大規(guī)模、多空間尺度的腦活動(dòng)觀測(cè)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(dú)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(cè)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(dòng)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(dòng)(spontaneous ongoing activity)動(dòng)態(tài)時(shí)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(dòng)任務(wù)時(shí)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(dòng)物腦中普遍存在具有特定空間和時(shí)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(dòng)是如何整合成全腦尺度的靜息態(tài)網(wǎng)絡(luò)，它們?cè)诓煌X狀態(tài)的動(dòng)態(tài)時(shí)空特征是什么，它們的功能意義是什么，對(duì)于這些問題我們還缺乏理解。因此，我們已經(jīng)建立了國際領(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(cè)（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(shí)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(zhǎng)類動(dòng)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(shí)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(dòng)物高場(chǎng)腦磁共振成像的方法學(xué)開發(fā)。我們將從高場(chǎng)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(dòng)物高場(chǎng)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(cè)和可視化腦的廢物排出功能，是我們?cè)诜椒▽W(xué)開發(fā)上的工作方向之一。
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