撰稿 | AiBrain 内容团队
排版 | AiBrain 编辑团队

AiBrain综合中国神经科学学会、研究特点对研究领域进行划分，形成了23个领域，包括（1）神经发育、结构及疾病（2）神经递质及离子通道（3）突触传递及神经元兴奋性（4）神经环路（5）胶质细胞等23个细分领域（全部分类见文末）。

为了细化呈现神经科学的发展方向，AiBrain整理了2022年度Science、Cell、Nature三大主刊神经科学文章，并将其根据以上细分领域进行统计。

本期是Science期刊。

去年一年，可以看到并非所有领域都有机会登上Science主刊。目前发文最多的当属「神经发育/结构及神经发育疾病」领域（例如自闭症等疾病也归于此类）；其次是神经退行性疾病（6篇）以及神经科学技术与方法（5篇）和生物节律及睡眠（5篇），紧随其后的是感觉及运动（4篇）、脑疾病诊治（4篇）和衰老及神经变性（4篇），接着是胶质细胞（3篇）、突触传递及神经兴奋性（3篇）和本能行为/动机（3篇），然后是学习记忆（2篇）、人工智能（2篇）和神经代谢/内分泌及内稳态（2篇）。综上，可以看到对神经系统疾病的探索仍是目前研究的主流。

值得注意的是，去年共有4篇Science来自国内实验室，另外有2篇Science的第一作者已加入国内高校（复旦大学和西湖大学）。

蜜蜂脑部瞬时激活的多巴胺信号调控食物欲望

国内实验室-01

项目完成人：

苏松坤 福建农林大学

详细解读：

Science | 多巴胺能够激活蜜蜂的“食物欲望”？中国科学家首次揭示昆虫的食欲激活系统

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蜜蜂也会跳舞，而且还有多巴胺？研究蜂蜜已有二十余年的福建农林大学动物科学学院（蜂学学院）副院长苏松坤最近又有新发现，相关论文发表在 Science。巧合的是，刚刚过去的 5 月 20 日，也是世界蜜蜂日。

图 | 苏松坤（左一）和学生（来源：苏松坤）

在此次工作中，他关注的是蜜蜂采完食物回到蜂巢之后，会表现出一种跳舞行为，从而告诉其它的蜜蜂蜂巢外面有食物。

早在 2010 年，苏松坤就解剖了跳舞蜜蜂和采集花粉蜜蜂的脑部，通过检测生物胺类的神经递质，发现了跳舞蜜蜂和采集花粉蜜蜂脑部多巴胺水平较高，同时还检测到五羟色胺等生物胺类化学物质。

他说：“当时就觉得比较奇怪。我们的最初目的是研究蜜蜂的跳舞行为。在发现跳舞和采集食物的蜜蜂脑部存在多巴胺之后，我们也检测了不同劳动分工的蜜蜂脑部的生物胺类的神经递质，借此发现了一些差异，但是规律并不明显。”

后来，随着研究的深入，本次论文的共同第一作者赵元洪在实验过程中，把定点采集的蜜蜂个体一个一个标记起来。通过标记，可以监测到每一个个体的采集行为和跳舞表现。另外，赵元洪还把蜜蜂脑部的解剖做得非常漂亮，为研究打下不错的技术基础。

图 | 蜜蜂和花朵（来源：苏松坤教授）

接着，第一作者黄景南对蜜蜂的五种不同状态进行研究，分别是到达食物源、吃饱、回到蜂巢开始跳舞、跳舞结束、以及实验结束后的安静状态。

最开始，该团队想找出蜜蜂脑部里面的哪些分子激发并支撑着跳舞行为。测试之后发现，多巴胺的变化很有规律：蜜蜂开始跳舞时，多巴胺水平升高；蜜蜂结束跳舞时，多巴胺水平降低。另外，在蜜蜂飞向食物源的过程中，多巴胺水平升高；吃饱后，脑部多巴胺水平降低。

后面，课题组一直在猜测，多巴胺是否和跳舞有直接关系？随后，他们通过实验去验证这一假设。之后，又根据多巴胺在高等动物里的一些功能，提出另外一种猜测，即多巴胺和食物欲望有关系。

提出这一假设的原因在于：蜜蜂到达食物源之后，虽然没有跳舞，但是脑部多巴胺也升高了。研究中，课题组也通过隧道实验排除了第一个猜想，于是他们觉得多巴胺可能和食物欲望有更直接的关系。

图 | 苏松坤教授和学生（来源：苏松坤）

以人类为例，多巴胺是一种很重要的神经递质，与生理、心理、行为等息息相关。鉴于此，张曌楠、封王江两位同学进一步聚焦多巴胺的功能。通过查资料，他们发现多巴胺在其他生物体内也非常重要。

针对这个假设，该团队又设计了相应的实验。在论文中，研究一主要展示所发现的现象和规律，研究二和研究三则是来验证这一猜想。

在研究二中，他们通过药物将蜜蜂体内的多巴胺信号阻断，即对多巴胺受体进行抑制，结果发现蜜蜂采集食物的频率变慢了，且每一次采集往返的时间也有所延长。其中，总时间包括飞行时间和待在蜂巢里面的时间，实验结果发现待在巢内的时间延长，而飞行时间没有太大变化，这说明多巴胺拮抗剂使得蜜蜂的采集欲望降低。

在研究三中，为进一步研究多巴胺和食物欲望的关系，课题组设计了饥饿实验，随后发现蜜蜂饥饿到两个小时的时候，多巴胺明显增高；但是到四个小时的时候，多巴胺水平并未升高，有点类似“低血糖”。

这说明蜜蜂和人一样，饥饿的时候寻找食物的欲望也会增加。同时，该团队也通过正向激励进行验证，即通过多巴胺激动剂提高多巴胺的浓度。期间采用了一个研究蜜蜂气味学习记忆的模型，其类似于巴甫洛夫的条件反射实验。

（来源：Science）

苏松坤表示，蜜蜂有非常好的气味学习记忆能力，它们的气味学习记忆能力比我们人类要强得多。

在实验中，他们先给蜜蜂一种气味刺激，其实就是一种挥发性的化学物质，然后用糖水触碰它的触角，它的吻和口器就会伸出来。借此他们发现，多巴胺的浓度和信号增强以后，蜜蜂对于食物相关的气味学习记忆能力有所增强，这也让多巴胺与食物欲望的关系得到验证。

4 月 28 日，相关论文以《蜜蜂脑部瞬时激活的多巴胺信号调控食物欲望》（Food Wanting is Mediated by Transient Activation of Dopaminergic Signaling in the Honey Bee Brain）为题，发表在 Science 上。硕士研究生黄景南、张曌楠、封王江和赵元洪为共同第一作者，苏松坤和法国图卢兹第三大学教授马丁·朱尔法（Martin Giurfa） 教授为通讯作者。

图 | 相关论文（来源：Science）

此外，苏松坤补充称：“蜜蜂跳舞行为试验季节性很明显，一般在 9 月到 12 月，福建的秋季是最适宜开展蜜蜂跳舞行为试验的时间，也就是外界蜜源少、秋高气爽的时候，蜜蜂会很兴奋地去采人工提供的糖水回巢跳舞。”

序列记忆的大脑表征性几何结构

国内实验室-02

项目完成人：

王立平 中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心

详细解读：

揭示序列记忆的大脑表征性几何结构

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2022年2月11日，Science 期刊以长文形式发表了题为《序列工作记忆在猕猴前额叶表征的几何结构》的研究论文。该研究由中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心（神经科学研究所）、中国科学院灵长类神经生物学重点实验室王立平研究组、上海脑科学与类脑研究中心闵斌副研究员和北京大学生命科学学院唐世明课题组合作完成。

在该研究中，科学家训练猕猴记忆由多个空间位置组成的序列，并利用在体双光子钙成像技术记录猕猴大脑前额叶皮层的神经元活动。

研究人员发现神经元以群体编码的形式表征了序列中的每一个空间位置，并在这些表征中发现了类似的环状几何结构。该研究推翻了经典序列工作记忆模型的关键假设，为神经网络如何进行符号表征这一难题提供了新的见解。

声音通过皮质丘脑回路诱导镇痛

国内实验室-03

项目完成人：

张智 中国科学技术大学

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Science丨0成本镇痛？中科大张智和NIH刘元渊团队发现声音调控疼痛的神经机制

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疼痛，由于其发病机制复杂且不明确，现有治疗手段有限，患者的满意度不足，是临床治疗的难点，已成为世界范围内导致失能寿命损失（Years lived with disability）的首要原因。长期的疼痛伴发焦虑、抑郁等负性情绪，降低药物敏感性和治疗效果，形成恶性循环。

张智团队早期已报道了一系列疼痛相关的文章。

例如：

慢性疼痛诱发抑郁行为（Nature Neuroscience，2019）

抑郁症诱发躯体疼痛的神经环路机制（Nature Neuroscience，2021）

大脑小胶质细胞参与调控这些神经环路的异常活动（Neuron，2021）

这些研究提示，痛觉系统可以与多个系统交互作用，如情绪系统，甚至是其它感知觉系统。基于此，团队提出，靶向调控这些交互作用的神经系统，是否可以缓解疼痛？特别是物理调控相关的感知觉刺激，如音乐、光照和芳香等，既无创又易获取，副作用小或无，可实现临床的转化。

音乐自古以来被用作表达、唤起及传递情感的媒介。《Science》期刊早在1960年并报道声音（音乐、噪音）不仅调节情绪，还能产生镇痛效果。随后越来越多的研究发现，不同类型的音乐，甚至自然声和噪音等，均有缓解疼痛的效果，如牙科手术中的电钻声音。然而，半个世纪以来，声音镇痛的关键因素及神经机制尚不清楚。

2022年7月，中国科学技术大学生命科学与医学部张智团队与美国国立卫生研究院刘元渊团队及安徽医科大学陶文娟团队合作，在Science期刊发表题为 Sound induces analgesia through corticothalamic circuits 的研究成果，论文综合采用在体电生理记录、深部钙成像、病毒示踪以及神经调控等手段，深入揭示了声音镇痛的神经机制。

应激识别并介导恢复性睡眠的中脑特异性神经环路

国内实验室-04

项目完成人：

董海龙 空军军医大学西京医院

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Science | 空军军医大学西京医院董海龙课题组合作研究发现睡眠缓解应激压力的中脑神经环路

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7月1日，空军军医大学西京医院董海龙教授课题组和英国伦敦帝国学院William Wisden & Nicolas P. Franks课题组联合在国际顶刊《Science》发表题为《应激识别并介导恢复性睡眠的中脑特异性神经环路》的研究论文。

该研究系统解析了急性社会冲突性应激刺激特异性激活的中脑神经环路，阐明了应激后睡眠改变缓解焦虑情绪的关键机制，为解决极端冲突任务环境下精神心理健康防护奠定了理论基础，也为未来寻找新的治疗应激所致焦虑策略提供了靶点。

控制多巴胺释放的远端轴突中的动作电位启动机制

一作刘长亮博士现已加入西湖大学

项目完成人：

Pascal S. Kaeser 哈佛大学

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Science背后的故事 | 哈佛中国学者揭示多巴胺远端轴突动作电位启动和调控的机制

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“该论文的直接意义在于，回答了多巴胺在轴突末梢的释放和调控问题。我们发现乙酰胆碱可以直接在多巴胺神经元末梢诱发动作电位，并与多巴胺的同步释放，从而对运动实现精细调控。”对于自己的最新 Science 论文，刘长亮总结称。

图 | 刘长亮（来源：刘长亮）

同时，该论文更深层次的意义在于，如能认识到多巴胺作用的本质，那么将来完全可以绕过多巴胺系统去治疗相关疾病。即我们对事物的理解越清楚，可以干预的手段就越多。基础研究的魅力就在于此。

3 月 24 日，相关论文以《控制多巴胺释放的远端轴突中的动作电位启动机制》（An action potential initiation mechanism in distal axons for the control of dopamine release）为题，发表在 Science4。其中一位审稿人评价称，该成果令人“耳目一新”。

过度兴奋的觉醒回路导致衰老过程中睡眠不稳定

第一作者李世斌博士现已加入复旦大学

项目完成人：

Luis de Lecea 斯坦福大学

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Science | “后三十年睡不着“——李世斌博士等揭示老龄化过程中睡眠碎片化的神经机制

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人的一生中有三分之一左右的时间在睡眠中度过。好的睡眠质量对人的身心健康有着至关重要的作用。一夜好眠不但可以有效恢复体力和脑力，而且有助于维持精神健康和增强免疫力。随着年龄的增长，睡眠质量会逐渐降低。老年人的睡眠质量下降通常表现为入睡困难，慢波/深度睡眠减少，早醒，特别是睡眠碎片化会严重降低睡眠在脑力和体力恢复中的功能及效率 。然而，伴随着老龄化的睡眠碎片化（睡眠失稳）现象的神经机制尚不清楚。

2022年2月25日，斯坦福大学的Luis de Lecea教授领导的研究团队在Science上发标了题为Hyperexcitable arousal circuits drive sleep instability during aging的研究长文（李世斌博士为本文的lead author），研究揭示了衰老过程中睡眠碎片化背后的调控机制。

接下来，让我们一起看看2022年Science各领域的文章吧！希望大家站在巨人的肩膀上，百尺竿头，2023年更进一步！

1. https://www.science.org/doi/10.1126/science.add4679

2. https://www.science.org/doi/10.1126/science.ade9097

1. https://www.science.org/doi/10.1126/science.adc9020

2. https://www.science.org/doi/10.1126/science.abl6773

3. https://www.science.org/doi/10.1126/science.abm5224

1. https://www.science.org/doi/10.1126/science.abl8007

2. https://www.science.org/doi/10.1126/science.abj3986

Science | 肠道菌群通过直接与大脑对话，调控食欲并维持体温

1. https://www.science.org/doi/10.1126/science.abq7860

2. https://www.science.org/doi/10.1126/science.abq5011

3. https://www.science.org/doi/10.1126/science.abk0637

4. https://www.science.org/doi/10.1126/science.abi8654

5. https://www.science.org/doi/10.1126/science.abl5163

6. https://www.science.org/doi/10.1126/science.abm7285

1. https://www.science.org/doi/10.1126/science.abm6222

2. https://www.science.org/doi/10.1126/science.abm0151

3. https://www.science.org/doi/10.1126/science.abd5926

4. https://www.science.org/doi/10.1126/science.abk0297

1. https://www.science.org/doi/10.1126/science.add1884

2. https://www.science.org/doi/10.1126/science.abn6264

3. https://www.science.org/doi/10.1126/science.abo2059

4. https://www.science.org/doi/10.1126/science.abl6422

Science丨仅仅一个氨基酸的改变，让现代人类大脑胜过尼安德特人？

5. https://www.science.org/doi/10.1126/science.abp8202

6. https://www.science.org/doi/10.1126/science.abp9186

7. https://www.science.org/doi/10.1126/science.abp9262

8. https://www.science.org/doi/10.1126/science.abp9444

Science封面！丨受伤的大脑如何自行恢复？华大成功构建全球首个脑再生时空图谱

9. https://www.science.org/doi/10.1126/science.abq4515

10. https://www.science.org/doi/10.1126/science.abo7257

Science丨耶鲁大学马少捷博士后测量4个物种超60万个细胞转录组：人类确实存在可能导致精神疾病的特异基因表达

11. https://www.science.org/doi/10.1126/science.abq2960

12. https://www.science.org/doi/10.1126/science.abf9088

13. https://www.science.org/doi/10.1126/science.abm2461

14. https://www.science.org/doi/10.1126/science.abl5584

15. https://www.science.org/doi/10.1126/science.abe8457

16. https://www.science.org/doi/10.1126/science.abf5546

17. https://www.science.org/doi/10.1126/science.abk2346

18. https://www.science.org/doi/10.1126/science.abi7377

19. https://www.science.org/doi/10.1126/science.abo0924

20. https://www.science.org/doi/10.1126/science.abm1741

1. https://www.science.org/doi/10.1126/science.abp8852

Science | 快速眼动睡眠期的眼球运动是有意义的！并且与梦境中的视线一致！

2. https://www.science.org/doi/10.1126/science.abn0853

Science | 空军军医大学西京医院董海龙课题组合作研究发现睡眠缓解应激压力的中脑神经环路

3. https://www.science.org/doi/10.1126/science.abk2734

4. https://www.science.org/doi/10.1126/science.abl6618

5. https://www.science.org/doi/10.1126/science.abh3021

1. https://www.science.org/doi/10.1126/science.abo3355

2. https://www.science.org/doi/10.1126/science.abn0532

Science背后的故事 | 哈佛中国学者揭示多巴胺远端轴突动作电位启动和调控的机制

3. https://www.science.org/doi/10.1126/science.abj5861

1. https://www.science.org/doi/10.1126/science.abf7052

2. https://www.science.org/doi/10.1126/science.abm0204

1. https://www.science.org/doi/10.1126/science.abn7065

2. https://www.science.org/doi/10.1126/science.abn9920

Science | 多巴胺能够激活蜜蜂的“食物欲望”？中国科学家首次揭示昆虫的食欲激活系统

3. https://www.science.org/doi/10.1126/science.abg7277

1. https://www.science.org/doi/10.1126/science.add4391

2. https://www.science.org/doi/10.1126/science.abn4663

Science丨0成本镇痛？中科大张智和NIH刘元渊团队发现声音调控疼痛的神经机制

3. https://www.science.org/doi/10.1126/science.abn2479

Science & Sci Adv.丨为什么喜欢贴贴？科学家发现抚摸不仅能让我们感到愉快，还能镇痛

4. https://www.science.org/doi/10.1126/science.abf6805

1. https://www.science.org/doi/10.1126/science.abh4340

2. https://www.science.org/doi/10.1126/science.abm8797

3. https://www.science.org/doi/10.1126/science.abm2461

4. https://www.science.org/doi/10.1126/science.abl8532

哪里疼就冰哪里！给神经降温，《Science》新研究开启止痛革命

5. https://www.science.org/doi/10.1126/science.abj7564

Science︱中国神外专家的合作研究成果首次登顶Science杂志

1. https://www.science.org/doi/10.1126/science.abq6656

Science丨裘依辰等开发基因疗法，通过Fos驱动钾通道治疗癫痫等大脑紊乱疾病

2. https://www.science.org/doi/10.1126/science.abo3566

3. https://www.science.org/doi/10.1126/science.abl5130

4. https://www.science.org/doi/10.1126/science.abn7570

AiBrain研究领域划分：

（1）神经发育、结构及疾病（2）神经递质及离子通道（3）突触传递及神经元兴奋性（4）神经环路（5）胶质细胞（6）生物节律及睡眠（7）麻醉、镇静及意识（8）感觉及运动（9）本能行为、动机奖赏及成瘾（10）学习记忆（11）注意及决策（12）社会行为（13）情绪情感（14）神经代谢、内分泌及内稳态（15）脑血管及循环与其它系统相互作用（16）神经炎症及免疫（17）神经肿瘤（18）衰老及神经变性（19）神经科学技术与方法（20）脑机接口、神经工程（21）神经退行性疾病（22）脑疾病诊治（23）类脑与人工智能。