研究概述

周景峰实验室研究动物行为与认知的神经环路机制。结合使用行为、认知、系统与计算神经生物学方法(例如大小鼠复杂行为任务、在体多通道电生理、钙成像、光遗传学和机器学习等),我们试图找到学习、记忆和决策等行为过程中隐藏的认知变量与神经元活动之间的对应关系。

实验室的长期目标是为了回答这样一个问题:我们如何理解周围的世界?已经有很多证据表明,大脑使用“认知地图”来表征外部环境中事物以及它们之间的联系,从而指导我们注意、感觉、预测、学习、记忆、决策和运动。神经元——大脑处理信息的基本单元——通过复杂连接构成神经环路,实现复杂的脑功能。因此,我们希望通过研究跨脑区群体神经元的放电活动规律,揭示认知地图功能在大脑中实现的机制,从而回答最开始提出来的问题。

认知地图是大脑对外部环境建立的模型。关于模型,统计学家George Box有一句名言:“所有(统计学)模型都是错误的,但有些是有用的”。这句话可能也适用于认知地图——大脑建立的认知模型并不能完美反映现实,但是应该有助于动物在当前任务中获得最大的效用。我们最近的工作(Zhou et al., Curr. Biol., 2019a,b)提供了支持这个想法的一些证据。

另外,大脑构建的认知地图可能会随着时间逐渐演变。在经历了一件事情之后,比如“昨天在实验室学习多通道电生理记录实验”,我们对于这件事情的记忆会保持一段时间,包括时间和地点等。过了几个月,具体的情景细节会被遗忘,但是一些抽象的知识——如何做清醒行为动物的电生理记录——却保留了下来。和这个想法一致,我们最近发现,在学习过程中,大鼠前额叶皮层神经元活动对几个相似任务的编码表现出从“具体特异”到“抽象泛化”的演变过程(Zhou et al., Nature, 2020)。

关于认知地图的神经机制——特别是在神经环路水平——我们仍然知之甚少。参照过去其它领域的研究,我们可以推测出许多有意思的假说。例如,认知地图在海马的编码可能和具体的情景记忆相关,而前额叶皮层可能更侧重编码抽象知识。在验证这些和其它新的假说的过程中,我们距离问题的答案会越来越近。

基于过去的工作,实验室目前主要关注以下研究方向:情景信息和抽象知识在神经环路水平的编码;过去经历和知识对新的学习和行为的影响;以及这些神经机制和功能在精神疾病状态下的改变。




中心简介

北京脑科学与类脑研究中心(Chinese Institute for Brain Research, Beijing; http://www.cibr.ac.cn/ )成立于2018年3月22日,作为北京市重点推进建设的新型研发机构之一,将结合北京“全国科技创新中心”的战略定位,围绕国家重大项目研究方向,建立协同创新、科学高效的运行机制,力争在脑科学与类脑科学研究领域实现前沿技术突破。中心由北京市政府与中国科学院、北京大学、清华大学、北京师范大学、中国医学科学院、中国中医科学院等单位联合共建,实行理事会领导下的主任负责制,将重点围绕共性技术平台和资源库建设、认知障碍相关重大疾病、类脑计算与脑机智能、儿童青少年脑智发育、脑认知原理解析五方面开展攻关,实现前沿技术突破,在脑科学与类脑研究领域产出一批重大原始创新成果,成为国际一流的脑科学与类脑研究研发机构。