為了推動神經科學領域的創新發展，充分展示和宣傳神經科學領域的重大科研成果，經中國神經科學學會七屆二次常務理事會一致通過，開展2020年度「中國神經科學重大進展」推薦工作。
按照相關程序，經過獎勵委員會審核評選，獲獎項目如下：
下面，我們一起來回顧一下這些精彩的科研成果：
01
2020年6月1日，《自然一神經科學》在線發表了中國科學技術大學薛天團隊的最新研究成果，研究人員通過構建小鼠模型，發現了一條從自感光視網膜神經節細胞（ipRGC）到大腦外側韁核邊緣區（dpHb）再到伏隔核（NAc）的神經環路，該環路介導了夜間異常光誘發的抑鬱表型，且此抑鬱樣行為與節律或睡眠的紊亂無關；研究者同時發現了該環路的可興奮性受到晝夜節律門控調製，首次詮釋了光在白晝和夜晚截然相反的情緒作用的內在機理。
該研究首次詳細闡述了夜間光誘發負性情緒的環路基礎和節律門控機制，這些發現可以在一定程度提示夜間光幹擾（城市照明或手機電腦等電子設備的使用）導致抑鬱等負性情緒的機理，對於人們正確認識夜間過度照明的潛在危害並探索防治手段具有重要意義。
中國科學技術大學生命科學與醫學部教授薛天和合肥學院教授趙歡為該論文的共同通訊作者，博士生安楷和趙歡為該論文共同第一作者。
02
2020年2月27日凌晨，《自然》期刊在線發表了題為《兩個保守的表觀遺傳調控因子妨礙健康衰老》的研究論文，該研究由中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心（神經科學研究所）、上海腦科學與類腦研究中心、神經科學國家重點實驗室蔡時青研究組與中國科學院上海巴斯德研究所江陸斌研究組合作完成。
在本項研究中，蔡時青研究組與江陸斌研究組合作，結合秀麗隱杆線蟲、小鼠兩種模式動物和人類大腦基因表達資料庫尋找抗衰老靶標基因，解析衰老的調控機制。研究人員利用秀麗線蟲生活周期短的特點，以神經遞質功能變化為指標，在全基因組水平上進行篩選、尋找調控衰老的基因，獲得了59個候選基因。通過構建這些候選基因之間的相互作用網絡，發現其中兩個表觀遺傳調控因子BAZ-2和SET-6位於該調控網絡的關鍵節點，並且主要表達在神經系統中。通過分析人類大腦基因表達資料庫，研究人員發現在阿爾茲海默氏症病人的大腦中BAZ2B和EHMT1表達量和線粒體內關鍵蛋白的表達量呈顯著負相關，提示BAZ2B和EHMT1在人腦中也可以調控線粒體功能。
圖注（A）BAZ2B和EHMT1在衰老大腦中的表達水平（來自兩個不同資料庫的結果）。（B）BAZ2B和EHMT1的表達量與阿爾茲海默氏症病情呈正相關。（C）年輕和年老的WT、Baz2b+/-和Baz2b-/-小鼠的體重。（D）年輕和年老的野生型（WT）, Baz2b雜合（Baz2b+/-）, Baz2b敲除（Baz2b-/-）小鼠在新位置識別測試中的位置識別能力。（E）表觀遺傳因子調節線粒體功能和衰老工作模式圖。
該研究結合多種模式動物，使用多種方法從不同層面解析衰老的調控機制，揭示了神經系統衰老的基因調控網絡；闡明了BAZ2B在認知衰老中的作用，發現了BAZ2B這一全新的抗衰老靶點，為延緩大腦衰老提供新的理論依據和作用靶標。
03
2020年8月21日，《Neuron》期刊在線發表了中國科學院腦科學與智能技術卓越中心（神經科學研究所）、上海腦科學與類腦研究中心、神經科學國家重點實驗室杜久林研究組題為《Piezo1通道介導的鈣離子活動調控發育過程中大腦血管的路徑選擇》的研究論文。大腦發育過程中，血管的路徑選擇對腦血管三維網絡的形成至關重要。該研究以斑馬魚為模型，發現了大腦血管內皮頂端細胞分支上機械敏感通道Piezo1介導的鈣離子活動的頻率高低決定了頂端細胞分支的收縮或伸長的命運，從而決定血管生長的路徑選擇和腦血管三維網絡的形成模式。
圖註：（左邊）幼年斑馬魚大腦三維血管網絡的共聚焦顯微成像圖片：紅色顯示腦血管網絡。箭頭指示內皮頂端細胞。（右邊）內皮頂端細胞的路徑選擇機制模式圖：機械敏感鈣離子通道Piezo1介導的高頻和低頻的亞細胞鈣離子活性分別通過蛋白酶Calpain或一氧化氮合酶(nitric oxide synthase, NOS) 控制內皮頂端細胞分支的收縮或伸長，從而決定內皮頂端細胞的路徑選擇以及三維腦血管網絡的模式。
杜久林實驗室前期工作發現（PLoS Biology，2012，10: e1001375），發育過程中，大腦血管三維網絡形成後，局部腦血管中血流的降低和變異引起血管內皮細胞的遷移，導致所在血管消失，從而簡化在幾何尺度上不斷增長的腦血管三維網絡，提高腦血流效率。這兩個系列工作，從血管生長和修剪這兩個「陰-陽」側面，系統揭示了大腦血管三維網絡的形成機制。
這項工作是在杜久林研究員指導下，主要由博士研究生劉亭亭完成，杜旭飛博士、張白冰博士、訾化星、嚴勇、尹江安博士、侯晗博士、顧珊燁博士、陳奇博士也做出了重要的貢獻。該工作得到中科院和上海市的資助。
04
2019年11月20日，《Nature Communications》發表了北京大學心理與認知科學學院、北京大學麥戈文腦科學研究所、北大-清華生命科學聯合中心方方教授課題組和羅歡研究員在人類注意機制方面的重要進展。該研究通過重建人腦同時注意多個特徵時的神經表徵，首次揭示了注意在特徵空間的「節律性探照燈」加工模式。論文題目為「Competing rhythmic neural representations of orientations during concurrent attention to multiple orientation features」。
面對外界海量信息，人腦需要把有限的注意加工資源進行合理分配。當注意加工資源集中於某個非空間特徵（顏色、朝向、運動方向等）的時候，個體對整個視野範圍內所有包含了目標特徵的視覺客體的感知都會變得更加敏銳。這種注意過程被稱為基於特徵的注意（feature-based attention）。大腦如何同時注意多個視覺特徵就成為了視覺科學領域所關心的重大問題。
研究團隊採用了同時具有較高時間和空間解析度的腦磁圖（MEG）技術記錄人類同時注意多個視覺特徵的大腦活動（圖1），並創新性通過逆向編碼模型（Inverted Encoding Model, IEM），在毫秒級別上重構了各個注意目標特徵表徵的動態變化過程。結果發現，大腦並沒有將注意資源在兩個目標特徵之間並行分配，而是以每200-300ms的速度在多個特徵間進行交替切換。這表明在同時注意多個特徵的過程中，大腦採用了一種超越了物理空間的「節律性探照燈」,在特徵維度空間中交替對各個目標特徵進行增強。
這些研究結果從行為、神經和計算模型多個角度一致系統地揭示了多特徵注意加工的神經機制，首次發現了特徵空間中的「節律性探照燈」，填補了該領域的空白，也為類腦人工智慧提供了來自於人腦啟發的動態信息組織原則。
05
2020年8月26日，《Neuron》期刊在線發表了題為《獼猴V1，V2和V4等級化的顏色處理機制》的研究論文，該研究由中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心（神經科學研究所）、上海腦科學與類腦研究中心、神經科學國家重點實驗室王偉研究組與北京大學生命科學學院唐世明教授實驗室合作完成。該研究利用內源性信號光學成像、雙光子成像和電生理記錄等手段，詳細描繪了等級化的不同視覺腦區的色調圖結構，揭示了認知顏色空間形成的神經機制。
為探索這個複雜的腦科學問題，該工作利用內源性信號光學成像、雙光子成像和電生理記錄等多種技術手段，以非人靈長類獼猴為動物模型，比較研究了從初級（V1）到中高級（V2和V4）三個連續視覺腦區，對亮度完全相同的紅、橙、黃、綠、青、藍、紫七種顏色刺激反應的神經活動。研究發現在這三個連續視覺腦區內都存在著眾多大小不一離散分布的顏色反應斑點區，編碼不同光波波段的神經元就聚集這些斑點區內，形成由相鄰色調拼接構成的「色調圖」。這些「色調圖」就好像許許多多大小不等的彩虹，散布在各個視覺大腦表面上。
該研究的創新發現，不僅在於對這些色調圖結構的詳細描繪和研究，更是第一次定量檢測了三個不同等級的視覺皮層的色調圖（調色板）與我們主觀認知的色調空間位置的匹配程度，而這種匹配程度，隨著視覺皮層等級的提高而顯著提升。
劉曄博士和李明博士是本文的共同第一作者。倫敦大學學院的Stewart Shipp博士、曼徹斯特大學的Niall McLoughlin博士、中國科學技術大學的楊煜鵬博士在研究的不同階段做出了貢獻。本研究得到中國科學院、上海市、國家自然科學基金和教育部的資助。
06
2020年5月25日，中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心（神經科學研究所）、中國科學院靈長類神經生物學重點實驗室王立平研究組與復旦大學附屬華山醫院神經外科毛穎/吳雪海團隊在《自然-神經科學》期刊在線發表了題為《探索意識障礙患者層級語言加工》的合作研究論文。
研究團隊在意識障礙患者上開展了語言加工相關神經表徵的探索性研究，並將相關神經表徵與機器學習方法相結合，成功實現了對患者意識狀態的診斷和康復預測，為意識障礙患者的臨床診療提供了新的參考（圖1）。
圖1、研究者結合多層級語言序列範式和頭皮高密度腦電記錄，幫助臨床醫生對意識障礙患者的意識水平進行診斷和預後判斷
研究團隊可能找到了一種普適的大腦意識水平的評價指標，在昏迷、睡眠、麻醉等一系列與意識水平相關的大腦狀態評估中有著廣泛的潛在應用價值。研究團隊將在今後的研究中進一步優化測試方案，結合多模態測試和記錄手段，進一步提高研究結果的臨床效果、適應面和自動化程度，最終為研究意識障礙的神經機制、意識活動的神經表徵，以及在意識障礙患者上開展相關科學研究提供實驗依據和理論基礎。
素材來源：中科院神經所官網，北京大學心理與認知科學學院官網、中國科學技術大學官網
編輯：Simon