“腦功能聯結圖譜與類腦智能研究”先導專項研究進展和展望*

張 旭　劉 力　郭愛克 **1 中國科學院上海生命科學研究院神經科學研究所 上海 00031 中國科學院生物物理研究所 北京 1001013 中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心 上海 00031

“腦功能聯結圖譜與類腦智能研究”先導專項研究進展和展望*

張 旭1，3劉 力2郭愛克1，3 **
1 中國科學院上海生命科學研究院神經科學研究所 上海 200031
2 中國科學院生物物理研究所 北京 100101
3 中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心 上海 200031

對大腦的認知是人類認識自然和自身的終極挑戰，腦科學研究的核心是理解腦功能的結構及物質基礎。中科院在 2012 年啟動了戰略性先導科技專項（B 類）“腦功能聯結圖譜計劃”（Mapping Brain Functional Connections；簡稱：腦聯接圖譜；MBFC，2012—2020），目標是對特定腦功能的神經聯結通路和網絡結構的解析及模擬。專項代表了腦科學研究的戰略制高點，對揭示腦的工作原理、推動智能科學技術進步、增進人類身心健康等方面都具有十分重要的意義。專項設立以來，在感知覺神經環路發育和功能、視覺與本能恐懼行為的神經環路機制、情緒的神經環路編碼機制、成癮和抑郁癥等腦疾病機理、意識的神經基礎、基因編譯技術及腦疾病的非人靈長類模型、神經元分類和功能分析技術及其應用、神經環路雙色鈣成像方法、神經環路結構與功能研究工具開發、深度神經網絡芯片研制，以及資源庫與平臺建設等方面取得了一系列重要的科學發現和技術研發進展。我們將進一步按照專項十年規劃，開展腦認知科學、類腦人工智能技術、腦疾病早期診斷及干預 3 個前沿領域的科學研究，以及相關新技術研發和腦科技資源庫建設，發揮中科院在腦與認知基礎研究和技術研發等領域的引領作用。

神經元分類，神經環路，認知，腦疾病，非人靈長類模型

1 腦科學的重要性和腦先導專項啟動的及時性

人類大腦是自然界通過漫長進化而產生的最精細、最復雜、最優美和最成功的器官，腦科學是研究人、動物和機器的認知與智能的本質與規律的科學。智力的本質、創造性的來源以及理性、記性、忘性、個性、人性和決策的機制等都是腦科學的核心問題，對這些問題的理解將是有效預測、干預和推遲腦衰老，并創造出具有自我學習能力的人工智能系統的科學基礎。腦科學研究將拓展人類對自然和自身的認識，它對人類的知識創新、健康和幸福以及信息科學與人工智能、文化科學、社會科學、教育學、語言學等都將產生極大的輻射作用，對人類社會的進步和經濟發展有深遠的影響。經歷了60 年的神經解剖學和生理學研究，40 年的分子生物學研究，以及 20 年的腦核磁成像研究，腦科學正在實現研究策略的革命性轉變。大數據時代的腦科學必定是將基因組、蛋白質組、神經聯結組、腦網絡組等進行有效集成和大規模會聚的大科學。

對腦功能的破譯需要在多個層次上解析腦網絡系統的聯結方式與規則，最終得到腦網絡結構及其功能的“線路設計圖”，這是腦科學的戰略制高點。為了探討腦網絡圖譜這一重大問題，中科院經過近兩年的醞釀、準備和凝練，于 2012 年啟動了戰略性先導科技專項（B 類）“腦功能聯結圖譜計劃”（Mapping Brain Functional Connections；簡稱腦功能圖譜）。該專項是中科院首批啟動的 5 個 B 類先導專項之一，體現了中科院對腦科學研究及其重要性的高度重視。腦科學研究是世界各國 21 世紀重要研究領域，美國、歐洲和日本等國最近幾年先后啟動了腦計劃，而“腦功能聯結圖譜”先導專項的啟動先于這些國際重要腦研究計劃，充分體現了中國科學家富有遠見的戰略眼光和對國際重大科學研究方向的準確把握。腦功能圖譜先導專項的研究內容是中科院和項目總體組專家在充分發揮頂層設計作用的基礎上設定的，其科學內涵是針對特定腦功能神經聯結通路及其網絡結構的解析及模擬，不是全腦神經連接組學，而是限定在對特定腦功能的神經聯結網絡作圖。

2 腦功能聯結圖譜先導專項基本情況

“腦功能聯結圖譜”先導專項以中科院上海生命科學院神經科學所為依托單位，郭愛克院士為首席科學家，張旭院士為首席科學家助理，美國科學院院士、中科院外籍院士蒲慕明為首席科學家顧問；有中科院生物物理所、中國科技大學、心理所、遺傳與發育生物學所、昆明動物所、自動化所、武漢物理與數學所、深圳先進工業技術院、計算技術所和國家納米科學中心等 10 家單位，共 36 個課題組參加。2015 年，在中科院的統籌部署下，該專項進行了擴充，加入類腦智能研究領域，專項更名為“腦功能聯結圖譜與類腦智能研究”，在國際上首次實現了腦科學與智能技術領域的實質性融合，為腦智科學的發展和中國腦計劃的啟動打下了堅實基礎。

專項設立感知覺聯結圖譜、學習記憶和老年癡呆的腦功能聯結圖譜、情緒和抑郁癥聯結圖譜、抉擇與成癮的聯結圖譜、腦功能聯結圖譜關鍵先導技術 5 個項目，研究內容包括：在納米尺度主要聚焦神經元間突觸連接的信息傳遞及其分子調控、在微米尺度主要聚焦相互聯結且數量龐大的神經環路及其網絡、介觀層次對數百微米分辨率考察類似皮質功能柱的基本單元之間的聯結規律、宏觀層次毫米級空間分辨率研究不同功能腦區的聯結結構 4 個層次。專項從強調個體細胞的結構與功能到強調功能環路聯結圖譜，從眾多大腦功能模塊中選擇感知、學習、情感和抉擇 4 個基本模塊，每一基本模塊中再選一兩個子模塊作為重點研究對象，針對這些功能子模塊及相關疾病，深度解析感知覺、學習記憶、情緒、抉擇等腦功能聯結的組織構架規律，力圖揭示腦功能聯結異常與感知覺疾病、腦發育及退行性病變、抑郁等疾病的關系，研發基于腦功能聯結圖譜的相關疾病診斷與治療新策略，建立互聯、互通、合作、會聚的網絡型研究體系。

該專項力求完整地描述大腦的四類重要功能（感覺、情緒、記憶、決策）在正常態和病態期的神經網絡聯結的構造、運作方式和機制。目標并不在于描述全體神經細胞的全部聯接和電活動，而在于描述各個腦區特殊種類神經細胞群之間有功能的聯結和運作?？傮w目標主要包括：在腦功能聯結圖譜研究中取得原創性理論突破，闡明感知覺、學習記憶、情緒、抉擇等腦功能聯結的組織構架規律；揭示腦功能聯結圖譜異常與感知覺疾病、腦發育及退行性病變、抑郁、成癮等腦疾病的關系，研發相關認知疾病診斷與治療新策略；研發一批先進的高時空分辨率的顯微技術和設備，以及神經示蹤等技術；建立腦功能聯結數字文庫、腦功能聯結圖譜和公共信息中心。

3 腦先導專項主要研究進展

通過近 4 年的研究，在感覺信息加工的神經環路及皮層下通路、情緒及抑郁癥的神經環路及腦區、腦結構和智力發育、神經疾病非人靈長類動物模型、腦功能圖譜研究技術等研究方向上取得了重要進展，在 Nature、Science、Cell 等國際學術期刊上發表論文 300 余篇，并在深度神經網絡芯片等人工智能技術研發上取得了顯著進展，產生了較高的國內外影響力。

3.1感知覺神經環路發育、功能和疾病

（1）揭示了成纖維細胞生長因子（FGF13）對感知覺等起調節作用的機制。發現 FGF13 是調控腦發育和智力的重要基因；觀察到 FGF13 基因敲除小鼠呈現出大腦皮層和海馬的組織結構發育異常，學習記憶能力受到明顯損害。相關論文發表在 Cell［1］，并被 Neuron 雜志列為1999 年以來大腦皮層發育與疾病分子機制的主要進展之一。

（2）研究表明，雄甾二烯酮和雌甾四烯可在個體間有效傳遞性別信息，從而為人類性信息素的存在提供了有力證據。論文發表在 Current Biology［2］，并引起媒體廣泛關注，Science， Scientific American， Time 等國際知名媒體予以深度報道，該文的 Altmetric 分數（公共指數）為266，這在該雜志歷史上發表的所有文章中排名 26，跨期刊全部發表文章中排名位于前 1%。

（3）發現數字的本質是基于拓撲性質確定的知覺物體。獲取支持視覺認知基本單元的拓撲學定義的腦功能聯結組證據；腦功能成像研究發現拓撲性質激活杏仁核，支持“大范圍首先”理論假設的神經表達可能是皮層下通路［3］。

（4）解析了癲癇波的“活動聯結圖譜”特征。首次采用基于光遺傳學的同步光刺激和多腦區電記錄技術，在動物活體水平實現了對顳葉癲癇傳遞方向的精確解析和癲癇發作的有效控制。不同于人們傳統認為的“內嗅皮層—海馬—內嗅皮層”環路，研究提示顳葉癲癇的主要傳遞方向為“海馬—內嗅皮層”，興奮大腦海馬區中間神經元能直接阻斷顳葉癲癇的傳遞并非常顯著而有效地控制小鼠地癲癇發作［4］。這一對癲癇波的“活動聯結圖譜”特征的解析，有望為顳葉癲癇的治療提供重要的理論依據。

3.2視覺與本能恐懼行為的神經環路機制

（1）發現控制視覺逃跑的門控機制。研究發現，下丘腦多巴胺能神經元和后腦抑制性神經元組成的功能模塊，發現行為選擇可以發生在視覺信號向運動信號轉換的環節，揭示多巴胺能神經元和抑制性神經元組成的功能模塊控制動物行為的選擇。該工作發現的神經調質系統響應感覺刺激這一功能特點可能是人腦中一種普遍存在的神經機制，即神經調質系統接受和處理感覺刺激所攜帶的行為意義，進而通過調節感覺-運動神經通路，幫助動物做出相應的行為選擇。相關成果以該期亮點論文的形式發表在 Neuron［5］上。

（2）揭示恐懼反應的皮層下通路?！澳X功能聯結圖譜”專項通過跨項目組的聯合攻關，應用光遺傳技術、神經環路示蹤技術、動物在體多通道電生理記錄和行為學等手段，以小鼠為研究對象，解析了起源于皮層下感知覺整合中心之一的上丘的中深層興奮性神經元，經過對應于靈長類動物丘腦枕的丘腦外側后核，快速到達外側杏仁核的皮層下神經通路。上丘中深層興奮性神經元會特異性地響應天敵威脅的視覺刺激，通過丘腦的快速中繼通路將信號傳輸至外側杏仁核，并持續激活杏仁核神經元的活動。研究發現，該通路特異性地介導了動物本能恐懼反應產生［6］。此項研究成果首次證實富有爭議的皮層下通路的存在，并首次揭示了其在處理保守的本能恐懼情感中的關鍵作用，提出了皮層下通路在處理本能情感反應中的重要作用，為進一步解析精神疾病中情緒障礙發生的神經環路機制提供了新的研究思路。

3.3情緒的神經環路編碼機制

（1）繪制了情感價值的神經“地圖”。利用神經元活性標志分子 c-fos（原癌基因是一個瞬息基因）的mRNA 和蛋白表達時辰的差異，在同一動物腦中分別標記了嗎啡注射所激活的快感環路與足部電擊所活化的負面情緒環路，系統地觀察了這兩種相反情緒刺激在同一個腦中所對應的神經環路。該研究首次在大腦的多個腦區觀察到了對應不同情緒的表征形式與相互作用關系，包括分離、重合與交錯的編碼模式［7］。

（2）解析了韁核在抑郁癥發生發展過程中的分子和神經環路機制。韁核的過度激活所造成的對 VTA（中腦腹側背蓋區）中多巴胺能神經元的過度抑制可以解釋抑郁癥中快感缺失這一核心癥狀。在抑郁狀態下，韁核中鈣調蛋白激酶家族成員 βCamKII 蛋白的轉錄、表達出現顯著上調，并且這種蛋白水平的變化可以被抗抑郁藥物所逆轉［8］。提示了控制和治療抑郁癥等精神疾病的基因治療手段。

3.4成癮、抑郁癥等腦疾病機理

（1）發現褪黑素可阻斷 CDK5 基因介導的自噬和 α-核突觸蛋白聚集，進而阻止 MPTP 誘導的神經毒性和帕金森?。≒D）癥狀，有望用于帕金森疾病的早期干預［9］。

（2）發現多巴胺“回收”的新機制及其與可卡因成癮的關系，發現 GDNF 信號通路 Vav2 在可卡因成癮形成中發揮重要作用［10］。

（3）解析了抗抑郁藥氯胺酮的腦網絡作用機制，為理解抑郁癥的發病機理以及治療提供了新視角和分子靶點［11］。

（4）構建了抑郁癥腦網絡組圖譜，為基礎及臨床神經科學的研究提供了全新的研究工具。

3.5自我意識的神經基礎

首次證實恒河猴也具備識別鏡子中自我的能力。提示其大腦具備自我意識的神經機制，建立的獼猴模型可用于研究自我意識的神經基礎，該研究方法及其訓練方案為臨床治療自我意識的缺失提供了有用的線索。該工作填補了過去在動物認知功能演化上的空白，為自我意識的神經生物學探索了新疆域，文章發表在Current Biology［12］，并被作為當期亮點作了評論，文章發表后在Nature、Science、ABC News、CBS News、Reuters、Discovery News、新華社、《中國科學報》和科學網等百余家國內外主流科學雜志和媒體進行了報道和轉載。

3.6基因編譯技術及腦疾病的非人靈長類模型

（1）實現轉基因食蟹猴加速傳代。非人靈長類動物作為最接近于人的模式動物，在基礎研究和生物醫藥研究領域有重要的地位。在神經科學領域，非人靈長類動物模型對研究腦認知和腦疾病機理至關重要。然而，較長的性成熟周期是非人靈長類動物模型應用的一大阻礙。常用的非人靈長類實驗動物——恒河猴和食蟹猴的性成熟時間長達 4—5 年。通過利用野生型食蟹猴（14月齡）和前期構建的 MeCP2 轉基因食蟹猴（27月齡）作為精巢供體，將其精巢組織移植到去勢的裸鼠背部，經 10 個月的生長后開始出現有活力的精子。再將部分精子通過單精子注射入食蟹猴卵母細胞，將得到的受精卵移植到假孕受體，成功獲得了 2 只野生型食蟹猴和 4 只 F1 代 MeCP2 轉基因食蟹猴［13］。該工作加速了食蟹猴的精子生成速度，縮短了食蟹猴的繁殖周期，對于推動非人靈長類動物模型的應用具有重大意義。此外，該工作首次在靈長類水平證明了異種精巢移植產生的精子可以用來獲得健康的后代，對于青春期前的男性腫瘤患者生殖力保存具有一定的指導意義。

（2）首次建立穩定遺傳的轉基因自閉癥食蟹猴模型。采用慢病毒轉基因方法和 TALEN、CRISPR/Cas9 技術，實現了食蟹猴 MeCP2、FMR1 等基因的轉入和敲除，獲得了與孤獨癥等神經發育性疾病相關的轉基因或基因敲除食蟹猴模型，發現攜帶人類 MeCP2 基因的轉基因食蟹猴表現出一些與人類孤獨癥病人的類似癥狀（圖 1）。該工作首次得到穩定遺傳的轉基因自閉癥食蟹猴模型，建立了非人靈長類的孤獨癥行為學的分析范式，此研究系世界首個自閉癥非人靈長類模型，為深入研究自閉癥的病理與探索可能的治療干預方法提供了重要基礎。研究發表在Nature［14］，國際著名新聞媒體《紐約時報》《華爾街時報》、CNN、《英國每日電訊》、BBC 等第一時間給予跟蹤報道，國內新華社、中央電視臺等多家新聞媒體也給予報道與專訪。

3.7神經元分類及功能分析的新技術及應用

（1）通過單細胞 RNA 測序和功能分析對軀體感覺神經元進行了新的分類。建立了單細胞轉錄組高覆蓋檢測和在體神經元電生理記錄及類型鑒定技術，提出了新的軀體感覺神經元分類框架，鑒定出 10 種神經元類型（圖 2），及14 種神經元亞類，發現了4 種新的神經元類型，以及14 種新的神經元亞類，初步確定了神經元類型的感覺功能［15］。

（2）建立了 CRISPR/Cas9 介導的斑馬魚基因敲入技術。實現對不同神經元類型的特異性標記、活動記錄和功能操縱，為研究神經元在行為中的作用奠定了基礎［16，17］。

（3）建立了斑馬魚碳纖維電極檢測多巴胺釋放的電化學方法，為研究多巴胺能神經元的功能及其環路基礎提供了工具［18］。

3.8建立新的雙色鈣成像方法

發展了新的雙色鈣成像方法。對果蠅蘑菇體單個神經元的功能聯結組進行了繪制，實現了光學顯微鏡和電鏡的聯合使用，進一步對蘑菇體神經元的反應特性是如何由前級的投射神經元轉化而來進行了探討［19］，該工作對單個神經元的功能聯結組作圖提供了一種新的策略，并對果蠅蘑菇體中的信息傳遞和整合的過程提出了一種全新的視角。

3.9研發基于嗜神經病毒的神經環路結構與功能研究工具

（1）建立了系統的基因重組嗜神經病毒庫。包括偽狂犬病毒（PRV）、單純皰疹病毒（HSV）、狂犬病毒（Rabies virRV）、水皰性口炎病毒（Vesicular Stomatitis Virus，VSV）等（圖 3），構建了一系列的輔助病毒，以實現對神經環路的特異標記，并對PRV的傳播機制進行了探索。

圖3　利用重組VSV-GFP順行跨多突觸病毒追蹤小鼠大腦中海馬神經元的全腦輸出網絡。由于VSV-GFP高效的順行跨突觸及超強的熒光蛋白表達能力，在海馬腹側注射VSV-GFP 3 天后，可在脊髓中檢測到被標記的大量形態結構清晰的神經元。標尺：500微米

圖1　MeCP2 轉基因食蟹猴及其主要的行為學表型。A 新生的F1代轉基因食蟹猴；B 運動路徑示蹤，正常表型（左圖）與重復路徑（右圖）；C 重復刻板路徑的時間統計結果，轉基因組用時顯著高于野生對照組；D 配對社交實驗中社交時間統計結果，轉基因食蟹猴表現出社交能力的異常

圖2　雙熒光原位雜交實驗顯示了神經元種類的特異性標志分子在背根節感覺神經元中表達及分布情況。Nppb基因與Th基因分別在一類機械-熱傷害性感受神經元（C2）和一類低閾值機械感受神經元（C3）中表達。標尺：50微米

（2）在微觀成像方面，研發了基于掃描光片照明的新方法和裝置?，F有的STORM（隨機光學重構）方法由于對背景噪音敏感，通常只能用于厚度小于 1 微米的樣品。為克服此技術局限，研發的新方法和裝置可實現百微米至數毫米量級的組織厚樣品的超微熒光成像，并在線蟲上初步驗證了該技術的可行性。

3.10深度神經網絡芯片研制

（1）提出全球首個智能處理器指令集。（2）設計并實現了全球首個能夠“深度學習”的低功耗神經網絡處理器芯片（圖 4），并通過了初步階段的全部功能測試。從部件層次破解了性能與能耗挑戰，能夠運行主流深度學習（MLP/CNN/DNN）算法，相比傳統 CPU 提升百倍性能功耗比。

3.11資源庫與平臺建設

（1）建立了光感基因病毒資源庫、轉基因動物資源庫、突觸相關蛋白單克隆抗體庫、基于基因定點敲進的光遺傳與探針工具、Cre 依賴和非依賴的表達 TVA 和不同熒光蛋白的 AAV 和用于神經環路標記的示蹤工具病毒庫等多種資源庫。（2）初步建立了宏觀和微觀成像平臺（圖 5）、光遺傳學技術平臺、病毒示蹤平臺技術和高效基因操作平臺。（3）啟動了iBrain 大數據云計算平臺建設。主要用于腦科學各類數據的分享和計算，通過對不同來源數據的整合和共享，并依托該平臺進行遠程操作和計算，促進腦科學發展。

圖4　一組寒武紀深度學習神經網絡處理器芯片

圖5　擴散譜成像技術得到的人（左圖，分辨率為2.4 mm×2.4 mm×2.4 mm）和獼猴（右圖，分辨率為1.5 mm×1.5 mm×1.5 mm）全腦白質結構聯接圖譜

4 腦功能圖譜先導專項研究展望

腦先導專項將根據國際腦科學發展的新態勢，結合我國國情、特色和優勢，以理解腦認知功能的神經基礎為科學目標，以腦認知科學研究、腦機智能技術、腦認知障礙相關疾病早期診斷與干預 3 個前沿領域和相關新技術創建以及資源庫建設為主要研究領域，在未來 10—15 年內使中科院的腦與認知基礎研究整體達到國際先進水平，并在部分領域起到引領作用。腦先導專項未來將圍繞 3個方向開展研究：（1）從分子、細胞到腦網絡和整體水平揭示感知、學習記憶和思維等腦功能的神經機制，探索智力和創造性的神經基礎；（2）研究腦認知功能失常及情感障礙的神經網絡機制，構建相關疾病的早期診斷與干預體系，防治和延緩腦的衰老和疾病，促進國民的心理和精神健康，降低疾病的經濟與社會負擔；（3）在揭示自然智能本質的同時，在腦-機智能和類腦計算方面突破馮·諾依曼理論框架，催生新型信息產業。

智能社會的時代特征是萬物互聯，智能革命的大幕正在拉開。我們必須強化知識創新，力求提出新問題、新理論、新觀念、新原理、新技術，做到“有所發現，有所發明，有所創造，有所前進”。

致謝中科院神經科學所王錢福參與該文的資料整理和寫作等工作。

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張 旭神經科學家，中科院院士，中科院上海分院副院長，中科院上海生命科學院神經科學所研究員。1985年在第四軍醫大學獲醫學學士學位，1994年7月在瑞典卡羅琳斯卡醫學院神經科學系獲博士學位。1994年8月—1999年11月先后在第四軍醫大學神經科學研究所任講師、副教授和研究員。1999年12月至今在中科院上海生命科學院神經科學所任研究員、感覺系統研究組組長。長期從事神經系統疾病的分子細胞生物學機理研究，包括慢性痛和X-連鎖智力障礙。已發表論文110篇，論文被他人引用 5 000 余次，參編疼痛學經典教科書 Textbook of Pain 等專著。擔任國際疼痛研究協會第九屆研討會和第四屆亞洲疼痛會議主席。應邀在第九屆國際腦研究組織世界大會等學術會議作大會報告和專題報告60余次。兼任中國神經科學學會副理事長、中國細胞生物學學會副理事長和上海市神經科學學會理事長等職。曾獲何梁何利科學與技術進步獎等。E-mail: xu.zhang@ion.ac.cn

Zhang XuNeurobiologist working as a senior principal investigator at the Institute of neuroscience， Shanghai Institutes for Biological Sciences （SIBS）， Chinese Academy of Sciences （CAS）. He was conferred the Bachelor degree of Medicine from the Fourth Military Medical University （FMMU） in 1985. He received the Ph.D. in the Department of Neuroscience， Karolinska Institute， in 1994 in Sweden. He was appointed as lecture， associate professor and professor successively at the Institute of Neuroscience， FMMU during 1994—1999. He was recruited as a Professor and Principal Investigator of Laboratory of Sensory System in 1999 by the Institute of Neuroscience， SIBS， CAS. He was elected to be an Academician of the Chinese Academy of Science in 2015. Now he is the vice president of Shanghai Branch， CAS. Dr. Zhang's research is mainly focused on the molecular and cellular mechanisms of neural diseases， such as chronic pain and X-linked intellectual disability. He has found the changes in gene expression patterns of somatosensory ganglia and the spinal cord after nerve injury and inflammation， and several important mechanisms for regulating the functions of neuropeptides， opioid receptors and Na+/K+pump in the nociceptive sensory neurons， which provide theoretical basis for clinical pain treatment and drug discovery. His study also shows that fibroblast growth factor 13 （FGF13） stabilizes microtubule to regulate neuronal and brain development， which clarify underlying mechanisms of the mental retardation induced by X-linked FGF13 defect. Dr. Zhang has published 110 research articles and reviews， and contributed to the Wall and Melzack's Textbook of Pain. He co-chaired the 9th “International Association for the Study of Pain” Research Symposium and the 4th Asian Pain Symposium. He has given more than 60 lectures at the academic conferences， including a plenary lecture at 9th World Congress of International Brain Research Organization in 2015. He serves as vice presidents of Chinese Neuroscience Society and Chinese Society for Cell Biology， and president of Shanghai Society for Neuroscience. He was honored several awards including the Prize for Science and Technology from Ho Leung Ho Lee Foundation. E-mail: xu.zhang@ion.ac.cn

郭愛克男，神經科學家，中科院院士，中科院生物物理所、中科院上海生命科學院神經科學所研究員。1965年畢業于莫斯科大學生物物理學專業，1979年獲慕尼黑大學自然科學博士學位。 1979至今歷任中科院生物物理所助理研究員、副研究員、研究員。1982年11月—1984年6月、1987年4月—1987年8月德國馬普學會生物控制論研究所訪問學者。1993年12月—1994年6月德國烏爾茨堡大學生命科學中心遺傳教研室訪問和德國馬普學會生物控制論研究所訪問。1984—1991年任中科院生物物理所視覺信息加工研究室主任。1988年至今任中科院生物物理所學習記憶實驗室主任。1991—1995年任中科院生物物理所神經生物學室主任。1989—1997年任中科院生物物理所視覺信息加工開放實驗室學術委員會主任。1999年至今任中科院上海生命科學院神經科學所高級研究員，學習記憶實驗室主任。1999—2001年任亞太IBRO理事。2003—2008年任中科院神經科學所副所長。2000—2005年任“973”計劃“腦發育和可塑性基礎研究”項目首席科學家，2007—2008年任“973”計劃“腦結構與功能的可塑性研究”項目首席科學家。2004—2006年獲上海市勞動模范稱號，2006年獲何梁何利生命科學獎，2006年獲中科院先進工作者稱號，2008年獲亞太神經網絡協會杰出成就獎。2007年至今承擔國家自然科學基金重點資助項目“果蠅個體抉擇與群體抉擇的神經環路調控及神經遺傳學機制的比較研究”，承擔 2011年開始的科技部“973”計劃“人類智力的神經”課題。2012年起任中科院戰略性先導科技專項（B類）腦科學前沿與交叉研究項目“腦功能聯結圖譜”的首席科學家。E-mail: akguo@ion.ac.cn

Guo Aike Male， graduated from Department of Biophysics， Lomonosov Moscow State University， in 1965. He received Dr. rer. nat. （Summa Cum Laude） from Munich University， Germany， in 1979. He was a visiting scholar funded by Max-Planck-Society in MPI for Biological Cybernetics from 1982 to 1984. He became an academician of the Chinese Academy of Sciences （CAS） in 2003. Now he is a senior investigator and head of the Laboratory of Learning and Memory at Institute of Neuroscience （ION）， Shanghai Institutes for Biological Sciences （SIBS），and he is also research professor of State Key Laboratory of Brain and Cognitive Science， Institute of Biophysics， Chinese Academy of Sciences. During the past 22 years， he has been engaged in the study about the learning/memory and decision making using fruit flies （Drosophila）as a model organism. His long term goal is to precisely analyze neuronal circuit-network mechanisms underlying the minimal lower level intelligence in fly， in contrast to high level intelligence， such as consciousness， language， and emotion in humans or non-human primates， and to shed light “brain-mind problem” from “gene-brain-behavior” perspective. He was the principle researcher of State 973 Projects （Major State Basic Research Program Grant） “Brain Development and Plasticity” （2000-2005）； as well as “Brain Plasticity in Structure and Function”（2006-2008）， and now he is the principle researcher of the “Strategic Priority Research Program” of the CAS: Mapping Brain Functional Connections” （2012）. He has been awarded by HLHL Prize for Life Science in 2006； and Distinguished Scientist Award of Asia Pacific Neural Network Assembly in 2008. E-mail: akguo@ion.ac.cn

Progress and Prospect on Strategic Priority Research Program of “Mapping Brain Functional Connections and Intelligence Technology”

Zhang Xu1，3Liu Li2Guo Aike1，3
（1 Institute of Neuroscience， Shanghai Institutes for Biological Sciences， Chinese Academy of Sciences，Shanghai 200031， China；2 Institute of Biophysics， Chinese Academy of Sciences， Beijing 100101， China；3 Center for Excellence in Brain Science and Intelligence Technology， Chinese Academy of Sciences， Shanghai 200031， China）

The structure and function of the brain pose the ultimate challenge to human understanding of nature and of themselves. Analytics and simulation to the neural connection of certain brain functions are crucial to illuminating cognitive function and disorders and are the strategic commanding point of brain science， which are very important to reveal the principle of brain working and promote progress of intelligence science and technology， and improve the physical and mental health of human. Mapping brain functional connections is one of the five strategic priority research program according to the top design and meticulously organized， which consist of majority researcher of brain science in CAS. About 300 research papers have been published in the academic journal such as Nature， Science， Cell， and Neuron. A series of original innovation and breakthrough progress were achieved in neural circuit development and function of perception， neural circuit mechanism of visual and instinctive fear behavior， coding mechanism of emotional neural circuit， the mechanism of brain diseases such as addictions and depression， neural basis of self-conscious， gene encoding technology and non-human primates model of brain diseases， novel technology and application of neural classification and functional analysis， dual-color calcium imaging technology， the structure and function of neural circuits， deep neural network chip， construction of databases and platform. On the basis of preliminary studies， we will further aim to understanding neural basis of brain cognitive function， and focusing on three frontiers which are the brain cognitive science， brain-computer intelligent technology， early diagnosis and intervention of diseases， and creating technologies and databases. Successful complete of this program will make the overall research of brain and cognitive basis reached the international advanced level， and play a leading role in some areas.

The Strategic Priority Research Program of the Chinese Academy of Sciences， mapping brain functional connections， neural circuit， brain diseases and non-human primates monkey model， neural network

10.16418/j.issn.1000-3045.2016.07.002

*資助項目：中科院戰略性先導科技專項項目（B類）（XDB0200000）
** 通訊作者
修改稿收到日期：2016年7 月3日