大規(guī)模、多空間尺度的腦活動觀測是深入研究腦認(rèn)知功能的基礎(chǔ)。自功能磁共振成像 (functional magnetic resonance imaging, fMRI)在90年代早期出現(xiàn)后，該技術(shù)很快成為腦科學(xué)研究中的重要工具，用來研究腦在特定任務(wù)下的激活模式，或者是靜息態(tài) (resting state)下的功能網(wǎng)絡(luò)。 本研究組基于我們獨特的清醒小鼠和清醒狨猴的功能磁共振成像方法，多模態(tài)融合神經(jīng)調(diào)控方法（如光遺傳學(xué)、化學(xué)遺傳學(xué)）和神經(jīng)觀測方法（如鈣光纖記錄、電生理），探索全腦尺度功能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及其在不同腦狀態(tài)的動態(tài)變化機(jī)理，以及狨猴中語音發(fā)聲和感知的環(huán)路機(jī)理。具體研究方向舉例如下：
1.?全腦尺度中自發(fā)活動(spontaneous ongoing activity)動態(tài)時空特征及其功能意義。在“靜息態(tài)(resting state)”（即沒有外加的刺激和任務(wù)）下，大腦同樣消耗了和有主動任務(wù)時類似的能量（約占全身20%左右）。通過靜息態(tài)下的fMRI，我們已經(jīng)初步發(fā)現(xiàn)在靜息態(tài)下人和動物腦中普遍存在具有特定空間和時間結(jié)構(gòu)的靜息態(tài)功能網(wǎng)絡(luò)，如默認(rèn)態(tài)網(wǎng)絡(luò)(default mode network)。但是，局部的神經(jīng)活動是如何整合成全腦尺度的靜息態(tài)網(wǎng)絡(luò)，它們在不同腦狀態(tài)的動態(tài)時空特征是什么，它們的功能意義是什么，對于這些問題我們還缺乏理解。因此，我們已經(jīng)建立了領(lǐng)先的清醒小鼠和狨猴fMRI與神經(jīng)調(diào)控（如光遺傳學(xué)、化學(xué)遺傳學(xué)）、神經(jīng)觀測（如鈣光纖記錄、電生理）的多模態(tài)融合方法，通過多模態(tài)、多時間空間尺度整合的方式試圖解析以上的問題。
2. 狨猴語音發(fā)聲和感知的環(huán)路機(jī)理。狨猴具有豐富的語音行為，從進(jìn)化的角度是研究人類語言前體的很好的非人靈長類動物模型。狨猴如何產(chǎn)生復(fù)雜的單音節(jié)或多音節(jié)的語音，又如何感知和解碼其語音的信息？我們前期已建立了清醒狨猴聽覺fMRI的范式，利用該范式我們將探索狨猴語音發(fā)聲和感知的全腦機(jī)制。進(jìn)一步的，我們將結(jié)合超高分辨率皮層特異的fMRI方法，研究其在局部腦區(qū)的精細(xì)環(huán)路機(jī)制。在此基礎(chǔ)上，我們將利用清醒狨猴雙光子鈣成像、功能超聲成像等方法，實現(xiàn)其語音相關(guān)神經(jīng)環(huán)路從局部到整體的整合。
3.?小動物高場腦磁共振成像的方法學(xué)開發(fā)。我們將從高場磁共振成像采集、分析等角度，從腦科學(xué)重大問題出發(fā)，開發(fā)新型小動物高場腦磁共振成像的方法。例如，大腦廢物排出機(jī)制如類淋巴系統(tǒng)(glymphatic system)受到廣泛關(guān)注，在睡眠穩(wěn)態(tài)、腦退行性疾病中具有重要功能意義。為此，如何開發(fā)新型的基于磁共振的成像方法來觀測和可視化腦的廢物排出功能，是我們在方法學(xué)開發(fā)上的工作方向之一。?
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研究組組長;高級研究員
