仿生三維神經(jīng)電極研究新進(jìn)展

清華大學(xué)航天航空學(xué)院、柔性電子技術(shù)研究中心馮雪教授課題組與浙江清華柔性電子技術(shù)研究院、浙江大學(xué)謝濤教授團(tuán)隊(duì)合作，開展用于外周神經(jīng)電刺激與信號(hào)采集的形狀記憶基仿攀爬纏繞電極的研究。研究成果發(fā)表于Science Advances。外周神經(jīng)電刺激與信號(hào)采集在治療一些藥物難治性疾病如癲癇、抑郁、心衰、假肢等方面具有十分重要的臨床意義。研究團(tuán)隊(duì)通過力學(xué)理論并與信息、材料、化學(xué)等學(xué)科深度交叉，發(fā)展了一種能夠在體溫驅(qū)動(dòng)下自動(dòng)攀爬至外周神經(jīng)束上的三維螺旋形纏繞電極，依靠自然粘附形成穩(wěn)定且柔性的電極—神經(jīng)束界面，為外周神經(jīng)調(diào)控技術(shù)在臨床上的應(yīng)用提供了新思路。

仿攀爬纏繞電極用于外周神經(jīng)調(diào)控示意圖（圖片來源于清華大學(xué)新聞中心網(wǎng)站）

自然界中的纏繞植物及力學(xué)模型（圖片來源于清華大學(xué)新聞中心網(wǎng)站）

柔性可拉伸傳感器研究進(jìn)展

中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院生物醫(yī)學(xué)與健康工程研究所微創(chuàng)中心王磊研究員等開展了基于微通道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的室溫液態(tài)金屬超高可拉伸傳感器研究，提出了一種微通道的優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高基于液態(tài)金屬柔性可拉伸傳感器的靈敏度。研究成果發(fā)表于Scientific Reports。柔性傳感器是可穿戴醫(yī)療、機(jī)器人等領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。柔性應(yīng)變傳感器已經(jīng)成為未來發(fā)展智能器件的重點(diǎn)研究方向，其在人機(jī)交互系統(tǒng)、電子皮膚、人體運(yùn)動(dòng)行為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。研究團(tuán)隊(duì)利用有限元仿真優(yōu)化結(jié)果，設(shè)計(jì)制備柔性可拉伸傳感器，為實(shí)現(xiàn)人體手指、手腕等關(guān)節(jié)等運(yùn)動(dòng)精準(zhǔn)測(cè)量提供了可行性方法。

活體繪制腦功能連接組

浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院系統(tǒng)神經(jīng)與認(rèn)知科學(xué)研究所王菁教授（Anna Wang Roe）團(tuán)隊(duì)突破了一項(xiàng)腦網(wǎng)絡(luò)研究新方法，他們借助7T功能磁共振系統(tǒng)（fMRI）的成像優(yōu)勢(shì)，并結(jié)合紅外光神經(jīng)刺激（Infrared Neural Stimulation），開發(fā)出紅外光神經(jīng)刺激功能磁共振整合技術(shù)（INS-fMRI），并在活體腦中獲得亞毫米級(jí)的腦連接組，使我們能更快速、更系統(tǒng)、更清晰地看清“大腦交通圖”，了解信息的傳遞。研究論文發(fā)表于Science Advances。該方法可以被用于系統(tǒng)性地逐個(gè)刺激皮層功能柱，從而全面地描繪靈長(zhǎng)類亞毫米水平連接組。這項(xiàng)新技術(shù)將為繪制高分辨率功能柱的全腦網(wǎng)絡(luò)圖奠定基礎(chǔ)，為大規(guī)模全腦功能連接研究奠定基礎(chǔ)。

智能交通人機(jī)協(xié)同研究進(jìn)展

中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所作為第一作者和通信作者單位與英國(guó)克蘭菲爾德大學(xué)、清華大學(xué)、美國(guó)印第安納大學(xué)—普渡大學(xué)印第安納波利斯分校、西安交通大學(xué)等單位合作研發(fā)了平行駕駛系統(tǒng)，研究成果發(fā)表于IEEE Intelligent Transportation Systems Magazine。平行駕駛系統(tǒng)是以“ACP平行理論”為基礎(chǔ)，兼具運(yùn)營(yíng)管理、在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)、應(yīng)急駕駛安全接管等功能的先進(jìn)云端網(wǎng)聯(lián)自動(dòng)駕駛管控系統(tǒng)。平行駕駛系統(tǒng)能夠真正解決人機(jī)協(xié)同混合智能的建模、車車通信、車路通信和車云通信問題，并顯著降低智能車系統(tǒng)的開發(fā)成本，高性能計(jì)算實(shí)驗(yàn)控制模塊可提升現(xiàn)有的無人駕駛汽車安全系數(shù)。

大規(guī)模神經(jīng)元形態(tài)重建和分析

廈門大學(xué)信息學(xué)院智能科學(xué)與技術(shù)系張俊松與國(guó)內(nèi)外科學(xué)家合作，提出一種新的三維神經(jīng)元簇重建工具G-Cut。研究成果發(fā)表于Nature Communications。為了度量神經(jīng)元胞體與神經(jīng)突起間的關(guān)聯(lián)性，從已有的帶有標(biāo)注的大規(guī)模神經(jīng)元形態(tài)學(xué)數(shù)據(jù)集統(tǒng)計(jì)分析得到其規(guī)律和形態(tài)學(xué)信息。然后將神經(jīng)元簇的重建問題轉(zhuǎn)化為神經(jīng)突起之間連接所形成的拓?fù)溥B接圖的圖分割問題，并結(jié)合神經(jīng)元形態(tài)學(xué)規(guī)律和信息，在所有的神經(jīng)突起與神經(jīng)元胞體的關(guān)聯(lián)性中尋找重建問題的最優(yōu)解。通過在不同的合成數(shù)據(jù)集及真實(shí)的腦組織圖像數(shù)據(jù)集上測(cè)試，和已有的方法相比，G-Cut在不同密度和不同規(guī)模的神經(jīng)元簇圖像上均獲得了更高的重建正確率。

從神經(jīng)元簇自動(dòng)重建單個(gè)神經(jīng)元的工作流程（圖片來源于廈門大學(xué)新聞網(wǎng)）

感知抉擇皮層環(huán)路機(jī)制因果性研究新進(jìn)展

中國(guó)科學(xué)院神經(jīng)科學(xué)研究所、腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心、神經(jīng)科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室徐寧龍研究組解答了一個(gè)具有廣泛爭(zhēng)議的科學(xué)問題：后頂葉皮層及相關(guān)神經(jīng)環(huán)路在抉擇過程中發(fā)揮什么作用——后頂葉皮層在信息歸類感知抉擇中的因果性作用。研究成果發(fā)表于Nature Neuroscience。后頂葉皮層（Posterior Parietal Cortex，PPC），是大腦中一個(gè)處理多種感覺、運(yùn)動(dòng)信息的聯(lián)合腦區(qū)，能夠接收來自視覺系統(tǒng)、聽覺系統(tǒng)和軀體感覺系統(tǒng)的信息傳入，同時(shí)它的主要輸出目標(biāo)是與運(yùn)動(dòng)相關(guān)的腦區(qū)：背外側(cè)前額葉皮層、次級(jí)運(yùn)動(dòng)皮層、額葉視區(qū)、紋狀體等。其在大腦網(wǎng)絡(luò)中處在感覺—運(yùn)動(dòng)整合的關(guān)鍵樞紐位置。

新型精準(zhǔn)基因治療實(shí)現(xiàn)視覺修復(fù)

中國(guó)科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)生命科學(xué)與醫(yī)學(xué)部薛天教授課題組與中國(guó)科學(xué)院神經(jīng)科學(xué)研究所仇子龍研究員課題組合作，開發(fā)出新型精準(zhǔn)基因編輯方法，并結(jié)合遺傳性視網(wǎng)膜色素變性動(dòng)物模型，實(shí)現(xiàn)了對(duì)視網(wǎng)膜色素變性小鼠在體精準(zhǔn)基因矯正和視覺修復(fù)的治療。研究論文發(fā)表于Science Advances。視網(wǎng)膜遺傳性疾病的發(fā)生，會(huì)導(dǎo)致患者視覺損傷，嚴(yán)重影響了患者的生活質(zhì)量。視網(wǎng)膜色素變性作為一種常見的遺傳性眼科疾病，其表征為患者在出生后伴隨著嚴(yán)重的夜盲，視覺區(qū)域逐漸減小直至徹底失明。CRISPR-Cas9基因編輯是治療遺傳性疾病的潛在手段之一。

恐懼情緒的新環(huán)路

浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院李曉明教授課題組發(fā)現(xiàn)了一條由丘腦網(wǎng)狀核介導(dǎo)的從皮層至丘腦的神經(jīng)環(huán)路，參與調(diào)控動(dòng)物恐懼性逃避行為。研究成果發(fā)表于Nature Neuroscience?？謶质且环N當(dāng)機(jī)體面臨可能會(huì)對(duì)生存產(chǎn)生威脅性刺激時(shí)產(chǎn)生的情緒反應(yīng)。對(duì)于生物體而言，面對(duì)危險(xiǎn)性刺激產(chǎn)生迅速有效的應(yīng)對(duì)是保障物種生存和延續(xù)的關(guān)鍵。在長(zhǎng)期的進(jìn)化過程中，面對(duì)不同的環(huán)境時(shí)，生物體往往會(huì)進(jìn)化出適應(yīng)性的行動(dòng)策略。該研究利用光遺傳技術(shù)雙向證明了皮層—丘腦網(wǎng)狀核—丘腦這樣一條三級(jí)環(huán)路在調(diào)控動(dòng)物的防御性逃跑行為中的關(guān)鍵作用，該環(huán)路是杏仁核介導(dǎo)的恐懼行為的重要上游。