中文摘要：

神经元和神经网络电活动的形成机理和编码机制研究是当今神经科学前沿领域之一。申请人回国后（百人计划）主要成果有1）阐明动作电位爆发和传播机制低阈值和高阈值Na+ 通道亚型分别决定动作电位的爆发和向胞体、树突的反向传播；2）阐明轴突D－电流在模拟式信号传递（膜电位分级调控突触传递）中的关键作用；3）证明模拟信号传递调控反馈抑制环路，维持兴奋－抑制动态平衡。论文发表在《Nature Neurosci.》和《PNAS》。国外博士后期间主要成果有阐明皮层持续电活动的维持机制；创建轴突膜片钳技术，应用该技术首次提出并证明了中枢神经元间存在模拟信号传递。论文发表在《Nature》（2篇）、《J Neurosci.》等期刊上。近5年被他人引用621次。拟开展的工作将深入研究轴突离子通道和递质受体在神经元编码和神经环路功能中的作用，以期在细胞和网络水平阐明正常的脑功能机制和神经系统疾病的病理基础。

结论摘要：

该项目主要围绕大脑皮层神经元的信号处理机制开展研究，研究数码式信号—动作电位的发生和传播机制，探讨模拟式信号—膜电位依赖的突触传递对交互抑制环路的调节，以及轴突离子通道和递质受体在信号处理中发挥的作用。应用离体脑薄片标本和电生理记录方法，我们发现1）在皮层主要的两种抑制性中间神经元，即PV和SST神经元上，动作电位在轴突始段产生，轴突钠通道亚型的不同决定了这些神经元的动作电位发放阈值的差异。PV神经元的轴突始段主要表达Nav1.1和Nav1.6；而SST神经元除了这两种亚型，还表达有Nav1.2。2）在人脑皮层中，我们揭示了锥体神经元和抑制性中间神经元的轴突上钠通道亚型的表达模式，为阐明人脑神经元的兴奋性提供了分子基础。3）发现轴突上存在多巴胺受体和GABA受体，并调控轴突动作电位的波形，为神经调质调控神经元兴奋性和突触传递提供新的机制。4）发现抑制性递质GABA的非同步化释放随发育发生变化的现象，在皮层功能关键期前，非同步化递质释放较强，关键期后释放显著减弱，提示这种特殊的递质释放模式可能在皮层发育中发挥重要作用。5）发现GABA的非同步化释放在癫痫组织中增强的现象。在癫痫人脑组织和模型动物皮层组织中，非同步化GABA释放的时程变长和释放事件显著增多。其机制可能是抑制性中间神经元产生了高幅度的动作电位，导致突触前残留钙水平上升。6）阐明皮层网络兴奋和抑制平衡的机制，即突触前膜电位水平调控交互抑制环路的功能。突触前兴奋性神经元的膜电位去极化导致动作电位介导的在抑制性中间神经元上的EPSP增强和动作电位的发放概率上升和数目增多，从而在其他兴奋性神经元上产生更强的抑制。经过4年的研究，项目整体完成情况好，在PLoS Biology (IF=12, 三篇)，Cerebral Cortex (IF=8)，Journal of Physiology (IF=5)等国际期刊上发表多篇原创性研究论文，并受到国际同行的认可。期间项目负责人受邀多次参加国际会议并做报告，2011年获中科院青年科学家奖。