7月1日，国际学术期刊《美国科学院院刊》在线发表了中国科学院上海生命科学研究院神经科学研究所郭爱克研究组关于嗅觉感知过程中脑特定功能区域神经网络联结研究的重要成果，该研究成果揭示了脑特定功能区域内神经元微环路和产生气味选择性的信息转换机制。
人类大脑约有一千亿个神经细胞，形成具有1015联结数的复杂神经互联网络，这一复杂网络是人类智力产生的基础。因此，脑功能神经网络联结图谱被视为人类的“智力蓝图”，是脑科学研究面临的重大挑战，在研究中存在两大瓶颈问题，一是为了能记录活体状态下所有神经细胞的电活动，必需研发出能反映电活动的非侵入性微探针，在记录大量神经细胞电活动的同时，又有足够的时间和空间分辨率；二是目前还不能支持这样海量数据的解读，难以从中提取有关大脑工作的原理和规律信息。
郭爱克院士领导的研究小组独辟蹊径，发展了一种新型神经细胞双色钙成像技术（dual color calcium imaging），用于研究神经元之间、突触前与突触后之间在结构联结和功能上的相互关系，并利用该项技术揭示了果蝇嗅觉感知过程中气味选择性的编码机制，以及从嗅球的投射神经元到被投射的单个蘑菇体神经元微环路的信息转换机制。
当前，绘制人类“智力蓝图”已成为国际生命科学研究和未来发展的制高点。2013年2月，美国总统奥巴马在国会的国情报告中提出了“脑活动图谱计划”（BrainActivityMap），该计划的目标是做出活体状态下大脑内“每一个神经细胞上的每一个电脉冲”的图谱。中国科学院经过多年的研讨酝酿、组织队伍、凝炼目标，已于2012年11月率先实施启动了“脑功能联结图谱”战略性先导科技专项（B）。该项目与美国“脑活动图谱计划”的主要区别在于，是有所选择地描述各脑区特殊种类神经细胞群之间有功能的联结和运作，并根据脑科学发展态势和最新技术条件，选择几种重要的脑功能（感觉、情绪、学习记忆、决策），力求完整地描述在正常生理状态和病理状态下，这些承担重要功能的神经网络联结的构造和运作机制。
郭爱克研究组提出的新型神经细胞双色钙成像技术将可广泛应用于多种神经联结网络，以获取执行特定脑功能相关脑结构所有神经细胞电活动的动态信息，为最终完成绘制人类“智力蓝图”梦想做出贡献。（生物谷 Bioon.com）
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PNAS doi: 10.1073/pnas.1305857110
Hao Li, Yiming Li, Zhengchang Lei, Kaiyu Wang, and Aike Guo
Transformation of odor selectivity from projection neurons to single mushroom body neurons mapped with dual-color calcium imaging
Although the response properties of most neurons are, to a large extent, determined by the presynaptic inputs that they receive, comprehensive functional characterization of the presynaptic inputs of a single neuron remains elusive. Toward this goal, we introduce a dual-color calcium imaging approach that simultaneously monitors the responses of a single postsynaptic neuron together with its presynaptic axon terminal inputs in vivo. As a model system, we applied the strategy to the feed-forward connections from the projection neurons (PNs) to the Kenyon cells (KCs) in the mushroom body of Drosophila and functionally mapped essentially all PN inputs for some of the KCs. We found that the output of single KCs could be well predicted by a linear summation of the PN input signals, indicating that excitatory PN inputs play the major role in generating odor-selective responses in KCs. When odors failed to activate KC output, local calcium transients restricted to individual postsynaptic sites could be observed in the KC dendrites. The response amplitudes of the local transients often correlated linearly with the presynaptic response amplitudes, allowing direct assay of the strength of single synaptic sites. Furthermore, we found a scaling relationship between the total number of PN terminals that a single KC received and the average synaptic strength of these PN-KC synapses. Our strategy provides a unique perspective on the process of information transmission and integration in a model neural circuit and may be broadly applicable for the study of the origin of neuronal response properties.
