大规模、多空间尺度的脑活动观测是深入研究脑认知功能的基础。自功能磁共振成像 (functional magnetic resonance imaging, fMRI)90年代早期出现后,该技术很快成为脑科学研究中的重要工具,用来研究脑在特定任务下的激活模式,或者是静息态 (resting state)下的功能网络。 本研究组基于我们独特的清醒小鼠和清醒狨猴的功能磁共振成像方法,多模态融合神经调控方法(如光遗传学、化学遗传学)和神经观测方法(如钙光纤记录、电生理),探索全脑尺度功能神经网络及其在不同脑状态的动态变化机理,以及狨猴中语音发声和感知的环路机理。具体研究方向举例如下:

  1. 全脑尺度中自发活动(spontaneous ongoing activity)动态时空特征及其功能意义。在“静息态(resting state)”(即没有外加的刺激和任务)下,大脑同样消耗了和有主动任务时类似的能量(约占全身20%左右)。通过静息态下的fMRI,我们已经初步发现在静息态下人和动物脑中普遍存在具有特定空间和时间结构的静息态功能网络,如默认态网络(default mode network)。但是,局部的神经活动是如何整合成全脑尺度的静息态网络,它们在不同脑状态的动态时空特征是什么,它们的功能意义是什么,对于这些问题我们还缺乏理解。因此,我们已经建立了国际领先的清醒小鼠和狨猴fMRI与神经调控(如光遗传学、化学遗传学)、神经观测(如钙光纤记录、电生理)的多模态融合方法,通过多模态、多时间空间尺度整合的方式试图解析以上的问题。

  2. 狨猴语音发声和感知的环路机理。狨猴具有丰富的语音行为,从进化的角度是研究人类语言前体的很好的非人灵长类动物模型。狨猴如何产生复杂的单音节或多音节的语音,又如何感知和解码其语音的信息?我们前期已建立了清醒狨猴听觉fMRI的范式,利用该范式我们将探索狨猴语音发声和感知的全脑机制。进一步的,我们将结合超高分辨率皮层特异的fMRI方法,研究其在局部脑区的精细环路机制。在此基础上,我们将利用清醒狨猴双光子钙成像、功能超声成像等方法,实现其语音相关神经环路从局部到整体的整合。

  3. 小动物高场脑磁共振成像的方法学开发。我们将从高场磁共振成像采集、分析等角度,从脑科学重大问题出发,开发新型小动物高场脑磁共振成像的方法。例如,大脑废物排出机制如类淋巴系统(glymphatic system)受到广泛关注,在睡眠稳态、脑退行性疾病中具有重要功能意义。为此,如何开发新型的基于磁共振的成像方法来观测和可视化脑的废物排出功能,是我们在方法学开发上的工作方向之一。 

  本实验室长期招聘生物、工程、物理等方向的博士后以及研究助理,同时也欢迎不同背景的在校同学联系实习。

梁智锋 博士

研究组组长;研究员