脑科学基础研究不断取得重大突破

　　2020年，脑科学基础研究持续推进，不断取得重要突破。科研人员通过绘制日益精密的大脑结构图谱和神经联接图谱，开展超大规模神经组学研究，构建脑研究的小鼠、猕猴等动物模型等，深入探究脑认知功能的神经基础。以光遗传学为代表的脑细胞操纵技术因高时空分辨率、细胞类型特异性及可逆性强等优势备受重视，为科学家深入理解大脑功能，认识精神和心血管疾病的发病机理并研发疾病干预和治疗的新技术等提供了极大助力。
　　1.脑认知功能的神经基础研究不断取得突破
　　2020年2月，美国威斯康星大学麦迪逊分校(University of Wisconsin-Madison，UW-Madison)研究人员在猴子脑中植入电极，研究其在清醒、睡眠和麻醉时的神经活动状态，最终把疑似与意识相关的区域精确锁定到中央外侧丘脑的微小区域。刺激该区域时，猴子被唤醒并恢复了在清醒时皮质的所有神经活动；关闭刺激时，猴子立刻失去意识，陷入昏迷。该发现有望用于治疗＂意识障碍＂患者。相关研究成果发表于《神经元》(Neuron)期刊。
　　2020年3月，澳大利亚奇姆贝格霍夫医学研究所(QIMR Berghofer MedicalResearch Institnute)领衔全球共 297个研究团队首次揭示了基因对人类皮层组织结构的作用，为后续进一步研究皮层功能奠定了基础。研究团队对来自60个研究队列的共计51665个人的脑磁共振成像（MRI)数据进行全基因组学的荟萃分析，通过脑图谱将皮层分为34个区域，分析基因对大脑皮层表面积和平均厚度等结构的影响。相关研究成果发表于《科学》期刊。
　　2020年3月，美国北卡罗来纳大学(The University of North Carolina System)、南加州大学(University of Southern California，USC)等184个不同机构的360多位科学家合作绘制出全球首个大脑皮层基因图谱，揭示了大脑灰质遗传结构。研究人员分析了5万多人的DNA和MRI扫描结果，确定出306种影响大脑皮层结构并可能在精神和神经疾病中发挥重要作用的特定基因变异。该图谱将帮助解释某些基因如何影响大脑的物理结构和个体神经系统。相关研究成果发表于《科学》期刊。
　　2020年6月，德国马克斯普朗克研究所(Max Planck lnstitute，MPI)和日本庆应义塾大学(Keio University)等机构的研究团队将仅存在于人类的 ARHGAPllB基因转入狨猴体内，引起了狨猴大脑皮层肿大。该研究表明，人类特异性基因ARHGAP11B很可能在人类进化过程中导致了大脑新皮层的扩展，从而导致了人类大脑的快速进化。相关研究成果发表于《科学》期刊。
　　2020年9月，俄罗斯、德国、比利时等国科学家组成的国际研究小组发现，长时间的太空飞行会导致航天员大脑出现轻微结构变化重组，以适应微重力环境，但不会导致神经退化。此外，航天员的大脑还以其他方式对特殊生活环境做出了反应，使其获得新的运动技能和更好的平衡协调能力。相关研究成果发表于《科学进展》(Science Advances） 期刊。
　　2020年12月，美国哈佛医学院研究人员揭示出长期记忆的形成机制。研究人员将小鼠暴露于新环境中，发现当小鼠接触到新鲜事物后，海马体内的一小簇神经元会同时表达Fos基因和激活Scg2基因，产生相应的神经肽。在接收到中间神经元发送过来的指令后，这些神经元会形成一个协调的环路，从而形成记忆。相关研究成果发表于《自然》期刊。
　　2.光遗传学技术的持续发展为脑科学研究提供有力工具
　　光遗传学技术是近几年正在迅速发展的一项整合了光学、基因操作技术、电生理等多学科交叉的生物技术。通过基因改造神经细胞，让其拥有对光产生反应的蛋白质，当光照射到细胞时，这些神经细胞里的电子活动就会被触发，因此可用光来控制神经细胞的电活动。
　　2020年4月，法国生物公司GenSight Biologics宣布其基于光遗传学和基因疗法的PIONEER GSO30I/II期临床试验正在接受独立数据安全委员会（DSMB)第二次计划安全审查。GS030是基于GenSight的光遗传学技术平台开发的一种新基因疗法，通过单次注射将光敏蛋白编码基因导入，特异性靶向视网膜细胞，使患者恢复光敏感性，从而恢复视力。目前，GS030已在美国和欧洲被授予＂孤儿药＂称号。
　　2020年10月，美国加州理工学院研究人员开发出一种被称为＂集成神经光子学＂(Integrated Neurophotonics)的新技术。该技术使用可植入大脑内部任何深度的光学微芯片阵列，同时与荧光分子以及光遗传学结合，可实现分别对神经元进行光学监测并控制其活动。该技术有望突破光遗传学技术的局限，实时绘制大脑神经环路，从而揭示各种神经元的功能。相关研究成果发表于《神经元》明刊。
　　2020年12月，美国麻省理工学院研究人员开发出一种超细纤维技术，可按需递送光和光控药物到大脑深处，实现用光控制大脑内药物的活性。该技术不仅能够在自由移动的动物体内实现光刺激的时空灵活性，而且能够将药物靶向特定身体组织并仅在需要时激活它，可消除许多不良副作用。相关研究成果发表于《ACS化学神经科学》(ACS Chemical Neuroscience)期刊。
　　3.脑疾病发生机制与诊治策略的新探索
　　2020年4月，中国科学院脑神经科学研究所研究人员运用靶向RNA的CRISPR/CasRx系统，首次在成体中实现视神经节细胞的再生，恢复了水久性视力损伤模型小鼠的视力，并将帕金森模型小鼠的运动障碍逆转到接近正常小鼠的水平该研究为诸多神经退行性疾病的治疗提供了新途径。相关研究成果发表于《细胞》期刊。
　　2020年6月，美国麻省理工学院研究团队开发出一种用于神经药物递送的计算映射算法COMMAND，可辅助将药物靶向大脑区域的多个特定部位。该系统可确定最佳目标剂量，解决目标大脑区域的不规则形状带来的给药难题，从而有效并专门地输送药物。COMMAND能够为长期、多靶点向患者大脑输送药物奠定基础。相关研究成果发表于《细胞报告》期刊。
　　2020年10月，丹麦哥本哈根大学研究人员通过对11.7万个神经元转录组进行单核转录组学分析，确定了癫痛皮层转录组中分布的多种神经元亚型的大规模变化，并找到了受癫痛影响最大的神经元。研究还发现，谷氨酸信号传导是癫痛病失调最严重的信号之一。相关研究成果发表于《自然·通讯》期刊。
　　2020年10月，中国河南大学研究人员开发出一种糖基化＂三重相互作用＂稳定的聚合siRNA纳米药物，可靶向阿尔茨海默病(Alzheimer Disease，AD)模型小鼠中的BACE1(B位点APP裂解酶1)。该siRNA纳米药物具有良好的血液稳定性，可有效穿透血脑屏障，在恢复AD小鼠认知能力的同时无明显副作用。相关研究成果发表于《科学进展》期刊。
　　2020年12月，美国加州大学戴维斯分校研究人员利用先进的基因工程技术和人工智能将细菌蛋白质OpuBC转化为血清素传感器。该传感器可更精确地监测血清素的传播，允许科学家在更自然的条件下研究血清素的神经传递，检测大脑血清素水平微妙和实时的变化，以及测试新的精神活性药物的有效性。相关研究成果发表于《细胞》期刊。
　　2020年12月，美国加州大学戴维斯分校的研究人员开发出一种非致幻性的新化合物taberanthalog(TBG)。这是一种水溶性的、无卤化物、无毒的伊波加因类似物，并且可一步合成，具有治疗成瘾、抑郁症和其他精神疾病的潜力。相关研究成果发表于《自然》期刊。
　　2020年12月，美国索尔克研究所(Salklnstitute)的科学家开发出一种新的计算模型，揭示了大脑如何使用特定神经元在短期内储存信息。该模型可用于分析在精神分裂症等神经疾病的影响下以及正常衰老中工作记忆的受损原因。该研究指出抑制性神经元的重要性，并可能启发未来对其在工作记忆中作用的研究。该研究获得美国国家精神卫生研究所的资助。相关研究成果发表于《自然·神经科学》(Nature Neuroscience） 期刊。