出版物
2022
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(2022) 自然计算科学。 摘要
钙成像已被广泛采用的能力，从大型神经元群体的记录。在神经活动的时间过程中，已经广泛应用于种群峰值活动的降维方法可能是特别有用的。然而，目前尚不清楚用于spike活性的降维方法是否适用于钙成像。因此，我们对基于标准降维方法的设计选择进行了系统的研究。我们还开发了一种同时进行反褶积和降维的新方法(称为CILDS)。CILDS最准确地从钙成像中恢复了单次试验，低维时间过程，而这些时间过程本可以从峰值活性中恢复。在幼体斑马鱼和小鼠的钙成像记录上，CILDS也优于其他方法。更广泛地说，这项研究为在不同的实验环境中使用降维方法总结大型神经元群体的钙成像记录奠定了基础。
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(2022) 细胞与发育生物学前沿“，” 10日, 875044. 摘要
了解神经元如何在大脑中相互作用以控制动物行为是神经科学的核心目标之一。荧光显微镜和基因编码钙指标的最新发展导致了斑马鱼全脑成像方法的建立，该方法以单细胞分辨率记录全脑容量的神经活动。全脑成像的开创性研究使用定制的光片显微镜，其操作依赖于商业开发和维护的软件，而全球范围内没有。因此，在研究界推广和开发该技术一直具有挑战性。在这里，我们介绍了PyZebrascope，这是一个开源的Python平台，用于使用光片显微镜在斑马鱼中进行神经活动成像。PyZebrascope具有直观的用户界面，并支持全脑成像的基本功能，如两个正交激励束和眼部损伤预防。它的摄像头模块可以处理高达800 MB/s的图像数据吞吐量，从摄像头采集到文件写入，同时保持稳定的CPU和内存使用。它的模块化架构允许包括显微镜控制和图像处理的先进算法。作为概念的证明，我们实现了一种新的自动算法，通过精确地将激发光束对准图像焦平面来最大化大脑中的图像分辨率。PyZebrascope可以在虚拟现实环境中对鱼的行为进行全脑神经活动成像。 Thus, PyZebrascope will help disseminate and develop light-sheet microscopy techniques in the neuroscience community and advance our understanding of whole-brain neural dynamics during animal behaviors.
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(2022) 神经元。 110年, 1 - 12页。 摘要
电机系统必须不断调整其输出以保持所需的轨迹。虽然有节奏运动背后的脊髓回路被很好地描述了，但对于网络如何调节其输出强度却知之甚少。一个主要的挑战是很难从脊髓神经元记录行为。在这里，我们使用电压成像来绘制整个幼体斑马鱼脊髓中大量谷氨酸神经元的膜电位，在虚拟环境中进行虚拟游泳。我们描述了先前未描述的强直刺突腹侧V3神经元亚群，其刺突率与游泳强度和回合长度相关。光遗传激活V3神经元导致更强的游泳和更长的发作，但不影响尾拍频率。V3神经元的遗传消融导致运动适应能力降低。电压成像的力量使我们能够确定V3神经元是斑马鱼运动适应的关键驱动因素。
2019
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(2019) 科学。 365年, 6454年, p . 699 - 704 摘要
基因编码电压指示器(GEVIs)能够在高空间和时间分辨率下监测神经元活动。然而，现有的GEVIs的实用性受到荧光蛋白和视紫红质的亮度和光稳定性的限制。我们设计了一种名为Voltron的GEVI，它使用明亮且光稳定的合成染料，而不是基于蛋白质的荧光团，从而将体内同时成像的神经元数量延长了10倍，并使成像时间相对于现有的GEVI明显更长。我们使用Voltron对小鼠、斑马鱼和果蝇进行体内电压成像。在小鼠皮层中，Voltron允许单次试验记录来自数十个神经元的峰值和亚阈值电压信号，持续成像时间为15分钟。在幼体斑马鱼中，Voltron使刺突时间与行为的精确关联成为可能。
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(2019) 自然的方法。 16日, 8， p . 763 - 770 摘要
目前监测GABA (γ -氨基丁酸)的技术，脊椎动物的主要抑制性神经递质，不能跟踪完整神经回路中的瞬态。为了开发GABA传感器，我们应用了用于创建荧光谷氨酸受体iGluSnFR的设计原则。我们使用来自先前未测序的荧光假单胞菌菌株的蛋白质，并进行结构引导诱变和文库筛选，以获得基于强度的GABA传感荧光报告(iGABASnFR)变体。iGABASnFR基因编码，检测急性脑切片中传入纤维的电刺激引起的GABA释放，并在小鼠和斑马鱼体内产生易于检测的荧光增加。我们应用iGABASnFR追踪线粒体GABA含量及其由抗惊厥药物、游泳诱发、GABA介导的斑马鱼小脑传输、间歇高峰和清醒小鼠癫痫发作期间的GABA释放事件，并发现GABA介导的张力在异氟醚麻醉期间下降。
2018
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(2018) 细胞的报告。 25， 3. 640 - 650. - e2 p。 摘要
神经网络重塑是记忆生活经历的基础，但人们对神经群体的长期可塑性知之甚少。为了研究大脑如何编码偶发性事件，我们使用延时双光子显微镜和基于Arc启动子内突触活动响应元件(E-SARE)增强形式的神经可塑性荧光报告器，在反复遇到不同环境的小鼠中跟踪数千个CA1海马锥体细胞数周。每个环境都会唤起整体神经可塑性的特征模式，但随着每一次遭遇，被激活的细胞会逐渐进化。在反复暴露后，由个别环境引起的可塑性模式逐渐稳定下来。与年轻的成年小鼠相比，老年小鼠的可塑性模式对单个环境的特异性较低，在重复经历中也不太稳定。海马可塑性模式的长期巩固可能支持长期记忆的形成，而老年受试者的较弱巩固可能反映了记忆功能的下降。
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(2018) 自然化学生物学。 14日, 4， p . 352 - 360 摘要
我们开发了一种新的方法，利用简单但可扩展的定向进化策略，将复杂蛋白质设计成多维规格。通过机器人挑选在显微镜下被鉴定为表达同时表现出几种特定特性的蛋白质的哺乳动物细胞，我们可以在短短几个小时内在一个文库中筛选数十万个蛋白质，沿着多个性能轴评估每个蛋白质。为了证明这种方法的威力，我们创建了一个基因编码的荧光电压指示器，同时优化其亮度和膜定位使用我们的显微镜引导细胞选择策略。我们生产了高性能视蛋白荧光电压报告器Archon1，并通过在急性小鼠大脑切片和体内幼体斑马鱼中成像峰值和毫伏级阈下和突触活性来证明其实用性。我们还测量了秀丽隐杆线虫光遗传学控制神经元的突触后反应。
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(2018) 神经科学的研究。 129年, p。32-39 摘要
脊椎动物大脑中的血清素系统与各种行为和疾病有关。它在运动控制中的作用已经被研究了半个多世纪，但由于血清素能神经调节的复杂性，建立其功能的统一模型的努力一直受到阻碍。本文综述了血清素能系统的解剖结构、血清素能系统与大脑其他区域的传入和输出连接，以及血清素能系统中感觉运动计算的最新研究进展，并对血清素能系统在运动控制中的作用进行了展望。
2016
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(2016) 细胞。 167年, 4， 933 - 946. - e20 p。 摘要
为了做出准确的动作，动物必须不断地使自己的行为适应身体和环境的变化。动物可以学习移动指令和移动距离之间关系的变化，然后调整指令强度以达到预期的移动距离。目前还不清楚是哪个电路实现了这种形式的运动学习，以及如何实现的。通过对幼体斑马鱼的全脑神经元成像和电路操作，我们发现血清素能中缝背核(DRN)介导短期运动学习。血清素能的DRN神经元对游泳诱导的视觉运动有阶段性反应，但对非自我产生的运动反应不大。在长时间接触给定的运动感觉增益时，持续的DRN活动出现，存储运动命令的学习效果，并适应未来的运动驱动数十秒。DRN追踪运动意图有效性的能力可能构成了血清素能系统更广泛功能的计算构件。
2014
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(2014) 神经元。 84年, 1， p . 92 - 106 摘要
CREB是活动调节基因转录的关键中介，是记忆形成和分配的基础。然而，一个关键的CREB辅因子，CREB调节的转录辅激活因子1 (CRTC1)的贡献仍然难以捉摸。在这里，我们表明，几个组成性激酶途径和活性调节磷酸酶，钙调神经磷酸酶，收敛到决定CRTC1的核质穿梭。这进而触发了CRTC1与IEG启动子上发现的creb依赖性调控元件的活性依赖关联。海马神经元核CRTC1的强制表达激活了creb依赖性转录，并足以增强情境恐惧记忆。令人惊讶的是，在背景恐惧条件反射过程中，我们发现内源性CRTC1的核招募仅在基底外侧杏仁核，而不在海马体中。一致地，杏仁核中CRTC1的降低，而海马体中没有，显著减弱了恐惧记忆。因此，CRTC1对依赖于CREB的内存进程有广泛的影响，但以特定于区域的方式微调CREB输出。
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(2014) 自然的方法。 11日, 9， p . 883 - 884 摘要
感觉输入的处理和行为的产生涉及到神经元的大型网络，这就需要新的技术来记录动物行为中的许多神经元。在幼体斑马鱼中，光片显微镜可用于以单细胞分辨率同时记录大脑中几乎所有神经元的活动3,4。然而，现有的实现不能与视觉驱动行为相结合，因为光片扫描眼睛，干扰受控视觉刺激的呈现。在这里，我们描述了一个系统，通过使用两张光片来克服混淆的眼睛刺激，并将全脑光片成像与虚拟现实相结合，以虚拟行为的斑马鱼幼虫。
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(2014) 自然的方法。 11日, 9， p . 941 - 950 摘要
理解大脑功能需要在行为过程中监测和解释大型神经元网络的活动。记录技术的进步大大增加了神经数据的规模和复杂性。分析这些数据将成为神经科学的一个基本瓶颈。我们提供了一个名为Thunder的分析工具库，它建立在开源Apache Spark平台上，用于大规模分布式计算。该库使用模块化、可扩展的结构实现了各种单变量和多变量分析，非常适合交互式探索和分析开发。我们演示了这些分析如何在大规模神经数据中发现结构，包括来自虚构行为的幼体斑马鱼的全脑光片成像数据，以及来自行为小鼠的双光子成像数据。该分析将神经元的反应与感官输入和行为联系起来，在几分钟或更短的时间内运行，可以在私有集群或云中使用。因此，我们的开源框架有望将大脑活动映射工作转化为生物学见解。
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(2014) 神经回路前沿。 8， 37. 摘要
具有特定反应特征的神经元基因标记是一项新兴技术，用于精确解剖单细胞水平上功能各异的大脑回路。几十年来，即时早期基因作图已被广泛用于识别被外部刺激激活的大脑区域，最近对负责神经元活动依赖转录的启动子和增强子元件的描述，为活跃神经元的活成像开辟了新的途径。事实上，这些进步为越来越多的新颖实验提供了基础，以解决活跃神经元网络在认知行为中的作用。在这篇综述中，我们总结了目前关于活性依赖启动子的应用和发展的文献，并讨论了这一新兴领域的未来发展方向。
2013
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(2013) 自然的方法。 10日, 9， p . 889 - 895 摘要
识别对特定刺激做出反应的神经元集合并在活体动物中绘制它们的投射模式是神经科学的基本挑战。为此，我们设计了一种合成启动子，增强的突触活性响应元件(E-SARE)，它比其他现有的即早基因启动子更有效地驱动神经元活性依赖的基因表达。E-SARE下游的一种药物诱导的Cre重组酶的表达使对单目视觉刺激有反应的神经元群的成像和在活小鼠中追踪其远距离丘脑皮层投射。感觉皮层神经元的靶向细胞附着记录和钙成像显示，E-SARE报告基因表达与单细胞水平上的感觉诱发神经元活动相关，并且高度特异性于呈现给动物的刺激类型。这种活性依赖的启动子可以扩展用于神经回路高分辨率解剖和功能分析的遗传方法。
2012
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(2012) PLoS ONE。 7， 10日, 46157. 摘要
我们感兴趣的是识别和表征构成新皮层回路的各种投影神经元。为此，我们开发了一种新的慢病毒载体，在单一的主干上携带四环素transactivator (tTA)和TET Responsive Element promoter (TRE)下的转基因。通过将这种载体与改良的狂犬病g蛋白伪分型，我们能够在小鼠的皮质丘脑、皮质皮层和皮质桥质神经元中表达棕榈酰化gfp (palGFP)或turboFP635 (RFP)。通过TET-Off系统实现转基因的高水平表达，使我们能够观察每种细胞类型的神经元过程的特征细化。在更高的放大倍率下，我们也能观察到诸如钮扣和刺之类的精细结构。我们还将我们的逆行TET-Off载体注入绒猴皮层，并证明它可以用于标记毫米级的长距离皮层连接。总之，我们的新型逆行示踪剂提供了一个有吸引力的选择来研究不同物种的皮层投射神经元的形态。
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(2012) 细胞。 149年, 4， p . 886 - 898 摘要
Arc/Arg3.1基因产物被强烈的突触活性迅速上调，并通过促进AMPA-R内吞作用来削弱突触。然而，活动诱导的Arc是如何重新分布并决定突触被削弱的仍不清楚。在这里，我们通过与不与钙调蛋白结合的CaMKII β的高亲和相互作用，将Arc靶向到非活性突触。突触弧积聚在先前经历强烈激活的非活性突触中，并与个别突触表面GluA1的去除相关。体外或体内CaMKII β的缺失导致沉默突触中Arc上调的丧失。Arc在“反向”突触标记中的作用的发现是针对较弱的突触，并防止增强神经元中弱突触的不希望的增强，这与Arc在长期可塑性后期和受刺激神经元中表面AMPA-Rs减少的重要作用一致。
2009
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(2009) 美国国家科学院院刊。 106年, 1， p . 316 - 321 摘要
神经元直接早期基因Arc/Arg-3.1被广泛应用于体内突触活性的最可靠的分子标记之一。然而，对这种严格的活性依赖性负责的顺式作用元素还没有被确切地确定。在这里，我们结合培养的皮层神经元荧光素酶报告分析和比较基因组定位来鉴定Arc/Arg-3.1基因的关键突触活性反应元件(SARE)。在小鼠基因组Arc/Arg-3.1转录起始位点上游5kb的>上发现了一个主要的SARE，其长度约为100 bp。当这个单一元素位于最小启动子的上游时，它是复制内源性Arc/Arg-3.1转录调控的关键特性所必需和充分的，包括由突触活性触发的转录的快速开始和突触不活性期间的低基础表达。我们将SARE的主要决定因素确定为一组独特的神经元活性依赖的顺式调控元件，由CREB、MEF2和SRF的紧密局部结合位点组成。一致地，一个SARE报告者可以很容易地追踪和标记在体内最近经历了强烈活动的细胞集合。综上所述，我们的工作揭示了一种新的转录机制，通过该机制，一个关键的100 bp元素SARE介导了Arc/ arg -3.1阳性激活神经元集合中突触到核信号的主要成分。