近年來，隨着各種神經成像技術和神經信息處理手段的不斷豐富，腦研究逐步由認識大腦的結構和功能部件轉向認識更為深入的神經功能和系統性機理。在這一過程中，工程技術手段和數理方法的運用，人文社會科學的滲入，使得腦科學研究成為具有學科交叉和綜合特點的重要的科學前沿。
清華-IDG/麥戈文腦科學聯合研究院受麻省理工學院（MIT）麥戈文人腦研究院創始人麥戈文先生資助，成立於2011年，目標是凝聚神經科學與神經工程學科的優秀學者與研究生，建成世界一流的腦科學研究機構。目前研究院依託單位是清華大學生命學院，共建單位為清華大學醫學院。已擁有近20個獨立實驗室，三百多名在讀研究生與博士後。
與過去傳統意義上的細胞和分子層面的腦科學研究不同，本院的研究將專注於將最先進的工程科學技術的新發現和新進展應用到腦科學的研究中去，從而對如何理解大腦、重造大腦、保護大腦進行最為前沿的探索。
往年回顧：
一年內3篇Nature、3篇Neuron ！清華-IDG/麥戈文腦科學聯合研究院2020年成績斐然
祝賀：清華大學-IDG/麥戈文腦科學研究院十周年（含宣傳視頻）
下面，跟brainnews編輯部來一起回顧清華-IDG/麥戈文腦科學聯合研究院2021年發表的論文，更多詳細內容，請見官網。
果蠅節律神經元門控記憶消退的新機制
2021年2月5日，清華大學生命學院教授、清華IDG/麥戈文腦科學研究院研究員鍾毅及其課題組在Current Biology雜誌上在線發表題為「Clock neurons gate memory extinction inDrosophila」的研究論文。
該研究發現果蠅的節律神經網絡中存在着4對表達Cryptochrome的DN1節律神經元，發揮了門控消退型記憶形成的作用。
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Current Biology：鍾毅課題組報道節律神經元門控記憶消退的新機制
2021年2月17日，清華大學藥學院、清華-IDG/麥戈文腦科學研究院肖百龍研究組應邀在國際知名學術期刊Trends in Biochemical Sciences發表題為《機械敏感Piezo通道的結構設計和機械門控機制》（Structural Designs and Mechanogating Mechanisms of the Mechanosensitive Piezo Channels）的綜述文章，系統總結了哺乳動物機械門控離子通道Piezo1和Piezo2自2010年被發現報導以來的重要研究進展，包括其重要的生理病理功能、生物物理及藥理學特性、精巧的結構設計和獨特的機械門控機制，並對其進一步的深入研究進行了展望。
自10年前被發現以來，Piezo通道的重要生理病理功能在包括人類自身的多種物種中得以證實。同時，結構-功能研究揭示了其獨特的結構特徵和精巧的門控機制，使Piezo通道利用精巧的機械傳導機制，有效地將機械力刺激轉化為細胞信號。儘管目前為止有關Piezo通道的研究已經取得了顯著進展，但仍有許多懸而未決的問題有待解決。
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2021年3月16日，Cell Reports在線發表了清華-IDG/麥戈文腦科學研究院、清華大學生命科學學院研究員姚駿課題組標題為「Synaptotagmin-1 interacts with PI(4,5)P2 to initiate synaptic vesicle docking in hippocampal neurons」 的研究論文。
本項研究發現Syt1結合PIP2介導了突觸小泡的Docking的起始過程，其作用位置位於距質膜約12 nm處, 該過程不依賴於SNARE 複合物，且優先於SNARE 複合物的形成。通過這一研究，作者們發現了Docking起始態發生的位置和分子機制，為理解神經遞質的釋放過程，尤其是理解大腦在受到高頻生理刺激時神經元保持快速高效的響應，做出了重要貢獻。
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2021年3月16日，清華-IDG/麥戈文腦科學研究院、清華大學生命科學學院時松海團隊與劍橋大學戈登研究所Benjamin D. Simons團隊合作，在Cell Reports以長文形式發表了題為「Distinct progenitor behavior underlying neocortical gliogenesis related to tumorigenesis」的研究論文。
該研究結果不僅闡明了RGPs在神經元和不同神經膠質細胞發生中的不同行為和調控機制，也提示少突膠質細胞譜系發生可能與腦腫瘤起源密切相關。
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Cell Reports：時松海課題組揭示大腦新皮層神經膠質細胞發生程序
2021年3月29日，PNAS 在線發表了清華-IDG/麥戈文腦科學研究院、清華大學生命學院姚駿課題組標題為「miR-218-2regulates cognitive functions in the hippocampus through complement component 3-dependent modulation of synaptic vesicle release」 的研究論文。
研究發現miR-218-2基因在小鼠海馬中通過靶基因C3調節神經元的形態和突觸囊泡的轉運與釋放，進而影響神經元的突觸可逆性和LTP的發生，最終影響小鼠的認知功能。該研究揭示了的神經退行性疾病和神經精神疾病可能通過共通的miR-218相關機制產生認知障礙，為後續的疾病認知缺陷的治療提供了新的思路和方向。
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PNAS：清華姚駿組發現miR-218-2調節海馬認知功能及其機制
2021年7月6日，PLOS Biology在線發表了由清華大學生命科學學院、清華-IDG/麥戈文腦科學研究院姚駿課題組完成的題為「Synaptotagmin-7-mediated activation of spontaneous NMDAR currents is disrupted in bipolar disorder susceptibility variants」的研究論文。
該研究闡述了Sy7t通過誘發穀氨酸的自發釋放參與雙相雙相情感障礙（bipolar disorder, BD）發病的分子機理研究進展。
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PLOS Biology：姚駿組報道Syt7參與雙相情感障礙發病的新分子機理
2021年7月13日，PNAS在線發表了清華-IDG/麥戈文腦科學研究院、清華大學生命科學學院熊巍課題組標題為「PIEZO2 mediates ultrasonic hearing via cochlear outer hair cells in mice」的研究論文，詳細闡述了超聲聽覺的分子和細胞機制。
研究首先從無到有的開發了一系列技術和方法，結合小鼠遺傳學，鑑定Piezo2是超聲感知的分子之一，而且發現Piezo2是通過外毛細胞發揮作用的。該研究首次揭示了的超聲聽覺和超聲轉導的生物學機制，提示可能的聽覺解析頻率的新機制，為研究基於聽覺和言語的社交行為的相關神經機制提供新的動物模型。
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PNAS：清華熊巍課題組闡述動物超聲聽覺的分子和細胞機制
2021年7月19日，清華-IDG/麥戈文腦科學研究院、清華大學生命科學學院鍾毅課題組在eLife 在線發表標題為「Differential conditioning produces merged long-term memory in Drosophila」的研究論文，報道了一種存儲事件整體信息的融合記憶。
該研究發現，在剛剛經歷過危險事件後不久，動物的行為主要由短期維持的辨別記憶（discriminative memory）來主導，從而促使動物對於危險信號與安全信號來進行區分；而在經歷過危險事件很久以後，動物則會選擇一種基於融合記憶的更加保守的生存策略：它們對所有曾經出現在危險事件當中的感覺信息都進行逃避，從而避免自然界中潛在的危險。
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eLife：清華大學鍾毅課題組發現一種存儲事件整體信息的融合記憶
2021年8月27日，清華大學生命科學學院、清華-IDG/麥戈文腦科學研究院歐光朔實驗室在科學雜誌《Science》發表了題為「RNA編輯限制過度活化的纖毛激酶」（RNA Editing Restricts Hyperactive Ciliary Kinases）的研究文章（research article），報道了RNA編輯調控纖毛激酶的研究成果。
這項工作表明激酶活性的信息被負反饋到激酶自身的RNA，通過編輯抑制其翻譯，從而限制激酶活性。蛋白質活性在基因轉錄水平上調控蛋白的生成廣為人知，但是蛋白質活性在轉錄後水平上通過RNA編輯限制該蛋白的翻譯則鮮有報道；這項工作豐富了我們對病理狀態下遺傳信息傳遞的認識。纖毛疾病相關蛋白不是理想的藥物靶標，纖毛疾病的臨床治療一直是相關領域的難點和痛點。這項工作表明纖毛激酶異常導致的纖毛缺陷可以通過抑制細胞核內的腺苷脫氨酶進行挽救，提示了纖毛疾病「纖毛外」干預的新思路。近年來人類基因組的外顯子測序鑑定到大量與遺傳疾病相關的變異，將這類突變引入模式動物，開展遺傳抑制子篩選，有望開發遺傳疾病治療的新策略。
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學術快報|清華大學歐光朔實驗室報道RNA編輯調控激酶的機理
2021年8月31日，清華大學醫學院、清華－北大生命科學聯合中心、清華-IDG/麥戈文腦科學研究院郭增才課題組在Neuron在線發表題為「A Cortico-basal ganglia-thalamo-cortical Channel Underlying Short-term Memory」的研究論文，揭示皮層、基底節和丘腦形成的多腦區網絡如何促進工作記憶（的短時記憶成分）的形成。
研究結果表明皮層-基底節-丘腦-皮層環路共同調控工作記憶信息的產生，基底節系統的功能失調不僅導致帕金森和亨廷頓舞蹈症等運動疾病，還對工作記憶功能產生重要影響。
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Neuron：短時記憶形成的新環路機制
2021年9月14日，清華大學生命科學學院、清華-IDG/麥戈文腦科學研究院歐光朔實驗室在《Proc Natl Acad Sci U S A》雜誌發表了題為「微絲去分支在細胞遷移和不對稱細胞分裂中調控細胞極性」（ Actin filament debranching regulates cell polarity during cell migration and asymmetric cell division）的文章，報道微絲骨架去分支在細胞遷移和不對稱細胞分裂中的調控作用。
歐光朔實驗室通過體外的微絲聚合實驗發現POD-1能夠使Arp2/3介導生成的微絲網絡去分支，對內源性POD-1蛋白的熒光實時成像分析結果表明 POD-1與遷移的神經前體細胞前緣的Arp2/3共定位，發現POD-1在神經前體細胞中的條件性敲除導致了細胞內微絲組裝、細胞極性和細胞遷移的缺陷；而POD-1在線蟲早期胚胎內的敲低阻斷了Arp2/3的運動，並影響了極化的皮質流（cortical flow），最終導致細胞命運決定因子的對稱分離。這些結果表明，在遷移的神經前體細胞和不對稱分裂的胚胎中，細胞通過微絲去分支來組織微絲網絡和細胞極性。
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學術快報|清華大學歐光朔實驗室報道微絲骨架去分支在細胞遷移和不對稱細胞分裂中的調控作用
2021年9月29日，PNAS 在線發表了清華-IDG/麥戈文腦科學研究院、清華大學生命學院熊巍課題組標題為「An L1 retrotransposon insertion induced deafness mouse model for studying the development and function of the cochlear stria vascularis」的研究論文。
作者鑑定了一株耳聾小鼠品系299的致病突變和致病機理，利用一系列技術和方法，鑑定了L1是229小鼠的致病突變，血管紋組織發育障礙是299小鼠的致病機制。該研究首次報道了一株逆轉座子在非編碼基因區導致耳聾的小鼠，揭示了血管紋發育的過程，提示了可能的血管紋發育和功能相關新基因，為研究L1基因調控功能和血管紋發育和功能提供了新的動物模型。
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PNAS：清華熊巍課題組闡述動物超聲聽覺的分子和細胞機制
2021年9月24日，清華大學醫學院、清華-北大生命科學聯合中心、清華-IDG/麥戈文腦科學研究院郭增才課題組於Frontiers in Neuroanatomy 在線發表了題為「Multi-Scale Light-Sheet Fluorescence Microscopy for Fast Whole Brain Imaging」的研究論文。
該研究報道了光片熒光顯微鏡非常適合多尺度成像，通過結合光片平鋪、自動變倍、自動切片與組織膨脹透明技術，可實現從細胞到亞微米空間尺度對小鼠全腦的高速成像。
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清華大學郭增才課題組開發兩種光學成像技術助力單神經元形態重構
2021年11月9日，清華大學生命科學學院、清華-IDG/麥戈文腦科學研究院張偉課題組在Cell Reports 雜誌發表了題為「A Neural Circuit Integrates Pharyngeal Sensation to Control Feeding」的文章，報道咽喉中機械力感受調節果蠅進食的機制。
研究結果表明，位於大腦中的神經環路可以整合進食過程中產生的機械力刺激和動物自身的營養狀態，協同調控進食行為。
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Cell子刊：清華張偉組報道整合咽喉信號調節果蠅進食的神經環路
2021年11月17日，著名神經科學家、清華大學藥學院、清華-IDG/麥戈文腦科學研究院魯白教授領導的團隊在Cell Research 上發表了題為「AnAppknock-in rat model for Alzheimer’s disease exhibiting Aβ and tau pathologies, neuronal death and cognitive impairments」的研究論文。
該採用了CRISPR/Cas9基因敲入技術，在大鼠體內實現了人源App基因的替換，同時攜帶了Swedish, Beyreuther/Iberian和Arctic三個人類家族突變（AppNL-G-F），而不改變App蛋白及其片段在腦內的時間和空間的表達水平。該AppNL-G-F大鼠動物模型的建立，將成為驗證基於突觸修復的新型治療策略的有效工具。
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Cell Research：清華魯白團隊開發出首個阿爾茨海默症的大鼠模型文章來源：清華IDG麥戈文腦科學研究院官微
編輯：brainnews編輯部
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