标记和研究记忆相关神经环路的新技术新方法

神经元网络是大脑行使一切功能、我们理解大脑功能机制的物质基础，其异常导致各类神经精神疾病。目前缺乏对神经元网络的特异性标记技术和活体神经元网络的研究手段严重地制约了基础脑科学和神经/精神病学的发展。针对这些瓶颈，本项目拟发展和完善病毒介导表达系统，建立工具病毒库，融合基因打靶技术及重组酶系统，用于高特异、灵敏和灵活地标记和有效地研究神经元网络；结合系列的光敏工具病毒、转基因动物和MRI技术，建立和完善具有高时空间精准性、神经元选择性和网络灵活性的光激发（optogenetic）fMRI系统；以AD模型小鼠和猕猴为对象，验证这些新技术方法的有效性，并整合荧光显微断层成像（fMOST）、传统的分子细胞、电生理、行为学手段揭示AD发病过程中神经元网络在形态、结构、连接、功能和调制的改变时空模式，促进对AD发病机制的理解，为发现新的预防、诊断和治疗手段提供可借鉴的依据。

神经元网络是大脑行使一切功能的物质基础，是我们理解大脑功能机制的物质基础，其异常将导致各类神经精神疾病。本项目发展和完善的病毒介导表达系统，可用于高特异、灵敏和灵活地标记和有效地研究神经元网络，经改造的嗜神经病毒包括1型单纯疱疹病毒（α-HSV1）、伪狂犬病毒(PRV)、狂犬病毒以及其它可感染神经元的慢病毒、逆转录病毒、腺病毒和腺相关病毒等。现有的标记系统，存在众多的问题：制备流程复杂，所得病毒质与量都不能保证；病毒的毒性大，动物生存时间有限，影响功能研究；标识物的灵敏度低，影响网络的重构；标识物需要多样化，以满足不同的研究需求；辅助病毒的荷载量小，影响标记系统的灵活性；还不能用于功能研究等。我们在本项目执行过程中建立了系统的嗜神经病毒库，改造和开发了系列嗜神经工具病毒，申请相关专利六项，已基本满足在啮齿类动物中实现细胞类型特异，级数可控，方向可控，及高精细标记等需求。嗜神经病毒感染及跨突触机制研究为进一步减毒，控制传播方向，及活动依赖的跨突触等标记系统提供最可能的改造方案；结合系列光敏工具病毒和MRI 技术，建立和完善了具有高时空间精准性、神经元选择性和网络灵活性的光激发fMRI（ofMRI）系统。利用我们建立的嗜神经工具病毒库，开展了情感和记忆相关的神经环路研究，相关结果发表在Nature Neurosci， Nature Commum，eLife， J Neurosci等杂志上。