董毅教授团队在《Cell》子刊发表最新研究成果

来自华东师范大学的研究人员首次在体外人类神经网络中诱导出学习记忆的基础长时程增强和长时程抑制功能,从而发现人工神经网络也可以存在学习记忆的基础功能。这一研究发现在线发表在《Cell》子刊《iscience》杂志上。

          华东师范大学博士生导师董毅教授

华东师范大学博士生导师、青少年健康评价与运动干预教育部重点实验室董毅教授是这篇论文的第一作者及并列通讯作者。据了解,董毅教授是著名的神经生物与干细胞研究专家,本科毕业于中国医科大学临床医学专业,后于复旦大学获得硕士和博士学位。2004年起在复旦大学上海医学院医学神经生物学国家重点实验室工作,主要研究方向为抑郁症及药物成瘾疾病中突触调控机制的基础研究;2014-2017年于美国威斯康星大学(麦迪逊)做博士后研究,研究方向为人类胚胎干细胞诱导分化神经元对运动损伤和神经精神疾病的治疗及基础研究、体外培养人类胚胎干细胞诱导分化的运动神经网络中可塑性和认知基础的电生理功能研究。2018年12月起在华东师范大学青少年健康评价与运动干预教育部重点实验室工作,在Cell Stem Cell、iScience、BBA Molecular Cell Research、PNAS、Biol Psychiat、J Neurosci、Cell Mol Life Sci等杂志发表SCI论文31篇;主持多项自然科学基金项目并作为研究骨干参与973重大研究项目以及国家自然科学基金重点项目,其中《神经甾体对突触前谷氨酸释放的作用和机制》项目获得教育部自然科学奖二等奖。

        董毅教授团队在《Cell》子刊《iscience》上发表文章截图

 董毅教授带领的研究团队,2020年2月21日在《Cell》子刊《iscience》上发表了题为“人类胚胎干细胞诱导分化的体外神经网络突触传递可塑性(Plasticity of Synaptic Transmission in Human Stem Cell-Derived Neural Networks)”的研究性论文, 该论文首次在体外人类神经网络中诱导出学习记忆的基础长时程增强和长时程抑制功能,从而发现人工神经网络也可以存在学习记忆的基础功能。同时该论文还采用唐氏综合征患者的iPSC诱导分化为神经网络进行比较,发现唐氏综合征患者体外神经网络存在严重的学习记忆功能基础的缺陷。

一直以来,受限于取材,人类脑神经网络实验难以全面深入的进行研究,而采用人类胚胎干细胞诱导分化的体外神经网络给该研究提供了可能。然而对于体外培养的人类神经网络究竟是否存在与脑内类似的功能仍然是个未知数。而该研究则从这两方面展开,首先采用人类胚胎干细胞ChR2-EYFP细胞系分化的谷氨酸能神经元与H9细胞系分化的GABA神经元进行共培养,探索了构建具有功能的人类体外神经网络的标准,并进一步采用光遗传方法和特殊的光刺激程序创造性的解决了体外神经网络无法寻找神经回路的难题,从而在该神经网络中发现了学习记忆的功能基础,从而创新性的证明通过一定的方法,是可以实现构建具有一定脑功能的体外神经网络的。

该研究结果首次为构建具有学习记忆功能的体外人类神经网络提供了金标准,并为研究人类学习记忆高级脑功能和脑疾病提供了实用的模型,从而为深入研究多种人类神经精神疾病的机制提供了坚实的基础,同时为神经精神药物筛选提供了可靠的平台,对推进神经精神药物的开发提供了动力。同时该研究为计算神经科学建立学习记忆模型提供了神经生物学的基础,为生物计算机和类脑人工智能提供了新的突破线索。

该研究所建立的体外神经网络模型简洁而有效,首次找到了能够具有学习记忆功能的体外神经网络培养和构建的方法,为疾病研究和人类脑功能研究提供了可靠的平台。此项研究是人造脑探索中具有里程碑意义的进步,为未来人的类脑科学、生物计算机和运动神经科学研究奠定了坚实的基础。