原创玩转大脑12-11 22:47

摘要: 郭爱克 博士,研究员郭爱克,1940年2月出生,博士,研究员,中国科学院院士。1965年毕业于莫斯科大

郭爱克 博士,研究员

郭爱克,1940年2月出生,博士,研究员,中国科学院院士。1965年毕业于莫斯科大学生物物理学专业,1979年获慕尼黑大学自然科学博士学位( “Summa cum laude”)。 1979至今中科院生物物理所研究所历任助理研究员、副研究员、研究员。1982年11月-1984年6月、1987年4月—1987年8月德国马普学会生物控制论研究所访问学者。1993年12月—1994年6月德国乌尔茨堡大学生命科学中心遗传教研室访问和德国马普学会生物控制论研究所访问学者。1984-1991年中科院生物物理研究所视觉信息加工研究室主任。1988年至今中科院生物物理所研究所学习记忆实验室主任。1991—1995中科院生物物理所研究所神经生物学室主任。1989—1997年中科院生物物理所研究所视觉信息加工开放实验室学术委员会主任。1999年至今中国科学院上海生命科学研究院神经科学研究所高级研究员,学习记忆实验室主任。1999—2001年任亚太IBRO理事。2003年当选为中国科学院院士。2003—2008年任中国科学院神经科学研究所副所长。现任中国科学院生物物理研究所、中国科学院上海生命科学研究院神经科学研究所研究员。2000-2005年 任973计划“脑发育和可塑性基础研究”项目首席科学家,2007-2008年任973计划“脑结构与功能的可塑性研究”项目首席科学家。2004-2006年获上海市劳动模范称号,2006年获何梁何利生命科学奖, 2006年获中国科学院先进工作者称号,2008年获亚太神经网络协会杰出成就奖。2007年至今承担国家自然科学基金重点资助项目“果蝇个体抉择与群体抉择的神经环路调控及神经遗传学机制的比较研究”,承担 2011年开始的科技部973计划《人类智力的神经》课题。2012年起任中国科学院战略性先导科技专项(B类)脑科学前沿与交叉研究项目“脑功能联结图谱”的首席科学家。

主要研究方向及内容

1. 学习记忆与高级认知的神经环路机制
果蝇作为经典的模式生物已有整整100年的历史,它帮助人类认识了生命的本质和遗传学规律。1993年我们建立了我国第一个以果蝇为模式的视觉学习记忆实验室。二十年来,我们聚焦“智-愚”问题,探索“Brain-Mind”的关系。从基因-脑-行为相结合的角度出发,在各个层次上(微观,介观,宏观),探索了两难抉择、视觉特征抽提、视觉选择性注意、睡眠与记忆,跨模态学习记忆协同和传递,以及逆向学习等神经行为。我们将在上述研究工作的基础上,从行为、神经解剖结构和生理特性多角度出发,利用视觉和嗅觉等多种行为范式,电生理、钙成像、光遗传性等多种生理学研究手段,聚焦在蘑菇体和中央复合体等果蝇认知中枢脑区,特别是聚焦在我们新近发现的在蘑菇体存在电突触并参于视觉学习,深度研究电突触和化学突触所构成的复合网络参与的神经计算和神经网络实现过程。果蝇脑中有8种编码电突触的基因,它们组成多种同质(homotypic)的和异质(heterotypic,heteromeric)的电突触。每种电突触的分布和功能均有所差异。电突触和化学突触共同构成功能性神经网络,可能为各种高级认知活动提供了物质基础。
2. 基于价值的增益-门控(gain-gating)抉择机制
抉择是动物赖以生存的最基本认知行为之一,而这一行为需要信息整合、价值判断、行为控制等多种神经系统功能的支持,所以抉择是认知行为研究的明珠。果蝇具有在冲突线索下进行选择的能力。果蝇脑是怎样提供这一核心功能的,这是很令人感兴趣的问题。我们先期行为遗传学研究发现,蘑菇体是抉择的关键脑区,蘑菇体中有多种调制性纤维(如GABA,多巴胺等)投射,我们关注调制性神经纤维与蘑菇体内源性神经元及它们之间的作用关系(如多巴胺神经元与蘑菇体内源性神经元的相互作用,GABA神经元与蘑菇体的相互作用,多巴胺神经元和GABA神经元的相互作用等),将有助于揭示价值是如何被编码的,关键信息是如何被凸显的等问题,即“增益”和“门控” 神经实现。通过理解以蘑菇体为中枢的果蝇神经系统和 GABA/多巴胺等如何共同演绎抉择的交响乐章,回答哪些抉择操作过程在进化上是保守的,哪些是万物之灵长的人类所独有的,从而探索智力的本质。
3. 果蝇脑功能联结图谱
脑功能联结图谱是对特定脑功能神经联结通路及其网络结构的解析及模拟。果蝇的中央脑具有非凡的计算能力和经济的网路布线,绘制神经系统脑联结图谱,理解神经系统功能与其结构特征一致性,将帮助加深对认知行为神经过程的理解。我们在扫描电镜下连续拍摄超薄切片后重构突触水平的果蝇脑的三维结构,分析神经元网络组成和环路联结上的特征,利用计算神经科学等手段,发现和总结神经结构组成规律,解析神经联结图谱与功能的因果关系,并通过生理及遗传实验加以验证。该方法提供了自下而上的神经环路功能研究方案,我们期待发现传统研究手段所不及的在微观尺度和介观尺度的神经环路过程,并可能为神经拟态芯片设计提供借鉴。

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