xué)研究所的研究組合作完成。這些課題緊密圍繞神經(jīng)環(huán)路的形成及功能展開研究。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(yùn)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(jī)制；突觸形成與修剪

4、機(jī)制；并從分子細(xì)胞層次研究環(huán)路功能的調(diào)節(jié)機(jī)制。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(jī)制；以及工作記憶和抉擇的環(huán)路基礎(chǔ)。同時(shí)，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。五個(gè)課題的研究方案，依以下順序分別進(jìn)行描述：環(huán)路的形成環(huán)路的功能環(huán)路的異常。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(shí)驗(yàn)方法，研究大腦皮層和脊髓背角神經(jīng)元產(chǎn)生和命運(yùn)決定的調(diào)控機(jī)理、神經(jīng)元遷移及軸突投射建立的機(jī)制。并將這兩個(gè)腦區(qū)的研究結(jié)果相互參照，比較異同。在神經(jīng)元產(chǎn)生和命運(yùn)決定的調(diào)控機(jī)制研究中將特別關(guān)注三類調(diào)控方

5、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(hào)機(jī)理。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(hào)機(jī)制。創(chuàng)新點(diǎn)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(yùn)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(jìn)對各腦區(qū)神經(jīng)環(huán)路發(fā)育機(jī)制的一般性了解。在實(shí)驗(yàn)方法上，擁有非常成熟的單細(xì)胞遷移導(dǎo)向分析等獨(dú)特技術(shù)。可行性分析：已建立實(shí)驗(yàn)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)。成功獲得了多個(gè)與研

6、究相關(guān)的轉(zhuǎn)基因小鼠品系。研究隊(duì)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。因此，本課題的執(zhí)行有充分的保障。課題二 神經(jīng)環(huán)路形成和可塑性的分子機(jī)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(jī)制和不對稱膜轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制；2）神經(jīng)元電活動(dòng)、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。創(chuàng)新點(diǎn)與特色：圍繞神經(jīng)元形態(tài)發(fā)生、突觸的形成及修剪機(jī)制，從細(xì)胞骨架、囊泡轉(zhuǎn)運(yùn)、基因表達(dá)調(diào)控等多層次多角度地展開研究。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(shí)

7、驗(yàn)手段?？尚行苑治觯褐饕獙W(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(dòng)依賴的基因表達(dá)調(diào)控等方面有多年的研究工作積累。已獲得一些與本課題相關(guān)的前期工作成果。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)。課題三 神經(jīng)環(huán)路信號(hào)傳遞、整合與儲(chǔ)存本課題擬采用多種模式動(dòng)物（果蠅、斑馬魚、大/小鼠）和多種活體實(shí)驗(yàn)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(chǔ)存發(fā)生的精確位點(diǎn)和神經(jīng)機(jī)制，探討其對動(dòng)物行為的作用。創(chuàng)新點(diǎn)與特色：采用多種模式動(dòng)物，從不同角度研究多模態(tài)感覺信息整合的原理；運(yùn)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)

8、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)。可行性分析：已建立完善的實(shí)驗(yàn)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(jìn)一步的突破。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(shí)驗(yàn)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(jī)制展開深入研究。在實(shí)驗(yàn)方面，將以果蠅、小鼠和猴作為模式動(dòng)物，采用行為學(xué)、腦片和整體動(dòng)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(jī)制和功能。在理論分析方面，將以實(shí)驗(yàn)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(jì)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(jì)算原理。

9、理論的結(jié)果和預(yù)測將對動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析提供新的思路。創(chuàng)新點(diǎn)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(shí)驗(yàn)和理論緊密結(jié)合的研究，揭示神經(jīng)環(huán)路實(shí)現(xiàn)工作記憶和抉擇行為的機(jī)理，以期進(jìn)一步認(rèn)識(shí)其它認(rèn)知功能的環(huán)路機(jī)制?？尚行苑治觯阂呀⑾鄬Τ墒斓恼w動(dòng)物的鈣成像、電生理、動(dòng)物行為及計(jì)算的平臺(tái)。主要學(xué)術(shù)骨干在神經(jīng)元環(huán)路的實(shí)驗(yàn)記錄與操縱、理論的模擬與分析等方面有多年的積累。課題五 神經(jīng)環(huán)路異常的分子機(jī)制本課題將結(jié)合基因剔除/過表達(dá)技術(shù)、動(dòng)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(shí)驗(yàn)方法，研究與疾病相關(guān)的神經(jīng)環(huán)路異常的分子機(jī)制。創(chuàng)新點(diǎn)和特色：從神經(jīng)環(huán)路的形成與功能的層面來了解腦疾

10、病發(fā)病機(jī)理，以期為開發(fā)有臨床運(yùn)用前景的預(yù)防與治療方法提供新思路?？尚行苑治觯核璧霓D(zhuǎn)基因、基因敲除小鼠已基本構(gòu)建好，所需抗體已制備。主要學(xué)術(shù)骨干對正常與異常神經(jīng)環(huán)路的分子機(jī)制研究已有多年經(jīng)驗(yàn)。四、年度計(jì)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(shí)驗(yàn)所需的各種轉(zhuǎn)基因小鼠；尋找決定Gad67時(shí)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(jī)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(dòng)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

11、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(jí)和高級(jí)神經(jīng)元以及嗅覺三級(jí)神經(jīng)元；V1神經(jīng)元集群的時(shí)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(dòng)態(tài)性，及其涉及的神經(jīng)環(huán)路與機(jī)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。特異敲除ErbB4基因，建立研究A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。 1. 獲

12、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(shí)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(dòng)作電位爆發(fā)的離子機(jī)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(jí)和高級(jí)神經(jīng)元以及嗅覺三級(jí)神經(jīng)元；發(fā)現(xiàn)誘導(dǎo)和鞏固時(shí)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

13、記憶的實(shí)驗(yàn)方法，揭示多巴胺，五羥色胺以及GABA分別在強(qiáng)化學(xué)習(xí)和抉擇行為動(dòng)態(tài)性調(diào)控中的不同作用；9 初步探討網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)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A的系統(tǒng)。發(fā)現(xiàn)TRPC6對A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。第二年1. 確定Sirt1的表型；通過體內(nèi)Ezh2抑制實(shí)驗(yàn)以及miR-26過表達(dá)實(shí)驗(yàn)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

14、RhoA/myosin和極性信號(hào)復(fù)合物Par3/Par6/aPKC的影響；4. 研究Rab5、Rab10、Calpain以及Caspase3的時(shí)空激活規(guī)律；5. 對基因芯片篩選出的基因進(jìn)行鑒定與確認(rèn)；建立MeCP2轉(zhuǎn)基因小鼠篩選在不同組織特異性高表達(dá)和敲除MeCP2的小鼠；6. 測定抑制性中間神經(jīng)元?jiǎng)幼麟娢槐l(fā)的位點(diǎn)，研究多巴胺神經(jīng)系統(tǒng)如何調(diào)節(jié)視覺對聽覺功能和行為的調(diào)節(jié)；7. 研究視覺信號(hào)對果蠅嗅覺和神經(jīng)元嗅覺反應(yīng)的影響；研究皮層活動(dòng)狀態(tài)對時(shí)序?qū)W習(xí)和記憶的影響；8. 研究對前額葉投射神經(jīng)元的精細(xì)連接規(guī)則。觀察到的模式動(dòng)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；

15、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A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BDNF-TrkB信號(hào)通路對ASIC的影響，尋找ASIC上精胺敏化的位點(diǎn)。1. 基本完成Sirt1調(diào)控的作用方式，整理撰寫研究論文，基本完成對Ezh2與miR-26相互作用機(jī)制的探索；2. 初步明確在Glu能神經(jīng)元中表達(dá)外源基因能否改變其遞質(zhì)表型。確定神經(jīng)細(xì)胞中是否存在細(xì)胞特異性基因組DNA重組；3. 明

16、確遷移神經(jīng)元中極性黏附建立的機(jī)制，整理撰寫論文；4. 明確Rab10等小G蛋白的可能作用機(jī)制；5. 完成對基因芯片篩選出的基因的鑒定與確認(rèn)；獲得MeCP2轉(zhuǎn)基6小鼠模型；6. 探討抑制性中間神經(jīng)元的動(dòng)作電位產(chǎn)生和傳播機(jī)制，揭示間腦多巴胺神經(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(diǎn)；發(fā)現(xiàn)影響皮層時(shí)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(jì)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Neuregulin1-

17、ErbB4信號(hào)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)A的作用；11. 確認(rèn)GAT1的作用機(jī)理，明確在體情況下BDNF對ASIC的影響和對痛覺的貢獻(xiàn)，.找到精胺增強(qiáng)ASIC的作用位點(diǎn)。第三年1. 研究Ezh2對神經(jīng)干細(xì)胞產(chǎn)生新生神經(jīng)元以及神經(jīng)元發(fā)育的調(diào)控機(jī)制；2. 分析NP1,NP2條件敲除小鼠脊髓背角神經(jīng)元的軸樹突投射是否發(fā)生異常；3. 研究Rab10效應(yīng)蛋白對神經(jīng)元極化的影響；4. 研究新篩選出基因?qū)渫话l(fā)育與突觸功能的調(diào)節(jié)作用；觀察MeCP2轉(zhuǎn)基因小鼠中突觸發(fā)育是否受到影響；5. 研究神經(jīng)調(diào)質(zhì)受體與Na+通道亞型在軸突始段的共存關(guān)系，研究Mauthner細(xì)胞上的視覺輸入如何受

18、到多巴胺系統(tǒng)的門控；6. 檢測對味覺和嗅覺都有反應(yīng)的神經(jīng)元的性質(zhì)；研究STDP在初級(jí)視皮層群體神經(jīng)元中的作用；7. 記錄多巴胺等神經(jīng)調(diào)質(zhì)如何改變神經(jīng)元內(nèi)在興奮性和突觸傳入。觀察在氣味編碼、強(qiáng)化學(xué)習(xí)及抉擇等神經(jīng)過程中與多巴胺能神經(jīng)元的活動(dòng)相關(guān)聯(lián)的蘑菇體小葉興奮模式的變化；8. 建立猴等模式動(dòng)物的工作記憶范式。完善抉擇行為的神經(jīng)環(huán)路模型；9. 研究MeCP2和CDKL5特異性基因敲除小鼠的神經(jīng)元存活，Ube3A在神經(jīng)元環(huán)路建立和功能維持中的作用，研究TRPC6下調(diào)A水平機(jī)制；10. 檢測GABA系統(tǒng)相關(guān)藥物對于小鼠類精分癥狀的影響，研究精胺敏化ASIC對神經(jīng)元興奮性的影響。1. 完成Ezh2對神經(jīng)

19、元產(chǎn)生和發(fā)育的調(diào)控方式，整理撰寫論文；2. 確定NP1及NP2如何指導(dǎo)脊髓背角神經(jīng)元軸樹突的生長投射，整理并撰寫論文；3. 完成Rab10對神經(jīng)元極化作用機(jī)理研究；完成在體檢測N-cadherin功能的轉(zhuǎn)基因小鼠的構(gòu)建；4. 完成不同腦區(qū)神經(jīng)元的形態(tài)發(fā)生鑒定，初步得到MeCP2調(diào)控樹突棘發(fā)育的體內(nèi)證據(jù)；整理數(shù)據(jù)、撰寫論文；5. 揭示神經(jīng)調(diào)質(zhì)對軸突Na+通道的調(diào)制作用及其機(jī)制；揭示視覺輸入的動(dòng)態(tài)門控機(jī)制和行為意義；6. 發(fā)現(xiàn)果蠅味覺和嗅覺整合的整合位點(diǎn)；發(fā)現(xiàn)參與V1時(shí)序?qū)W習(xí)與記憶的神經(jīng)環(huán)路；7. 深入闡明工作記憶相關(guān)環(huán)路的連接方式，了解蘑菇體的小葉對感覺刺激和獎(jiǎng)懲刺激編碼的一般原則；8. 建立猴

20、的工作記憶行為范式，完善描述腦的抉擇行為的神經(jīng)環(huán)路模型；9. 闡明MeCP2，CDKL5和Ube3A在神經(jīng)元發(fā)育中的作用，確定分泌酶或降解酶的作用；10. 明確Ca2+信號(hào)及其下游通路在慢性痛誘發(fā)和維持中的作用，研究精胺增強(qiáng)ASIC對神經(jīng)元興奮性的影響。第四年1. 繼續(xù)研究miR-22以及其它miRNA對新生神經(jīng)元調(diào)控的作用機(jī)制；初步探討疾病模型下神經(jīng)干細(xì)胞增生以及分化的作用方式；2. 利用DiI示蹤法，研究c-Kit條件敲除的小鼠中皮層丘腦束發(fā)育有無異常；3. 研究豐富環(huán)境飼養(yǎng)的范式可否影響電活動(dòng)依賴的樹突與突觸修剪的可塑性；4. 研究MeCP2調(diào)控的基因表達(dá)是否對樹突棘的發(fā)育與修剪產(chǎn)生影響

21、；完成Rab對神經(jīng)遞質(zhì)受體轉(zhuǎn)運(yùn)的影響的研究；5. 探討神經(jīng)調(diào)質(zhì)對動(dòng)作電位傳播能力的影響；研究斑馬魚視頂蓋如何整合視覺和聽覺的輸入；6. 檢測不同視覺刺激模式對嗅覺反應(yīng)的影響；神經(jīng)調(diào)質(zhì)系統(tǒng)對STDP和時(shí)空序列學(xué)習(xí)與記憶的作用；7. 了解不同性質(zhì)的閾下膜電位的相關(guān)性在工作記憶的不同時(shí)相有何規(guī)律；8. 建立猴的光遺傳手段，觀察果蠅在條件化建立和抉擇行為過程中，蘑菇體神經(jīng)元相互之間活動(dòng)關(guān)聯(lián)性的變化。探討各種工作記憶機(jī)制的合理性；9. 研究敲除ErbB4基因的小鼠的突觸傳遞，MeCP2和CDKL5敲除小鼠的學(xué)習(xí)行為，研究過表達(dá)TRPC6通道影響g分泌酶的活性，檢測AD鼠中過表達(dá)TRPC6通道對學(xué)習(xí)和記憶

22、能力；10. 檢測GAT1敲除小鼠類精分癥狀的作用, ASIC如何參與BDNF對于神經(jīng)環(huán)路的調(diào)節(jié)作用。1. 完成miR-22對新生神經(jīng)元調(diào)控機(jī)制的研究，整理撰寫論文。初步建立用于神經(jīng)干細(xì)胞研究的體內(nèi)疾病模型；2. 初步確定SCF/c-Kit是否參與皮質(zhì)丘腦束發(fā)育的調(diào)控；3. 完成Calpain和Caspase3完成新篩選出基因?qū)渫话l(fā)育與突觸功能的調(diào)節(jié)作用的研究；4. 確證MeCP2上下游分子是否參與樹突棘發(fā)育與修剪的過程；整理數(shù)據(jù)、撰寫并發(fā)表論文；5. 闡明神經(jīng)調(diào)質(zhì)對突觸可塑性的調(diào)節(jié)作用及機(jī)制；揭示中腦視覺和聽覺整合的功能特點(diǎn)；6. 發(fā)現(xiàn)視覺模式對嗅覺反應(yīng)的調(diào)控機(jī)制；揭示不同生理狀態(tài)下視覺知

23、覺記憶鞏固的機(jī)制；7. 闡明學(xué)習(xí)如何改變工作記憶和持續(xù)性發(fā)放以及相關(guān)神經(jīng)元活動(dòng)。建立猴的光遺傳手段和電生理記錄手段；8. 了解蘑菇體神經(jīng)元與其他侵入蘑菇體小葉的神經(jīng)元在行為過程中活動(dòng)關(guān)聯(lián)性的變化趨勢及相應(yīng)的調(diào)控模式。完善工作記憶的神經(jīng)元環(huán)路模型；9. 闡明MeCP2、CDKL5和UBE3A突變致神經(jīng)環(huán)路發(fā)育異常的機(jī)制，闡明TRPC6調(diào)控分泌酶，確定AD鼠中TRPC6通道對學(xué)習(xí)和記憶的影響；10. 確認(rèn)GAT1對小鼠類精分癥狀的影響，明確BDNF/TrkB-ASIC調(diào)控途徑在痛信號(hào)傳遞和維持過程中作用的重要性。第五年1. 完善非神經(jīng)細(xì)胞轉(zhuǎn)分化為神經(jīng)元方面的工作。探討成年神經(jīng)干細(xì)胞維持，沉默，以及

24、激活的調(diào)控方式；2. 離體實(shí)驗(yàn)研究SCF是否通過c-Kit促進(jìn)皮層深層神經(jīng)元軸突的黏附生長；3. 繼續(xù)完善與優(yōu)化脊髓背角神經(jīng)元環(huán)路分析方法。4. 尋找可能對缺失或過多MeCP2造成樹突棘發(fā)育和修剪異常的分子途徑進(jìn)行挽救的途徑和方法；5. 研究皮層網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)狀態(tài)對神經(jīng)元反應(yīng)性的調(diào)節(jié)；研究視覺和聽覺整合如何受到多巴胺系統(tǒng)的調(diào)節(jié)；6. 研究果蠅視覺對嗅覺影響的位點(diǎn)，STDP對于初級(jí)視皮層時(shí)序?qū)W習(xí)與記憶的充分性和必要性；總和五年的各個(gè)相關(guān)子課題的工作；7. 記錄神經(jīng)元的突觸可塑性對工作記憶和持續(xù)性發(fā)放的相關(guān)性，研究清醒猴的神經(jīng)元在工作記憶中的環(huán)路群體活動(dòng)的規(guī)律，對已建立的工作記憶和抉擇行為的神經(jīng)環(huán)路模型

25、歸納匯總；8. 建立和完善果蠅社會(huì)學(xué)習(xí)和群體抉擇范式；8 驗(yàn)證分析MeCP2和CDKL5對突觸可塑性和神經(jīng)環(huán)路的影響; TRPC6通過下調(diào)A的產(chǎn)生減少其對突觸的毒性，改善了行為; GABA對前額葉神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)的影響；探索合成相關(guān)針對BDNF敏化ASIC的干擾肽；研究ASIC精胺敏化的抑制劑對神經(jīng)保護(hù)作用；9 總結(jié)并撰寫論文。1. 初步取得一些基因是如何調(diào)控神經(jīng)干細(xì)胞激活或沉默的的數(shù)據(jù)；2. 基本完成SCF/c-Kit對皮質(zhì)丘腦束發(fā)育調(diào)控作用的研究，整理并撰寫論文；3. 整理脊髓背角神經(jīng)元環(huán)路方面的工作；4. 完成神經(jīng)電活動(dòng)調(diào)節(jié)樹突、樹突棘修剪機(jī)制的研究；明確MeCP2的作用機(jī)制；5. 整理數(shù)據(jù)

26、、撰寫并發(fā)表論文；6. 揭示網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)狀態(tài)在感覺信息整合中的作用機(jī)制；揭示視覺-聽覺整合的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)機(jī)制及其行為意義；7. 找到介導(dǎo)果蠅味嗅覺整合的神經(jīng)環(huán)路；闡明初級(jí)視皮層時(shí)序?qū)W習(xí)與記憶的神經(jīng)機(jī)制；8. 闡明工作記憶和持續(xù)性發(fā)放中單個(gè)細(xì)胞與群體細(xì)胞活動(dòng)的關(guān)系，闡明猴神經(jīng)元在工作記憶中的群體活動(dòng)規(guī)律；9. 完善神經(jīng)環(huán)路模型，用模型解釋所觀察到的所有的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象；了解壓力環(huán)境對群體抉擇行為的影響以及相應(yīng)的神經(jīng)環(huán)路基礎(chǔ)；10. 闡明MeCP2和CDKL5突變致認(rèn)知功能異常的細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)，提出對AD發(fā)病機(jī)理的新認(rèn)識(shí)，闡明GABA系統(tǒng)與精神分裂癥發(fā)病機(jī)理的關(guān)系；揭示ASIC敏感化調(diào)控的分子基礎(chǔ)并發(fā)現(xiàn)缺血性神經(jīng)損

27、傷和慢性痛治療新靶點(diǎn)；11總結(jié)結(jié)果，發(fā)表論文。一、研究內(nèi)容圍繞神經(jīng)環(huán)路的形成、功能與可塑性這一主題，所建議的五個(gè)研究課題將用各種實(shí)驗(yàn)手段力爭在神經(jīng)環(huán)路的形成過程、信息編碼和處理的功能、及神經(jīng)環(huán)路的可塑性等方面取得重要突破。以下將按課題順序敘述擬解決的關(guān)鍵科學(xué)問題和主要研究內(nèi)容。神經(jīng)環(huán)路的形成、功能和可塑性神經(jīng)環(huán)路的形成神經(jīng)環(huán)路的功能神經(jīng)環(huán)路的功能異常神經(jīng)細(xì)胞的產(chǎn)生、遷移和軸突生長神經(jīng)環(huán)路形成與可塑性的分子機(jī)制神經(jīng)環(huán)路信號(hào)傳遞、整合與儲(chǔ)存工作記憶和抉擇行為的神經(jīng)環(huán)路基礎(chǔ)神經(jīng)環(huán)路異常的分子機(jī)制課題一 神經(jīng)細(xì)胞的產(chǎn)生、遷移與軸突生長神經(jīng)系統(tǒng)早期發(fā)育過程中，神經(jīng)干細(xì)胞的增殖、分化產(chǎn)生不同類型的神經(jīng)元，

28、以及新生神經(jīng)元的遷移定位和軸突投射到特定的部位對于功能性神經(jīng)環(huán)路的形成是必不可少的環(huán)節(jié)。細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子和miRNA及胞外誘導(dǎo)因子對這些發(fā)育環(huán)節(jié)發(fā)揮重要的調(diào)控作用。根據(jù)該領(lǐng)域研究現(xiàn)狀和熱點(diǎn)，結(jié)合本研究團(tuán)隊(duì)的前期工作基礎(chǔ)，擬解決的關(guān)鍵科學(xué)問題和主要研究內(nèi)容如下：本課題的關(guān)鍵問題：1） 神經(jīng)干細(xì)胞增殖分化和命運(yùn)決定的調(diào)控機(jī)理；2） 神經(jīng)元遷移和軸突生長的導(dǎo)向機(jī)制。主要研究內(nèi)容：1. 大腦皮層和脊髓背角神經(jīng)元產(chǎn)生及神經(jīng)遞質(zhì)表型決定的轉(zhuǎn)錄調(diào)控機(jī)制；2. miRNA在大腦皮層神經(jīng)細(xì)胞命運(yùn)決定、定向遷移、軸樹突分化、軸突生長導(dǎo)向中的作用；3. 大腦皮層及脊髓神經(jīng)元有序遷移及軸突投射的導(dǎo)向機(jī)制。課題二 神經(jīng)環(huán)路形成與可塑性的分子機(jī)制神經(jīng)元極性建立、軸樹突生長、神經(jīng)元與靶細(xì)