哥伦比亚研究人员获得NIH BRAIN Initiative资金

美国国家卫生研究院的“大脑计划”是奥巴马总统去年发起的一项为期12年的新研究计划。该计划最近向58个项目提供了资助，这些项目将开发新技术，以捕捉行动中的单个脑细胞和复杂的神经回路。

这些新工具使对大脑的更深入的了解成为可能，最终可能导致新的治疗方法和治疗大脑疾病，如抑郁症、帕金森症和自闭症。美国国立卫生研究院院长弗朗西斯·s·柯林斯博士说:“我们在大脑研究方面想要做的事情和使探索成为可能的现有技术之间有很大的差距。”“这只是一段雄心勃勃的旅程的开始，我们对其可能性感到兴奋。”

哥伦比亚大学医学中心的研究人员领导或共同领导三个BRAIN Initiative项目，如下所示。哥伦比亚大学神经科学家的脑活动图提案拉斐尔·尤斯特医学博士他是生物科学和神经科学教授，也是美国生物科学研究所的联席主任哥伦比亚大学卡弗里脑科学研究所，对脑计划的创建至关重要。

阿提拉Losonczy记忆是如何形成的

在夜间，睡眠中的缓慢脑电波会被神经元活动的爆发间歇性地打断，神经元活动会在大脑的记忆中心发出短暂但强烈的涟漪。

这些涟漪非但没有破坏性，反而是一天活动的心理回放，被认为是将我们的一些经历转化为长期记忆的关键。

了解这些波纹是如何产生的是理解为什么有些经历会被记住而有些会被遗忘的关键，但对纽约大学、加州大学欧文分校和布兰迪斯的医学博士阿提拉·洛松兹和他的同事来说，这些波纹也是第一次解码脊椎动物整个大脑回路的一种方式。

到目前为止，只有无脊椎动物的简单电路被绘制和解码，而在老鼠身上解码完整电路的提议是大胆的。

“整合所有不同的技术来充分理解一种行为背后的大脑回路，这在哺乳动物中是前所未有的，”洛松茨博士说，他是P&S的神经科学系助理教授哥伦比亚大学卡弗里脑科学研究所和哥伦比亚的朱克曼心脑行为研究所．

一个挑战是，当产生纹波时，如何同时捕捉电路不同部分的活动。用传统的电极是不可能记录这些数据的，但在洛松茨的实验室里，可以用荧光高分辨率显微镜一次记录活的动物体内数百个神经元的活动，捕捉每个神经元在放电时发出的闪光。

在项目结束时，该团队希望建立一个完整而准确的大脑回路计算机模型——包括产生涟漪的每一个细胞和突触。

Losonczy博士在接受Kavli基金会采访时说，这些结果将“为哺乳动物大脑中情景记忆形成和存储的机制，以及脊椎动物一般的网络计算机制提供具有变革意义的见解”。(请阅读对洛松兹博士的采访全文卡夫的基础网站。)项目名称为"面向存储器重放电路基础的完整描述”。

奥利弗Hobert博士蠕虫神经科学如何照亮复杂大脑

只要按下开关，神经科学家现在就可以用激光打开活体大脑中特定类型的神经元，从而对每种类型神经元的功能有前所未有的了解。

这项技术被称为光遗传学，当光激活蛋白被插入到被研究的神经元中时就会起作用。但是，将蛋白质导向特定的神经细胞类型是一个挑战。

“目前，操纵大脑中特定神经元的能力有些有限。通常情况下，多种类型的细胞被光遗传学工具激活，所以很难解释这些实验，”神经科学家奥利弗·霍伯特说。“我们需要的是把这些蛋白质驱动到非常特定的神经元上的工具——只是你想研究的神经元。”

霍伯特博士是P&S生物化学与分子生物物理系的教授，他认为被称为秀丽隐杆线虫的小蠕虫可能有答案。

几年来，在他的实验室里，简单的秀丽隐杆线虫被用来了解神经系统中惊人的细胞类型多样性是如何产生的。对蠕虫和脊椎动物的研究表明，神经系统中的大多数基因在神经系统中许多不同类型的细胞中表达。开发工具来驱动非常特定的神经元类型的基因表达似乎是一个重大的挑战。

霍伯特博士转而研究基因之外的调控DNA，也就是所谓的基因组暗物质，这些区域指明了细胞的特性。他最终发现秀丽隐杆线虫神经系统中的每一种细胞都有自己独特的DNA条形码。这种条形码被用来启动特定的基因，从而创造每个细胞的独特特征。

在大脑计划的资助下，霍伯特博士将在老鼠体内寻找相同类型的区域。如果它们存在，那么神经科学家就有办法将光遗传蛋白插入到复杂脊椎动物大脑中非常特定类型的神经元中。他说:“对蠕虫有效的方法也应该对小鼠有效，最终的结果将为神经科学家提供更强大的工具。”

拨款的标题是"开发神经元类型特异性基因表达的驱动因子”。

理查德•曼博士了解果蝇行走时的运动回路

http://youtu.be/Nkf7Ov7crSE

对于大多数人来说，走路似乎不需要太多脑力。但在现实中，把一只脚放在另一只脚前面——如果你是一只苍蝇的话，是3英尺——只有在神经系统的运动回路和感觉回路之间进行复杂的相互作用后才会发生。

单靠电机电路就能产生来回摆动双腿所需的节奏。更细微的运动需要感觉回路，使动物能够根据环境改变速度、方向或步态。

大脑如何整合所有的感觉信息来引导运动仍然是未知的，但更好的理解可能会导致洞察发生在帕金森病、中风和脊髓损伤的运动障碍。

果蝇为解开这些回路提供了一个很好的方法，因为这很容易操纵它们的基因——例如，关闭它们六条腿上的感觉神经元。新的工具——包括生物化学和分子生物物理系的理查德·曼开发的工具——现在可以测量它们行走(和飞行)的能力。

曼恩博士与加州理工学院、哈佛大学和普林斯顿大学的研究小组合作，现在将使用这些技术来识别苍蝇移动时使用的所有神经回路。通过大脑成像，他们将观察这些回路在果蝇在跑步机上行走或在风洞中飞行时的活动。

最终，研究人员计划创建一个感官引导运动的计算机模型，这可能有助于开发机器人假肢和替代受损感觉的设备。

项目名称为"感觉-运动通路综合功能映射”。