銅谷賢治：用于心智模擬的神經(jīng)環(huán)路

強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法的開發(fā)。銅谷賢治教授團(tuán)隊通過研究神經(jīng)系統(tǒng)的強(qiáng)化學(xué)習(xí)功能環(huán)路，開發(fā)更為高效的強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法。運動學(xué)習(xí)功能的強(qiáng)化學(xué)習(xí)方法包含諸多重要的計算部分，例如從過去狀態(tài)或動作中評估當(dāng)前狀態(tài)，通過獎勵預(yù)測狀態(tài)或動作、動作選擇以及預(yù)測狀態(tài)的更新。強(qiáng)化學(xué)習(xí)的對象可以是人、動物或機(jī)器人，或者是與環(huán)境交互的軟件。團(tuán)隊致力于開發(fā)針對對象的高效算法，并探究大腦的工作機(jī)制。

強(qiáng)化學(xué)習(xí)構(gòu)架對比。目前主要有兩類強(qiáng)化學(xué)習(xí)構(gòu)架，一種是基于模型的，一種是無模型的。無模型構(gòu)架相對簡單，但是學(xué)習(xí)速度慢，需要長時間的重復(fù)試驗；基于模型的學(xué)習(xí)構(gòu)架能夠在當(dāng)前狀態(tài)下運行特定動作，對于感覺輸入的噪聲水平不敏感，并可以先于合適動作預(yù)估狀態(tài)。因此，對象能夠在深思熟慮的情況下執(zhí)行動作，這使得模型具有靈活的適應(yīng)性。但是，基于模型的構(gòu)架需要更加復(fù)雜的內(nèi)部運算。模型與非模型如何選擇，在工程領(lǐng)域和神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域都是十分有趣的研究課題。采用實現(xiàn)訓(xùn)練的基于模型的策略進(jìn)行遞進(jìn)式模擬，在數(shù)據(jù)層面是更為有效的，對于感覺輸入的噪聲較強(qiáng)或輸入延遲、缺失的情況有很大幫助。

大腦心智模擬功能機(jī)制的理解。在研究實現(xiàn)心智模擬的過程中，根據(jù)我們學(xué)習(xí)的構(gòu)架，不同腦區(qū)傾向于具備不同分工。團(tuán)隊與其他研究者合作，研究皮層環(huán)路在心智生成過程中的作用機(jī)制。除此之外，團(tuán)隊還對強(qiáng)化學(xué)習(xí)參數(shù)控制進(jìn)行了一系列研究，驗證了大腦參與決策控制的作用機(jī)制。心智模擬是十分重要的功能，大腦功能根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)或通過動作推測的模糊狀態(tài)去預(yù)測未來狀態(tài)。采用先進(jìn)的腦成像方法和基因編輯方法，可以幫助研究者理解大腦心智模擬的功能機(jī)制，幫助我們理解人類意圖產(chǎn)生的原因。

李毓龍：構(gòu)建新型遺傳編碼探針

基因編碼探針的開發(fā)。團(tuán)隊致力于開發(fā)基因編碼探針，以繪制化學(xué)神經(jīng)遞質(zhì)波譜，用以理解大腦腦區(qū)之間的信息交互機(jī)制。使用這些工具，團(tuán)隊研究突觸間的通信方式，研究不同的調(diào)制對于疾病和健康狀態(tài)下的不同模型系統(tǒng)的作用。團(tuán)隊研發(fā)了一種可遺傳編碼的探針，用于檢測內(nèi)源性大麻素，該傳感器在體外（培養(yǎng)細(xì)胞）和體內(nèi)均可工作，可用于內(nèi)源性大麻素分析。

在在體實驗方面，團(tuán)隊在實驗中采用簡化范式，比如在杏仁體中用腺相關(guān)病毒（AAV）引入大麻素傳感器，證明了內(nèi)源性大麻素的釋放可以在體觀測。與斯坦福大學(xué)團(tuán)隊合作研究了在癲癇小鼠模型的海馬中通過電刺激誘發(fā)癲癇活動，并同步記錄局部場電位信號、鈣離子信號和大麻素信號，印證了大麻素傳感器能夠清晰監(jiān)測癲癇發(fā)生時大麻素是如何變化的。

探針的優(yōu)化與改進(jìn)。需要設(shè)計可選擇性的傳感器，針對需要檢測的大腦生理或病理生理狀況中的反應(yīng)提供合適方法。團(tuán)隊采用高結(jié)構(gòu)分辨率策略，構(gòu)建一套較大的神經(jīng)遞質(zhì)傳感器，使用這些新的傳感器，目前團(tuán)隊已經(jīng)實現(xiàn)在體、體外的神經(jīng)遞質(zhì)動力學(xué)檢測。在神經(jīng)肽領(lǐng)域，使用催產(chǎn)素受體制造第一代催產(chǎn)素傳感器，該傳感器經(jīng)過基因編碼并快速工作。研究結(jié)果表明，相比于傳統(tǒng)觀點認(rèn)為的神經(jīng)肽釋放速度可能非常緩慢，實驗結(jié)果顯示其釋放速度很快。團(tuán)隊正在進(jìn)一步研究樹突釋放的方式，以及如何抑制類似的傳感器真正釋放和分散在大腦中。多巴胺受體可能是體內(nèi)最大的神經(jīng)遞質(zhì)受體，能夠檢測病毒神經(jīng)化學(xué)物質(zhì)，2020年團(tuán)隊發(fā)布了新一代多巴胺傳感器，可以在體內(nèi)檢測嚙齒動物的多巴胺代謝。除此之外，團(tuán)隊還研發(fā)了多種其他神經(jīng)遞質(zhì)在體傳感器。

銅谷賢治

日本沖繩科學(xué)技術(shù)大學(xué)院大學(xué)神經(jīng)計算系教授。擔(dān)任《神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)》雜志總編、日本神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)會委員、日本神經(jīng)科學(xué)學(xué)會委員。2007年獲得“冢原伸晃紀(jì)念獎”和日本學(xué)術(shù)振興會獎，2012年獲得科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域文部科學(xué)大臣獎，2018年獲得國際神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)會唐納德·赫布獎、日本神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)會學(xué)術(shù)獎、亞太神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)會杰出成就獎等多個獎項。

李毓龍

北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院、北大IDG麥戈文腦科學(xué)研究所、清華大學(xué)—北京大學(xué)生命科學(xué)聯(lián)合中心研究員，2019年獲得“科學(xué)探索獎”。研究集中在神經(jīng)元通信的基本結(jié)構(gòu)突觸上，開發(fā)前沿的工具，借助先進(jìn)的工具探究突觸傳遞的調(diào)節(jié)機(jī)制。其團(tuán)隊在《細(xì)胞》《自然》《科學(xué)》等期刊發(fā)表多篇論文。

神谷之康

京都大學(xué)研究生院信息科學(xué)與技術(shù)系、神經(jīng)信息學(xué)系教授，ATR腦信息交流研究實驗室教授。其研究致力于利用AI和深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的思路來可視化大腦的內(nèi)在圖像。這些神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有橋接大腦和心智的潛力。

神谷之康：從大腦中重構(gòu)視覺和主觀經(jīng)驗

大腦解碼和圖像重建方法的研究。最近，團(tuán)隊正在使用AI和深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法來可視化人腦內(nèi)部活動圖像。在提取特征時，會處理視覺輸入、前饋和反饋交互，從而提供了一種利用層次結(jié)構(gòu)提取視覺特征信息的方法。團(tuán)隊使用了一種基于大腦解碼和圖像重建的方法，對人的功能磁共振檢測圖像進(jìn)行重建，進(jìn)而合成一種在精神意向中喚起的同樣的大腦活動圖像。這表明至少在某些腦區(qū)，（客觀的）刺激感知和（主觀的）想象共享相同的視覺特征的表征。因此，可以通過測量客觀的大腦活動來獲得被試者的主觀體驗。這就是我們所說的神經(jīng)讀心術(shù)。

開發(fā)出能夠解碼人類大腦活動并將其轉(zhuǎn)化為圖像的人工智能模型。團(tuán)隊在黑白圖像空間中重建了任意圖像，將大腦多層活動解碼或轉(zhuǎn)換為深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（DNN）信號。該DNN模型僅使用約400個隨機(jī)圖像進(jìn)行訓(xùn)練，但是它可以在圖像空間中泛化多達(dá)數(shù)十億個任意圖像。DNN層與大腦區(qū)域之間的分層同源性按分層順序排列，隨著層次結(jié)構(gòu)中層數(shù)的增加，DNN單元往往會響應(yīng)更復(fù)雜、更全局的特征。團(tuán)隊第一次無須借助刺激輸入圖像解碼內(nèi)心想象影像，即在沒有視覺輸入的情況下重建想象影像。

對于睡眠中的大腦進(jìn)行圖像初步重建的工作，團(tuán)隊還在努力找出夢境和圖像重建之間的關(guān)聯(lián)。團(tuán)隊使用的DNN模型能夠進(jìn)行大量的計算操作，可以應(yīng)用到精神障礙診斷、神經(jīng)藝術(shù)表達(dá)等方面。該方法可以有效地結(jié)合層次性的神經(jīng)表征來重建感知圖像和主觀圖像，為了解腦內(nèi)情況提供了一個新的途徑。

本杰明·貝克爾：調(diào)節(jié)和確定人腦情緒神經(jīng)環(huán)路

恐懼、痛苦等負(fù)面情緒的常規(guī)治療方法。過度的情緒反應(yīng)和情緒調(diào)節(jié)障礙是精神障礙的關(guān)鍵多元診斷特征，與許多精神疾病有關(guān)，特別是焦慮癥和創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙。目前，這種痛苦和恐懼經(jīng)常通過心理療法或苯二氮卓類藥物來治療。但是這些藥物都有很明顯的副作用：頭昏、眼花甚至成癮。

恐懼等負(fù)面情緒的解碼及調(diào)控能力改善的新方法。一方面，研究人員發(fā)現(xiàn)了催產(chǎn)素——一種神經(jīng)肽，在調(diào)節(jié)嚙齒動物的恐懼反應(yīng)中起重要作用。他們將鼻噴催產(chǎn)素應(yīng)用于健康受試者，然后在功能性核磁共振成像（fMRI）期間對其進(jìn)行恐懼刺激。催產(chǎn)素可以降低情緒加工核心腦區(qū)杏仁核的威脅反應(yīng)，減少受試者預(yù)期的恐懼或焦慮，并增強(qiáng)杏仁核與負(fù)責(zé)高級執(zhí)行控制功能的前額葉之間的功能連接，這可能是治療焦慮癥的潛在靶點。另一方面，團(tuán)隊在健康受試者以及患者研究中進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)了恐懼環(huán)路。在最初預(yù)期威脅或遇到威脅期間，大腦區(qū)域如杏仁核或中腦導(dǎo)水管周圍灰質(zhì)變得非?；钴S，并隨后受到前額葉區(qū)域的下調(diào)。內(nèi)側(cè)前額葉皮層到杏仁核和PAG的環(huán)路都參與了恐懼調(diào)節(jié)。此外團(tuán)隊還發(fā)現(xiàn)，血管緊張素系統(tǒng)與恐懼的消退以及杏仁核和腹外側(cè)前額葉的調(diào)節(jié)密切相關(guān)。他們進(jìn)一步在創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙患者中進(jìn)行fMRI反饋式神經(jīng)訓(xùn)練時，聚焦在相同腦區(qū)。根據(jù)反饋訓(xùn)練，研究人員下調(diào)雙側(cè)杏仁核的活動，然后提供了神經(jīng)解碼方法來解碼大腦中的恐懼，從而為這種主觀體驗提供生物學(xué)手段。隨后，團(tuán)隊開發(fā)了一款神經(jīng)解碼器，該解碼器可以基于大腦活動來讀出受試者的瞬時恐懼程度，能夠預(yù)測瞬時恐懼的主觀體驗。

負(fù)面情緒環(huán)路調(diào)節(jié)的臨床意義。本杰明·貝克爾教授認(rèn)為該研究具有重要的臨床意義，團(tuán)隊正在嘗試提出減少恐懼的新策略。希望能加快臨床轉(zhuǎn)化，盡快從健康受試者應(yīng)用到對患者人群進(jìn)行真正的臨床研究，進(jìn)一步與神經(jīng)生物學(xué)特性相結(jié)合，快速驗證新療法的治療潛力，以期將來可以用于治療焦慮癥、抑郁癥和自閉癥等焦慮性情緒問題。

本杰明·貝克爾（Benjamin Becker）

電子科技大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院特聘教授、神經(jīng)療法·社會認(rèn)知與情感神經(jīng)科學(xué)實驗室負(fù)責(zé)人。研究方向為使用先進(jìn)的神經(jīng)成像技術(shù)來探索健康受試者大腦的情緒環(huán)路，以及精神障礙患者大腦環(huán)路的失調(diào)。

西本伸志

日本情報通信研究機(jī)構(gòu)腦信息通信技術(shù)融合研究中心高級研究員。主要研究方向是對神經(jīng)信息處理和表征的定量理解。

蒲慕明

中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心學(xué)術(shù)主任、上海腦科學(xué)與類腦研究中心主任。研究集中在利用非人類靈長類動物作為動物模型來研究高級認(rèn)知功能和人類大腦紊亂。曾獲美國Ameritec獎、中華人民共和國國際科學(xué)技術(shù)合作獎等。

西本伸志：人腦的感知和認(rèn)知表征

探索對建立認(rèn)知過程定量模型的可行性。人類日常生活是通過各種大腦功能的復(fù)雜協(xié)調(diào)來實現(xiàn)的，認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)的基本目標(biāo)之一是揭示這些功能的完整表征。最近已經(jīng)出現(xiàn)使用編碼和解碼模型對感知的視聽體驗進(jìn)行定量表征的研究，但很少有人嘗試建立描述認(rèn)知過程多個活動的皮層組織的定量模型。

團(tuán)隊通過功能磁共振成像測量全腦活動，使用運動能量信息的動態(tài)視覺特征對大腦活動進(jìn)行建模，檢查了大腦中時空信息的精確映射，并證明了可以使用逆向建模來解碼來自大腦活動的視覺體驗。為更全面地了解大腦在日常生活中的工作方式，團(tuán)隊通過使用大規(guī)模認(rèn)知測試試驗擴(kuò)展了大腦模型。受試者執(zhí)行103個認(rèn)知任務(wù)，對許多日常生活認(rèn)知進(jìn)行采集，包括感知、記憶、語言、內(nèi)省、邏輯、決策和行動。通過使用兩種認(rèn)知特征模型分析文本與大腦活動之間的關(guān)系，刻畫大腦映射下的認(rèn)知表征空間，查看其中的某些特征是否可以推廣到解碼大腦活動模型以進(jìn)行更新穎的測試。

模型一即任務(wù)類型模型。該模型簡單地通過二進(jìn)制表示任務(wù)特征，即受試者在每個時間范圍內(nèi)執(zhí)行的任務(wù)以所謂的單點矢量表示。通過線性回歸建立體素腦活動模型，進(jìn)一步計算任務(wù)誘發(fā)的大腦皮層的活動。該模型旨在刻畫哪些大腦區(qū)域代表任務(wù)的哪些組合，從而獲得易于解釋的結(jié)果。

模型二即認(rèn)知因素模型。模型一是一種易于處理和解釋的模型，但問題在于二進(jìn)制模型不能推廣到新穎的任務(wù)。模型二旨在通過使用人們所謂的神經(jīng)元數(shù)據(jù)庫，將每個任務(wù)轉(zhuǎn)移到嵌入認(rèn)知特征的空間中。團(tuán)隊計算了從神經(jīng)癥和大腦活動到已知目標(biāo)/受試者的數(shù)百種認(rèn)知作用之間的簡單相關(guān)性。該模型預(yù)測整個皮質(zhì)區(qū)域活動的準(zhǔn)確率超過85%，這是神經(jīng)科學(xué)史上對人腦預(yù)測性最強(qiáng)的模型。利用連續(xù)的、基于元數(shù)據(jù)的中間特征的認(rèn)知模型可以預(yù)測大腦如何在自然條件下工作并解碼任務(wù)，在新的任務(wù)條件下也能成功預(yù)測從未進(jìn)行過測試任務(wù)的大腦活動并解碼任務(wù)。

研究結(jié)果表明了認(rèn)知過程定量模型的可行性，通過在自然經(jīng)驗和大腦活動之間建立明確的模型來理解大腦，從全皮層角度為解碼人類大腦認(rèn)知提供了理論基礎(chǔ)。

村山正宜

日本理化學(xué)研究所腦神經(jīng)科學(xué)研究中心知覺和認(rèn)知實驗室負(fù)責(zé)人。研究興趣集中在單細(xì)胞水平和網(wǎng)絡(luò)水平上知覺和神經(jīng)活動之間的因果關(guān)系。團(tuán)隊在《自然》《科學(xué)》《神經(jīng)元》《美國科學(xué)院院報》等期刊上發(fā)表多篇論文。獲得日本文部科學(xué)省頒發(fā)的科學(xué)技術(shù)表彰青年科學(xué)家獎。

胡海嵐

浙江大學(xué)腦科學(xué)與腦醫(yī)學(xué)學(xué)院教授兼教育部腦與腦機(jī)融合前沿科學(xué)中心主任。研究興趣在探究情緒和社交行為在大腦中的編碼和調(diào)控方式，主要側(cè)重于抑郁癥和社交優(yōu)勢的神經(jīng)回路。獲IBRO-Kemali國際獎和何梁何利獎。

合田裕紀(jì)子

日本理化學(xué)研究所腦神經(jīng)科學(xué)中心副主任、突觸可塑性和連接性實驗室學(xué)科帶頭人。研究興趣集中在特定神經(jīng)環(huán)路內(nèi)與其他突觸的關(guān)系中，單個突觸強(qiáng)度被設(shè)置和動態(tài)調(diào)整的細(xì)胞原理。同時關(guān)注星形膠質(zhì)細(xì)胞在突觸調(diào)節(jié)中的作用。

蒲慕明：非人靈長類動物助力生物醫(yī)學(xué)研究

自我認(rèn)知與自我意識研究和精神疾病的研究。團(tuán)隊以阿爾茨海默病失去自我認(rèn)知能力為典型案例，認(rèn)為鏡像神經(jīng)元系統(tǒng)對人類的自我認(rèn)知和自我意識具有重要作用。這種獨特能力的退化會導(dǎo)致相關(guān)的神經(jīng)退行性疾病如阿爾茨海默病，以及分離性精神障礙如精神分裂癥。

基因編輯開發(fā)動物模型。非人靈長類動物與人類進(jìn)化相似，是理解人類神經(jīng)生物學(xué)和腦疾病研究的重要模型。因此，以獼猴和狨猴為動物模型，研究在靈長類動物中最突出的高級認(rèn)知功能，例如復(fù)雜的執(zhí)行功能、同理心、社交行為和意識。隨著有效的基因編輯技術(shù)，例如CRISPR/Cas9方法的不斷發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)可以利用基因編輯的方法生成具有模仿基因缺陷表型的猴子。但是，要用作臨床前動物研究，還需要開發(fā)擁有具有相對統(tǒng)一的遺傳背景的猴子，類似于被開發(fā)為疾病模型的許多小鼠品系?；蚓庉嫻ぞ咴谇贸承┗蛞约白罱诶皿w細(xì)胞核移植克隆獼猴的方法，可用于產(chǎn)生攜帶相同基因編輯的獼猴克隆。這些具有統(tǒng)一遺傳背景的基因編輯獼猴對于研究靈長類動物神經(jīng)生物學(xué)和開發(fā)人類疾病的療法非常有用。

非人靈長類動物相關(guān)的倫理問題。盡管目前的研究證明猴子疾病模型在生物醫(yī)學(xué)研究中的有效性，像其他前沿科學(xué)技術(shù)一樣，對非人靈長類動物的使用不可避免地引發(fā)了倫理問題，應(yīng)該以社會需求為目標(biāo)來解決這些倫理問題。

村山正宜：成像技術(shù)為生物學(xué)研究開辟新途徑

知覺與認(rèn)知的研究。在感官知覺領(lǐng)域，團(tuán)隊的研究目標(biāo)在于揭示有助于知覺的神經(jīng)回路，包括這些回路中的信息流以及引起知覺的神經(jīng)活動背后的神經(jīng)機(jī)制。最近的研究發(fā)現(xiàn)自上而下的反饋回路在知覺中的重要性，而通過使用光遺傳學(xué)抑制皮層——皮質(zhì)相互作用是進(jìn)行研究的重要手段。在單細(xì)胞分辨率下利用成像方法進(jìn)行研究，不僅可以創(chuàng)造新的視野，而且還可以高分辨率地觀察到神經(jīng)活動，有助于進(jìn)一步研究以闡明大腦的特性。

快速、單細(xì)胞分辨率、連續(xù)的雙光子成像。具有單細(xì)胞分辨率、高信噪比且無光學(xué)像差的快速且寬泛的成像技術(shù)，為生物學(xué)研究開辟了新途徑。但是由于這些參數(shù)之間不可避免的折中，使得此種成像具有挑戰(zhàn)性。團(tuán)隊通過結(jié)合共振掃描系統(tǒng)，使用具有低放大倍率和高數(shù)值孔徑的大物鏡以及高度靈敏的大口徑光電探測器解決了這一問題。其結(jié)果表明可以實現(xiàn)幾乎沒有像差、快速掃描的高光學(xué)不變雙光子顯微鏡（FASHIO-2PM）。能夠在3mm×3mm連續(xù)圖像平面中以7.5Hz的頻率進(jìn)行鈣成像，其中包括約16000個神經(jīng)元組成的大型網(wǎng)絡(luò)。通過基于單細(xì)胞活動的網(wǎng)絡(luò)分析，F(xiàn)ASHIO-2PM將有助于揭示生物動力學(xué)原理。

何生

中國科學(xué)院生物物理研究所腦與認(rèn)知科學(xué)國家重點實驗室主任。主要研究方向是人類認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)，特別是視覺認(rèn)知。他利用心理物理學(xué)和腦成像工具來研究視覺對象識別、注意和意識的機(jī)制。

托馬斯·麥克休（Thomas McHugh）

日本理化學(xué)研究所腦神經(jīng)科學(xué)研究中心電路與行為生理學(xué)實驗室學(xué)科帶頭人。其團(tuán)隊利用多學(xué)科方法來理解記憶是如何在哺乳動物大腦內(nèi)形成、儲存和提取的，以及壓力和疾病等因素是如何損害這些功能的。

胡海嵐：抑郁的神經(jīng)機(jī)制——我們從氯胺酮中學(xué)到了什么

抑郁癥發(fā)病機(jī)理。團(tuán)隊通過研究老鼠的抑郁癥模型發(fā)現(xiàn)外側(cè)韁核在抑郁癥的病理生理學(xué)中的重要性。通過全腦鈣成像的方法對患有抑郁癥的魚進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)在許多動物模型以及抑郁癥患者中外側(cè)韁核均顯示出持續(xù)升高的活動。外側(cè)韁核是邊緣系統(tǒng)與中腦中樞相互連接的中繼站。

氯胺酮快速持久抗抑郁的全新神經(jīng)機(jī)制。團(tuán)隊進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，雖然在外側(cè)韁核區(qū)域的大部分神經(jīng)元是谷氨酸能的，但這一腦區(qū)能夠抑制VTA多巴胺和背側(cè)Raphe神經(jīng)元。NMDAR阻滯劑AP5具有很強(qiáng)的抗抑郁作用。通過一系列精心設(shè)計的實驗，團(tuán)隊能夠證明抑郁癥的潛在神經(jīng)機(jī)制在于外側(cè)韁核細(xì)胞的過度活躍簇狀放電，進(jìn)而抑制了邊緣區(qū)域基于獎勵的加工。研究表明由于其物理、藥代動力學(xué)和藥效學(xué)性質(zhì)，氯胺酮可以成為抗抑郁的重要臨床工具。并進(jìn)一步解釋了氯胺酮如何通過阻斷大腦外側(cè)韁核區(qū)域神經(jīng)元的簇狀放電，終結(jié)這種放電對下游單胺類獎賞腦區(qū)的過度抑制，從而產(chǎn)生快速和持續(xù)的抗抑郁療效。

合田裕紀(jì)子：海馬神經(jīng)元突觸權(quán)重分布規(guī)律

突觸是大腦中信息傳輸?shù)幕竟?jié)點，突觸前和突觸后強(qiáng)度具有高度的異質(zhì)性，在信息傳遞中具有不同功能。理解突觸強(qiáng)度的分布，可以提高網(wǎng)絡(luò)的計算能力和存儲容量，并且，這些樹突樹上特定突觸強(qiáng)度的實際空間位置是控制信息輸入/輸出關(guān)系的關(guān)鍵因素。其研究發(fā)現(xiàn)突觸強(qiáng)度存在三種空間模式：隨機(jī)連接，突觸在樹突樹中隨機(jī)分布；同時具有隨機(jī)連接和高度聚集的分支；結(jié)構(gòu)連接，大部分的輸入按照樹突分支聚集。樹突學(xué)習(xí)規(guī)律會根據(jù)輸入分布的空間模式而改變，這凸顯了突觸強(qiáng)度空間模式的重要性。

突觸之間的局部相互作用或活性依賴的局部以及稍寬尺度上的相互作用可能會影響簇狀突觸的形成，空間尺度也可能影響樹突細(xì)胞的整合，從而影響放電特性。突觸可塑性具有兩種對立的形式：快速、輸入特定的可塑性；緩慢、整體、代償性的穩(wěn)態(tài)可塑性。在一些復(fù)雜的情況下，不需要特定輸入，穩(wěn)態(tài)可塑性不再是緩慢、全局的。更復(fù)雜的情況是，誘導(dǎo)LTP，該效應(yīng)可能會擴(kuò)散到相鄰?fù)挥|（即相鄰?fù)挥|也被增強(qiáng)）或相鄰?fù)挥|可能被抑制。對于LTD則情況相反。

圍繞海馬神經(jīng)元突觸權(quán)重分布規(guī)律，團(tuán)隊圍繞三個具體問題展開了研究：

特定連接中突觸強(qiáng)度的異質(zhì)性是否具有潛在的結(jié)構(gòu)？

通過在海馬切片組織中突觸前和突觸后的配對分析，發(fā)現(xiàn)突觸后強(qiáng)度分離依賴于樹突分支和局部的突觸前輸入。

單個突觸的突觸前和突觸后強(qiáng)度如何經(jīng)歷活動依賴性變化？

發(fā)現(xiàn)對CA3重復(fù)連接誘導(dǎo)LTD會觸發(fā)刺激和非刺激突觸的可塑性，而在突觸簇上誘導(dǎo)LTP觸發(fā)了不同突觸的可塑性，其極性取決于沿樹突段的距離（距離依賴的突觸異質(zhì)的可塑性）。

有沒有機(jī)制控制突觸群中突觸強(qiáng)度分布的形狀？

發(fā)現(xiàn)星形膠質(zhì)細(xì)胞信號在群體間影響突觸前強(qiáng)度的變異性。團(tuán)隊的研究目標(biāo)是更好地理解局部突觸回路操作的分子和細(xì)胞基礎(chǔ)，用介觀/宏觀方法探索大腦功能間的鴻溝，希望對回路性能優(yōu)化、更好控制神經(jīng)回路、精準(zhǔn)實現(xiàn)分子工具有所貢獻(xiàn)。

何生：腦內(nèi)反饋信號的功能作用

關(guān)于視覺意識相關(guān)神經(jīng)機(jī)制的兩個方面：意識的功能，主要通過無意識大腦的能力來進(jìn)行研究；理解意識的關(guān)鍵功能成分，即腦內(nèi)反饋信號的作用。

團(tuán)隊在意識功能方面的研究包括通過雙眼競爭任務(wù)來研究注意和意識的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)兩者間明顯的分離，空間注意能夠為視域外圖片所吸引或轉(zhuǎn)移。近期對內(nèi)克爾立方體的研究發(fā)現(xiàn)，即使在無意識狀態(tài)下，線條圖的3D結(jié)構(gòu)也能發(fā)生適應(yīng)效應(yīng)。

腦內(nèi)反饋信號在視覺對象加工和視覺適應(yīng)中的性質(zhì)和影響研究。循環(huán)處理在很大程度上依賴于反饋信號。意識的全局（神經(jīng)元）工作空間理論也有這種自上而下的注意，即一種反饋操作，對意識的起源非常關(guān)鍵。另一個有影響力的理論是意識的整合理論，實質(zhì)是信息整合，即指網(wǎng)絡(luò)的因果結(jié)構(gòu)，在很大程度上取決于反饋的相互聯(lián)系。其實驗室研究人員利用功能磁共振研究人類大腦，7T核磁共振設(shè)備具有較高的分辨率，能夠區(qū)分大腦皮層的各個層，基于不同層的反饋信號，可以描繪某些皮層區(qū)域的表征主要是由前饋或反饋驅(qū)動的。

兩個具體的心理物理學(xué)實驗。第一個實驗是心理物理經(jīng)顱磁刺激干預(yù)實驗，目的是檢測當(dāng)選擇性破壞反饋信號后，大腦發(fā)生了什么。實驗中，在周圍物體呈現(xiàn)后，經(jīng)過不同的延遲時間，在中央凹處注入視覺噪聲。該實驗的邏輯是延遲的視覺噪聲會破壞高級腦區(qū)對物體視覺刺激的反饋信號。結(jié)果發(fā)現(xiàn)反饋信號具有功能相關(guān)性、任務(wù)依賴性和時間靈活性的特點。第二個實驗是關(guān)于皮層區(qū)域是否能夠利用反饋信號來調(diào)節(jié)其敏感性。功能磁共振和EEG結(jié)果都表明對方向的表征是反饋驅(qū)動的，方向選擇性更加依賴于反饋信號。

研究結(jié)果表明，反饋信號在物體識別中發(fā)揮重要作用，具有時變性、任務(wù)依賴性，在決定視皮層神經(jīng)元敏感性方面比前饋信號更為重要。

托馬斯·麥克休：皮層下回路對記憶的調(diào)節(jié)作用

海馬不同區(qū)域?qū)游锴楣?jié)記憶的不同方面各有貢獻(xiàn)。情景記憶可以簡單定義為對所經(jīng)歷的人、事、地、時的記憶。麥克休教授實驗室利用小鼠，以海馬為模型，從回路水平上理解記憶。海馬可以分為四個主要區(qū)域：齒狀回（DG）、CA1、CA2和CA3，現(xiàn)存很多關(guān)于不同亞區(qū)如何作用于動物情景記憶的不同方面的理論。

下丘腦的新奇信號調(diào)節(jié)海馬記憶。團(tuán)隊對海馬與皮層下區(qū)域的連接和關(guān)系非常感興趣，重點介紹了關(guān)于研究海馬和乳頭體上核（SuM）間關(guān)系的工作。SuM位于下丘腦后內(nèi)側(cè)，與控制情緒和認(rèn)知的區(qū)域有廣泛的連接，與海馬的DG和CA2分區(qū)有直接投射關(guān)系，表現(xiàn)出焦慮、情境新奇性、空間工作記憶、壓力、恐懼，是睡眠上行覺醒回路的一部分。過去的研究表明，CA2與社交記憶有關(guān)，DG與新奇檢測有關(guān)。

團(tuán)隊的工作結(jié)合了解剖學(xué)特征、基因干預(yù)和在體記錄，以解決非典型的皮層下輸入和輸出如何影響海馬的信息流，并最終影響記憶和行為的問題。這項工作研究了SuM細(xì)胞在情境新奇和社交新奇條件下的活動，并取得多項研究發(fā)現(xiàn)，如SuM分離并選擇性地將不同類型的信息傳遞到DG和CA2，以調(diào)節(jié)記憶加工。