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中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng )新中心
上海市岳陽(yáng)路319號
200031
個(gè)人簡(jiǎn)介
沈志明(正高級工程師)。2001年畢業(yè)于南京大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)系,獲理學(xué)學(xué)士學(xué)位。2001年至2007年就讀于中國科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院神經(jīng)科學(xué)研究所,獲博士學(xué)位。2008年至2012年在美國南卡羅來(lái)納大學(xué)從事博士后工作。 2012年至2013年在美國斯坦福大學(xué)做研究助理。2013年至2017年,在中國科學(xué)院神經(jīng)科學(xué)研究所蒲慕明組任副研究員。2018年至目前,任中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng )新中心非人靈長(cháng)類(lèi)腦圖譜研究平臺主任。在Cell、Nat. Methods和PNAS 等期刊發(fā)表多篇高水平學(xué)術(shù)論文。中國科學(xué)院青年促進(jìn)會(huì )成員,上海市浦江人才,主持中科院院級科研儀器設備研制,主持臨港國家實(shí)驗室和基金委面上項目等項目,國家重點(diǎn)研發(fā)計劃課題負責人。
研究方向
腦連接圖譜研究是認知腦功能并進(jìn)而探討意識本質(zhì)的科學(xué)前沿,這方面探索不僅有重要科學(xué)意義,而且對腦疾病防治、智能技術(shù)發(fā)展也具有引導作用。國際上,各主要國家在腦聯(lián)接圖譜研究方面都已有重大投入。美國腦計劃取得了階段性重要成果,特別是在2022年9月,美國宣布啟動(dòng)腦計劃細胞圖譜網(wǎng)絡(luò )(BRAIN Initiative Cell Atlas Network,BICAN),在5年內資助5億美元,意味著(zhù)其腦計劃已邁入BRAIN 2.0階段。
相對而言,美國腦計劃側重鼠腦和人腦,日本腦計劃側重狨猴,歐洲腦計劃側重模擬腦,我國在更接近人腦的獼猴腦圖譜研究方面具有明顯優(yōu)勢。為了響應我國的腦計劃,充分發(fā)揮我國獼猴聯(lián)接圖譜研究的錯位優(yōu)勢,中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng )新中心,于2017年10月成立了“非人靈長(cháng)類(lèi)腦圖譜研究平臺”,負責構建獼猴介觀(guān)全腦聯(lián)接圖譜,將首先重點(diǎn)研究以下幾個(gè)方向:
01 意識的神經(jīng)環(huán)路機制
屏狀核與幾乎所有大腦皮層腦區都有直接聯(lián)接,是大腦內的聯(lián)接中樞,在多模態(tài)信息整合中可能起關(guān)鍵作用,諾貝獎得主Crick認為屏狀核可能是意識產(chǎn)生的基礎。但是因為屏狀核位于深部,形態(tài)細小狹長(cháng)不規則,相關(guān)研究很少。我們將應用snRNA-seq和stereo-seq技術(shù),比較小鼠,狨猴和獼猴屏狀核細胞和分子圖譜的異同,研究屏狀核跨物種演化機制。
另外,我們將應用fMOST技術(shù)繪制屏狀核單神經(jīng)元的投射圖譜,重點(diǎn)查看屏狀核單個(gè)神經(jīng)元的軸突能否投射到大部分皮層腦區,能否大致整體覆蓋屏狀核內部,有望提供直接證據來(lái)驗證屏狀核是否具有快速整合多模態(tài)信息的聯(lián)接基礎,并進(jìn)而研究意識產(chǎn)生的結構基礎。
02 繪制獼猴基于傳統逆標染料的全腦介觀(guān)輸入圖譜
國際上已發(fā)布的獼猴介觀(guān)輸入圖譜僅包含29腦區,僅包含來(lái)自注射側同側的皮層腦區,也不包含皮層下核團的輸入信息,因此嚴格來(lái)說(shuō)還不能算“全腦”介觀(guān)輸入圖譜。我們繪制的獼猴全腦介觀(guān)輸入圖譜,將包含大約120個(gè)獼猴腦區,將首次包括左右腦和皮層下核團的輸入信息,將是國際上最完備的獼猴全腦介觀(guān)輸入圖譜,有望為全面解析大腦介觀(guān)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的結構和工作原理奠定基礎,并可能強力推動(dòng)世界腦科學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展。
03 繪制首個(gè)具有細胞類(lèi)型特異性的獼猴全腦介觀(guān)聯(lián)接圖譜
大腦內存在至少數百種不同類(lèi)型的神經(jīng)細胞,特定類(lèi)型神經(jīng)元可能具有特異的投射偏好。大腦的強大功能源于這些不同類(lèi)型神經(jīng)元相互之間及其復雜的相互聯(lián)接。目前小鼠細胞類(lèi)型特異性的介觀(guān)聯(lián)接圖譜繪制已經(jīng)有明顯進(jìn)展,但是小鼠和人類(lèi)大腦差異太大,和人類(lèi)更加接近的模式動(dòng)物,獼猴腦的細胞類(lèi)型特異性聯(lián)接圖譜尚未開(kāi)始。
我們計劃采用現有的興奮性細胞特異性病毒(AAV-CAMKII-CRE, AAV-CMV-FLEX-TVA-mcherry-oG)和抑制性細胞特異性病毒(AAV-Dlx-TVA-EGFP-oG),以及腦智卓越創(chuàng )新中心開(kāi)發(fā)的基于enhancer的細胞特異性病毒,尤其是層特異的病毒,結合retrograde rabies病毒來(lái)繪制全球首個(gè)具有細胞類(lèi)型特異性的獼猴介觀(guān)聯(lián)接圖譜。有望為人類(lèi)認識腦、保護腦和模擬腦,并進(jìn)而開(kāi)發(fā)新一代類(lèi)腦人工智能提供重要基礎。
發(fā)表文章(#第一作者;*通信作者)
Chen, A#., Y. Sun#*, Y. Lei#, C. Li#, S. Liao#, J. Meng#, Y. Bai#, Z. Liu#, Z. Liang#, Z. Zhu#, N. Yuan#, H. Yang#, Z. Wu#, F. Lin, K. Wang, M. Li, S. Zhang, M. Yang, T. Fei, Z. Zhuang, Y. Huang, Y. Zhang, Y. Xu, L. Cui, R. Zhang, L. Han, X. Sun, B. Chen, W. Li, B. Huangfu, K. Ma, J. Ma, Z. Li, Y. Lin, H. Wang, Y. Zhong, H. Zhang, Q. Yu, Y. Wang, X. Liu, J. Peng, C. Liu, W. Chen, W. Pan, Y. An, S. Xia, Y. Lu, M. Wang, X. Song, S. Liu, Z. Wang, C. Gong, X. Huang, Y. Yuan, Y. Zhao, Q. Chai, X. Tan, J. Liu, M. Zheng, S. Li, Y. Huang, Y. Hong, Z. Huang, M. Li, M. Jin, Y. Li, H. Zhang, S. Sun, L. Gao, Y. Bai, M. Cheng, G. Hu, S. Liu, B. Wang, B. Xiang, S. Li, H. Li, M. Chen, S. Wang, M. Li, W. Liu, X. Liu, Q. Zhao, M. Lisby, J. Wang, J. Fang, Y. Lin, Q. Xie, Z. Liu, J. He, H. Xu, W. Huang, J. Mulder, H. Yang, Y. Sun, M. Uhlen, M. Poo, J. Wang, J. Yao*, W. Wei*, Y. Li*, Z. Shen*, L. Liu*, Z. Liu*, X. Xu* and C. Li* (2023). "Single-cell spatial transcriptome reveals cell-type organization in the macaque cortex." Cell 186(17): 3726-3743 e3724. (impact factor 64.5)
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