脑功能和脑疾病的生物学基础

人类在发育、成熟和衰老的进程中，不断受到各类脑疾病的困扰。课题组以小鼠和非人灵长类为动物模型，针对脑疾病的生物学机制，从多个角度开展系统的研究。除使用常规手段（例如光遗传学和电生理记录）外，我们还开发新型囊泡分子工具，以刻画神经环路联结，并对神经环路的活动进行实时监测和精细操控。我们致力于发现新的神经环路，揭示其工作原理，并探索它们在脑疾病干预策略中的应用。

研究进展-1: 发现引发“战斗-逃跑”反应的关键神经环路

“战斗-逃跑”反应是指人和动物在面临生存威胁时表现出的应激性生理反应，帮助个体更有力地战斗或逃跑，以增加生存概率。《水浒传》中的武松打虎便是这一过程的生动范例。在某些人群中，过度或反复的“战斗-逃跑”反应引发一类称为创伤后压力应激障碍（PTSD）的疾病。要揭示一类疾病的发病机制，往往需要从源头入手分析。解析引发“战斗-逃跑”反应的关键神经环路可能是深入分析PTSD发病机理的突破口。最近，我们在这个方向上取得了一些进展（Shang et al., 2015, Science）。我们应用光遗传学等多种技术手段，在小鼠视觉中枢上丘中鉴定出一条以小清蛋白为生物标记物的兴奋性神经环路。该环路直接检测视野中逐渐迫近的视觉目标，并把这些预警信息间接传送给恐惧中枢杏仁核。直接刺激该神经环路，可以特异地引发强烈的“战斗-逃跑”反应。反复刺激该神经环路，动物出现类似PTSD的核心症状。这些结果为进一步深入研究PTSD的发病机理奠定了重要基础。

研究进展-2：发现嗅觉学习记忆的关键突触及分子机制

学习记忆是人类的高级认知功能，这一功能随着人的衰老而不断下降。在探明学习记忆能力为何因衰老而下降之前，首先要解析学习记忆的关键生物学机制。我们最近在这个问题上取得了一些进展（Liu et al., 2017, Neuron）。我们应用分子遗传学和膜片钳电生理技术，发现小鼠的社交学习记忆依赖于嗅觉神经元释放的类胰岛素生长因子（IGF1）。这种生长因子可以诱发嗅觉神经元的突触可塑性（synaptic plasticity），并参与了嗅觉记忆的形成和维持。传统观点认为，记忆的形成和维持发生在海马和大脑皮层；我们这一研究则指出，记忆的形成可能最早发生在感觉信息加工的阶段。因为嗅觉障碍被认为是衰老和衰老相关疾病的早期征兆，所以这一研究为理解学习记忆能力为何因衰老而下降提供了重要的线索。