駱利群（LIQUN LUO），美國科學院院士和美國藝術與科學院院士，Howard Hughes醫學研究所研究員，史丹福大學教授。中國科學技術大學學士畢業（少年班），在美國布蘭代斯大學獲得博士學位。自1997年起在史丹福大學為本科生和研究生講授神經生物學課程，並組建實驗室研究神經通路的發育和功能。駱利群在發育神經科學研究領域作出了重要貢獻，他對於突觸分枝以建立和維持神經迴路領域的研究處於國際領先水平。
本文系統回顧駱利群院士近幾年的重要科研成果，包括 4篇Cell，2篇Science,1篇Nature和 1篇 Nat Protoc。
第一篇：2020 《Cell》
2020年12月17日，來自美國史丹福大學的駱利群課題組和Stephen R. Quake課題組在Cell雜誌上合作發表了一篇題為「Differential encoding in prefrontal cortex projection neuron classes across cognitive tasks」的文章。
在這項研究中，作者研究特定轉錄類型的小鼠PFC神經元與軸突投射和編碼特性在多個認知任務中的關係，提出大多數神經元類型靶向多個靶點投射，且大多數靶點接受多種類型神經元的投射。此外，通過在自由活動的小鼠中進行「二選一」任務測試的鈣離子成像來評估這些神經元中存在的任務相關信號的多樣性。
這項工作通過scRNA-seq數據驅動對認知任務中編碼特性的分析，彌合了分子和系統神經科學間的重要鴻溝，進一步加深對PFC功能的理解，並推斷了任務信息如何在細胞類型框架中組織的原理。
第二篇：2020 《Science》
12月18日在Science雜誌上發表一項令人矚目的研究成果——「Cerebellar nuclei evolved by repeatedly duplicating a conserved cell-type set」。在這項工作中，作者以小腦的輸出結構「小腦核（cerebellar nuclei）」為模型系統，在細胞類型解析度水平上研究腦區進化。
具體而言，作者通過對雞，小鼠和人類執行snRNA-seq，STARmap空間轉錄組分析以及全中樞神經系統投射追蹤，確定了一組包含兩個區域特異性興奮性神經元類別和三個區域恆定性抑制性神經元類別的保守細胞類型集合，而該集合能夠構成「亞核（subnucleus）」被反覆複製以形成新的區域。值得注意的是，在小鼠中負責優先將信息收集並傳遞至外側額葉皮質（lateral frontal cortices）的興奮性神經元類別在大規模擴張的人類外側核（lateral nucleus）佔主導地位，提示在複製原型亞核的框架內，進化會調整不同細胞類型的相對豐度。
總而言之，這項研究展示出一個通過整個細胞類型集合的複製和分化而形成的大腦區域進化模型。
第三篇：2020 《Nat Protoc》
史丹福大學駱利群院士在2月的 Nat Protoc.雜誌發表了一個新技術：Skilled reaching tasks for head-fixed mice using a robotic manipulandum。
他們提供了一個很棒的兩軸「機械臂」的小設備，可以進行小鼠前肢的運動學習訓練。造價非常便宜，而且容易安裝。文章提供了組裝和控制設備所需的機械圖紙和原始碼，並詳細介紹了訓練小鼠使用設備的過程（有幾個示例）。
他們的軟體可以簡單地擴展以允許用戶各種自定義的運動測試。更加可貴的是，該設備與需要頭部固定的各種神經生理學技術都是兼容的。感興趣的同學和老師，可以給實驗室組裝一個試試看哦
文獻信息：Skilled reaching tasks for head-fixed mice using a robotic manipulandum. Nat Protoc. 2020 Feb 7. doi: 10.1038/s41596-019-0286-8.
第四篇：2020 《Cell》
在細胞界面上的分子相互作用介導了單細胞到組織的組裝，並因此控制著多細胞生物的發育和生理。
2020年1月16日，史丹福大學駱利群及Alice Y. Ting共同通訊在Cell 在線發表題為「Cell-Surface Proteomic Profiling in the Fly Brain Uncovers Wiring Regulators」的研究論文，該研究開發了一種特定於細胞類型的時空解析方法來分析完整組織中的細胞表面蛋白質組。果蠅嗅覺投射神經元（PNs）細胞表面蛋白質組的定量分析揭示了從發育PNs到成熟PNs過渡過程中接線分子的整體下調和突觸分子的上調。
蛋白質組指導的體內篩選確定了20個調節神經迴路裝配的細胞表面分子，其中許多屬於進化保守的蛋白家族，這與以前神經發育沒有聯繫。遺傳分析進一步表明，脂蛋白受體LRP1可自主控制PN樹突的靶向作用，從而有助於形成精確的嗅覺圖。這些發現凸顯了時間分辨的原位細胞表面蛋白質組學譜分析在發現大腦連線調節劑中的作用。
第五篇：2019《Science》
生理需求產生動機驅動，如口渴和飢餓，調節生存所必需的行為。下丘腦神經元感知這些需求，並且必須協調相關的全腦神經元活動以產生適當的行為。飢餓動物的神經記錄發現了對食物預測刺激的反應「g」，因此與動物飢餓時相比，對這些刺激的反應大大減少。這種調節發現於各種腦區，包括hypothal-amus。然而，調節這種感覺調製的機制仍然不清楚。
2019年4月4日，史丹福大學駱利群與Karl Deisseroth共同通訊在Science 發表題為「Thirst regulates motivated behavior through modulation of brainwide neural population dynamics」的研究論文，該研究開發了一種方法，可以在細胞和毫秒級解析度下訪問全腦神經元實現動機狀態。
研究人員應用這種方法來研究大腦的口渴狀態，包括這種大腦狀態如何影響感覺處理轉化為行為輸出。在這項工作中，研究人員觀察了生存驅動行為的全腦細胞動力學的初步探索，在口渴的小鼠的大腦中觀察到廣泛的感覺和行為相關的神經活動動態，執行簡單的嗅覺Go / No-Go任務。因此，動機狀態指定初始條件，確定全腦動力系統如何將感覺輸入轉換為行為輸出。
第六篇：2019《Cell》
在整個哺乳動物新皮層中，第5層椎體細胞（L5）通過腦橋投射到大量小腦顆粒細胞（GrCs），形成基本途徑。然而，關於皮層動力學傳播到GrC層或者皮質 - 小腦通信的特性如何隨著學習而發展，鮮為人知。
2019年3月28日，史丹福大學駱l利群，Schnitzer及Wagner共同通訊在Cell 在線發表題為「Shared Cortex-Cerebellum Dynamics in the Execution and Learning of a Motor Task」的研究論文，該研究通過使用雙位點雙光子Ca2 +成像在前肢運動任務期間，發現L5和GrC動力學高度相似。
L5細胞和GrCs共享一組任務編碼活動模式，具有相似的響應多樣性，並且表現出與L5細胞之間的局部相關性的高相關性。慢性成像顯示這些動力學在皮質和小腦中共同出現在學習上：隨著行為表現的改善，最初不同的L5細胞和GrCs融合到共享的，低維度，任務編碼的一組神經活動模式上。因此，皮質 - 小腦通信的關鍵功能是在學習過程中出現的共享動態的傳播。總體而言，該研究結果表明，研究皮質和小腦作為一個聯合動力系統，以充分了解每個對行為學習和表現的貢獻是至關重要的。
第七篇：2018《Cell》
5-羥色胺系統有力地調節健康和疾病中的生理和行為。它是治療抑鬱症和焦慮症最廣泛使用的藥物靶點，抑鬱症已成為全球殘疾的主要原因。然而，關於血5-羥色胺系統如何組織以實現其多樣化功能的基於生理學和環路的理論仍然是難以捉摸的。
2018年8月23日，史丹福大學駱利群研究組在Cell發表題為「Anatomically Defined and Functionally Distinct Dorsal Raphe Serotonin Sub-systems」的研究論文。使用病毒遺傳方法，他們發現皮質下和皮層突出的血清素神經元在DR內具有不同的細胞 - 體分布，並差異地共表達囊泡穀氨酸轉運蛋白。
此外，杏仁核和額葉皮質投射DR5-羥色胺神經元具有很大程度上互補的全腦抵押模式，接收來自突觸前伴侶的偏向輸入，並且表現出對厭惡刺激的相反反應。這些結果提供了令人信服的證據，證明DR 5-羥色胺系統包含在輸入和輸出連接，生理反應特性和行為功能方面不同的並行子系統。
第八篇：2018《Nature》
史丹福大學駱利群研究組在Nature發表題為「Teneurin-3（Ten3） controls topographic circuit assembly in the hippocampus」的研究論文，該論文首次發現Teneurin-3在海馬體中拓撲環路中的新作用，並揭示了Ten3在哺乳動物神經發育過程中的作用機制。
Teneurin是進化上保守的跨膜蛋白，是脊椎動物視覺系統發育所必需的。脊椎動物teneurins在視覺系統以外的連通性中的作用仍然大部分未知，其作用機制尚未得到證實。在這裡，駱利群研究組表明，小鼠teneurin-3在海馬區域的多個地形迴路上相互連接的區域中表達，包括近側CA1，遠側下內側和內側內嗅皮層。遺傳學實驗顯示teneurin-3在CA1和神經細胞中，都需要用於將近側CA1軸突精確靶向遠側下側。此外，teneurin-3以剪接同種型依賴性方式在體外促進同嗜性粘附。
這些發現表明跨越多個海馬區的顯著的遺傳異質性，並且表明teneurin-3可以通過匹配表達和同嗜性吸引來協調哺乳動物大腦中複雜腦迴路的組裝。該論文首次發現Teneurin-3在海馬體中拓撲環路中的新作用，並揭示了Ten3在哺乳動物神經發育過程中的作用機制。這對於人類的一些記憶類疾病，提出了一個新的切入點，對於臨床治療這些疾病有一定的參考意義。
brainnews編輯部整理：
資料來源：inature，Bioart，brainnews等