2020年度“中国神经科学重大进展”获奖名单【附成果介绍】

为了推动神经科学领域的创新发展，充分展示和宣传神经科学领域的重大科研成果，经中国神经科学学会七届二次常务理事会一致通过，开展2020年度“中国神经科学重大进展”推荐工作。

按照相关程序，经过奖励委员会审核评选，获奖项目如下：

下面，我们一起来回顾一下这些精彩的科研成果：

01

2020年6月1日，《自然一神经科学》在线发表了中国科学技术大学薛天团队的最新研究成果，研究人员通过构建小鼠模型，发现了一条从自感光视网膜神经节细胞（ipRGC）到大脑外侧缰核边缘区（dpHb）再到伏隔核（NAc）的神经环路，该环路介导了夜间异常光诱发的抑郁表型，且此抑郁样行为与节律或睡眠的紊乱无关；研究者同时发现了该环路的可兴奋性受到昼夜节律门控调制，首次诠释了光在白昼和夜晚截然相反的情绪作用的内在机理。

图1：“光-情绪”环路示意图

该研究首次详细阐述了夜间光诱发负性情绪的环路基础和节律门控机制，这些发现可以在一定程度提示夜间光干扰（城市照明或手机电脑等电子设备的使用）导致抑郁等负性情绪的机理，对于人们正确认识夜间过度照明的潜在危害并探索防治手段具有重要意义。

中国科学技术大学生命科学与医学部教授薛天和合肥学院教授赵欢为该论文的共同通讯作者，博士生安楷和赵欢为该论文共同第一作者。

详细介绍： Nature Neurosci：中科大薛天等发现昼夜节律中的“光-情绪”神经环路

02

2020年2月27日凌晨，《自然》期刊在线发表了题为《两个保守的表观遗传调控因子妨碍健康衰老》的研究论文，该研究由中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心（神经科学研究所）、上海脑科学与类脑研究中心、神经科学国家重点实验室蔡时青研究组与中国科学院上海巴斯德研究所江陆斌研究组合作完成。

在本项研究中，蔡时青研究组与江陆斌研究组合作，结合秀丽隐杆线虫、小鼠两种模式动物和人类大脑基因表达数据库寻找抗衰老靶标基因，解析衰老的调控机制。研究人员利用秀丽线虫生活周期短的特点，以神经递质功能变化为指标，在全基因组水平上进行筛选、寻找调控衰老的基因，获得了59个候选基因。通过构建这些候选基因之间的相互作用网络，发现其中两个表观遗传调控因子BAZ-2和SET-6位于该调控网络的关键节点，并且主要表达在神经系统中。通过分析人类大脑基因表达数据库，研究人员发现在阿尔兹海默氏症病人的大脑中BAZ2B和EHMT1表达量和线粒体内关键蛋白的表达量呈显著负相关，提示BAZ2B和EHMT1在人脑中也可以调控线粒体功能。

图注（A）BAZ2B和EHMT1在衰老大脑中的表达水平（来自两个不同数据库的结果）。（B）BAZ2B和EHMT1的表达量与阿尔兹海默氏症病情呈正相关。（C）年轻和年老的WT、Baz2b^+/-和Baz2b^-/-小鼠的体重。（D）年轻和年老的野生型（WT）, Baz2b杂合（Baz2b^+/-）, Baz2b敲除（Baz2b^-/-）小鼠在新位置识别测试中的位置识别能力。（E）表观遗传因子调节线粒体功能和衰老工作模式图。

该研究结合多种模式动物，使用多种方法从不同层面解析衰老的调控机制，揭示了神经系统衰老的基因调控网络；阐明了BAZ2B在认知衰老中的作用，发现了BAZ2B这一全新的抗衰老靶点，为延缓大脑衰老提供新的理论依据和作用靶标。

详细介绍：《自然》重磅：中科院蔡时青/江陆斌合作报道全新的抗衰老靶标基因

03

2020年8月21日，《Neuron》期刊在线发表了中国科学院脑科学与智能技术卓越中心（神经科学研究所）、上海脑科学与类脑研究中心、神经科学国家重点实验室杜久林研究组题为《Piezo1通道介导的钙离子活动调控发育过程中大脑血管的路径选择》的研究论文。大脑发育过程中，血管的路径选择对脑血管三维网络的形成至关重要。该研究以斑马鱼为模型，发现了大脑血管内皮顶端细胞分支上机械敏感通道Piezo1介导的钙离子活动的频率高低决定了顶端细胞分支的收缩或伸长的命运，从而决定血管生长的路径选择和脑血管三维网络的形成模式。

图注：（左边）幼年斑马鱼大脑三维血管网络的共聚焦显微成像图片：红色显示脑血管网络。箭头指示内皮顶端细胞。（右边）内皮顶端细胞的路径选择机制模式图：机械敏感钙离子通道Piezo1介导的高频和低频的亚细胞钙离子活性分别通过蛋白酶Calpain或一氧化氮合酶(nitric oxide synthase, NOS) 控制内皮顶端细胞分支的收缩或伸长，从而决定内皮顶端细胞的路径选择以及三维脑血管网络的模式。

杜久林实验室前期工作发现（PLoS Biology，2012，10: e1001375），发育过程中，大脑血管三维网络形成后，局部脑血管中血流的降低和变异引起血管内皮细胞的迁移，导致所在血管消失，从而简化在几何尺度上不断增长的脑血管三维网络，提高脑血流效率。这两个系列工作，从血管生长和修剪这两个“阴-阳”侧面，系统揭示了大脑血管三维网络的形成机制。

这项工作是在杜久林研究员指导下，主要由博士研究生刘亭亭完成，杜旭飞博士、张白冰博士、訾化星、严勇、尹江安博士、侯晗博士、顾珊烨博士、陈奇博士也做出了重要的贡献。该工作得到中科院和上海市的资助。

详细介绍：杜久林组从血管生长和修剪“阴-阳”两侧面，系统揭示了大脑血管三维网络的形成机制

04

2019年11月20日，《Nature Communications》发表了北京大学心理与认知科学学院、北京大学麦戈文脑科学研究所、北大-清华生命科学联合中心方方教授课题组和罗欢研究员在人类注意机制方面的重要进展。该研究通过重建人脑同时注意多个特征时的神经表征，首次揭示了注意在特征空间的“节律性探照灯”加工模式。论文题目为“Competing rhythmic neural representations of orientations during concurrent attention to multiple orientation features”。

面对外界海量信息，人脑需要把有限的注意加工资源进行合理分配。当注意加工资源集中于某个非空间特征（颜色、朝向、运动方向等）的时候，个体对整个视野范围内所有包含了目标特征的视觉客体的感知都会变得更加敏锐。这种注意过程被称为基于特征的注意（feature-based attention）。大脑如何同时注意多个视觉特征就成为了视觉科学领域所关心的重大问题。

研究团队采用了同时具有较高时间和空间分辨率的脑磁图（MEG）技术记录人类同时注意多个视觉特征的大脑活动（图1），并创新性通过逆向编码模型（Inverted Encoding Model, IEM），在毫秒级别上重构了各个注意目标特征表征的动态变化过程。结果发现，大脑并没有将注意资源在两个目标特征之间并行分配，而是以每200-300ms的速度在多个特征间进行交替切换。这表明在同时注意多个特征的过程中，大脑采用了一种超越了物理空间的“节律性探照灯”,在特征维度空间中交替对各个目标特征进行增强。

这些研究结果从行为、神经和计算模型多个角度一致系统地揭示了多特征注意加工的神经机制，首次发现了特征空间中的“节律性探照灯”，填补了该领域的空白，也为类脑人工智能提供了来自于人脑启发的动态信息组织原则。

详细介绍：系统介绍：5个月发4篇！北大方方教授课题组在视觉和注意领域取得系列成果！

05

世界本无色，因你而绚丽

2020年8月26日，《Neuron》期刊在线发表了题为《猕猴V1，V2和V4等级化的颜色处理机制》的研究论文，该研究由中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心（神经科学研究所）、上海脑科学与类脑研究中心、神经科学国家重点实验室王伟研究组与北京大学生命科学学院唐世明教授实验室合作完成。该研究利用内源性信号光学成像、双光子成像和电生理记录等手段，详细描绘了等级化的不同视觉脑区的色调图结构，揭示了认知颜色空间形成的神经机制。

为探索这个复杂的脑科学问题，该工作利用内源性信号光学成像、双光子成像和电生理记录等多种技术手段，以非人灵长类猕猴为动物模型，比较研究了从初级（V1）到中高级（V2和V4）三个连续视觉脑区，对亮度完全相同的红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色刺激反应的神经活动。研究发现在这三个连续视觉脑区内都存在着众多大小不一离散分布的颜色反应斑点区，编码不同光波波段的神经元就聚集这些斑点区内，形成由相邻色调拼接构成的“色调图”。这些“色调图”就好像许许多多大小不等的彩虹，散布在各个视觉大脑表面上。

该研究的创新发现，不仅在于对这些色调图结构的详细描绘和研究，更是第一次定量检测了三个不同等级的视觉皮层的色调图（调色板）与我们主观认知的色调空间位置的匹配程度，而这种匹配程度，随着视觉皮层等级的提高而显著提升。

刘晔博士和李明博士是本文的共同第一作者。伦敦大学学院的Stewart Shipp博士、曼彻斯特大学的Niall McLoughlin博士、中国科学技术大学的杨煜鹏博士在研究的不同阶段做出了贡献。本研究得到中国科学院、上海市、国家自然科学基金和教育部的资助。

06

2020年5月25日，中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心（神经科学研究所）、中国科学院灵长类神经生物学重点实验室王立平研究组与复旦大学附属华山医院神经外科毛颖/吴雪海团队在《自然-神经科学》期刊在线发表了题为《探索意识障碍患者层级语言加工》的合作研究论文。

研究团队在意识障碍患者上开展了语言加工相关神经表征的探索性研究，并将相关神经表征与机器学习方法相结合，成功实现了对患者意识状态的诊断和康复预测，为意识障碍患者的临床诊疗提供了新的参考（图1）。

图1、研究者结合多层级语言序列范式和头皮高密度脑电记录，帮助临床医生对意识障碍患者的意识水平进行诊断和预后判断

研究团队可能找到了一种普适的大脑意识水平的评价指标，在昏迷、睡眠、麻醉等一系列与意识水平相关的大脑状态评估中有着广泛的潜在应用价值。研究团队将在今后的研究中进一步优化测试方案，结合多模态测试和记录手段，进一步提高研究结果的临床效果、适应面和自动化程度，最终为研究意识障碍的神经机制、意识活动的神经表征，以及在意识障碍患者上开展相关科学研究提供实验依据和理论基础。

详细介绍：Nature Neurosci重磅：王立平/吴雪海团队探索“植物人”语言能力和意识水平

素材来源：中科院神经所官网，北京大学心理与认知科学学院官网、中国科学技术大学官网

编辑：Simon

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