科研进展--中国科学院广州分院

国家重点研发计划项目“面向‘双碳’的能源价值链协同管控与服务理论”课题中期检查会在重庆召开

6月28日，“十四五”国家重点研发计划项目“面向‘双碳’的能源价值链协同管控与服务理论”课题中期检查会议在重庆召开。北京航空航天大学教授刘继红、北京理工大学研究员敬石开、中国机电一体化技术应用协会研究员高工黄永友、中国科学院软件研究所研究员张常有、浙江中控技术公司科技发展中心总经理来晓等专家参加会议。重庆市科技局副局长许志鹏、高新处副处长陆源出席会议并致辞。广州能源所能源战略与低碳发展研究室主任蔡国田和其它课题负责人及骨干人员共20余人参加会议。6月28日，“十四五”国家重点研发计划项目“面向‘双碳’的能源价值链协同管控与服务理论”课题中期检查会议在重庆召开。北京航空航天大学教授刘继红、北京理工大学研究员敬石开、中国机电一体化技术应用协会研究员高工黄永友、中国科学院软件研究所研究员张常有、浙江中控技术公司科技发展中心总经理来晓等专家参加会议。重庆市科技局副局长许志鹏、高新处副处长陆源出席会议并致辞。广州能源所能源战略与低碳发展研究室主任蔡国田和其它课题负责人及骨干人员共20余人参加会议。会议上，蔡国田汇报了广州能究所承担的课题“能源价值链碳排放动态评估与减碳智能决策”的总体进展情况。课题围绕能源价值链碳排放时空分布及动态变化规律科学问题，开展制造业能源价值链核心设备碳排放在线动态评估技术、基于供用多主体动态协同的能源价值链减碳智能决策技术等关键技术研究，开发相应系统模块。与会专家认为该课题创新性地融合了能源价值链能流-碳流-价值流多源数据耦合模型和基于强化学习及演化博弈论的协同减碳智能决策模型，提出了制造企业集群的时空碳排放特征与规律，有助于基于核心设备碳排放在线动态评估、多主体协同减碳增效提升能源价值链整体减碳效果，为“双碳”战略的落地提供参考。会议现场蔡国田汇报课题进展部分与会人员合影

2024-07-08

广州能源所海上多能互补综合发电技术获多国发明专利授权

日前，广州能源所“深海多能互补发电生产生活探测综合平台”获欧盟发明专利授权。该技术此前已获得中国、美国、日本发明专利授权，完成在多个国家和地区的专利布局，为国际化应用奠定了知识产权基础。该技术充分利用海洋中蕴藏丰富的波浪能、风能、太阳能等可再生能源，将多种能量转换系统创新集成在一个半潜漂浮式基础上，共享平台、共享锚泊、共享电缆，是集约化用海、降低浮式能源平台成本、弥补单一能种发电不稳定的有效路径。日前，广州能源所“深海多能互补发电生产生活探测综合平台”获欧盟发明专利授权。该技术此前已获得中国、美国、日本发明专利授权，完成在多个国家和地区的专利布局，为国际化应用奠定了知识产权基础。该技术充分利用海洋中蕴藏丰富的波浪能、风能、太阳能等可再生能源，将多种能量转换系统创新集成在一个半潜漂浮式基础上，共享平台、共享锚泊、共享电缆，是集约化用海、降低浮式能源平台成本、弥补单一能种发电不稳定的有效路径。广州能源所为解决海洋开发过程中绿色能源供给难题，45年来持续开展海洋能利用研究，研发出系列化大型波浪能发电装置、半潜式波浪能养殖平台、海洋仪器原位波浪能供电装备。针对目前深远海单一能种发电平台输出功率波动大、度电成本高等问题，广州能源所在前期波光互补发电平台的基础上，进一步开展海上波风光储一体化多能互补发电平台的关键技术研究，利用波浪能、漂浮式风电、漂浮式光伏等可再生能源之间的互补特性和储能系统调控，保障海上平台绿色电力的稳定输出。广州能源所持续深化海洋可再生能源与海上生产结合的重要知识产权布局，“深海多能互补发电生产生活探测综合平台”技术获得多国和地区发明专利授权，为打造海上多能源多产业融合开发新模式、实现海域高效综合开发提供技术支撑。深海多能互补发电生产生活探测综合平台示意图

2024-07-09

华南植物园编撰菊科垂头菊属英文专著出版

近日，中国科学院华南植物园植物分类和系统演化研究组王龙副研究员等合著的垂头菊属英文专著《The Sino-Himalayan Endemic Genus Cremanthodium (Asteraceae):Morphology,Karyology,Phylogeny,Taxonomy,and Phytogeography》由科学出版社和法国EDP Sciences出版社联合出版。垂头菊属隶属于菊科千里光族，是中国-喜马拉雅地区的高山特有属，绝大多数种类生于海拔3000–5000米的高山草甸、高山灌丛和高山流石滩中，仅个别种类的分布海拔可低至2100米。该属大多数种类头状花序单生、下垂，体态优雅、花色艳丽，具有很高的观赏价值。以往的研究对垂头菊属文献和标本未加全面考证和检查，且野外考察不足，对该属许多宏观和微观性状的研究不够全面和深入，导致属下分类系统不合理以及物种界定不当，由此可见，该属还存在诸多分类学问题亟待解决。针对上述问题，作者团队在近十年来对垂头菊属开展了多学科的综合研究，在此基础上，形成了这部垂头菊属的世界性专科专属专著。全书共包括7章、820页，全面阐述了垂头菊属的分类历史、形态学、细胞学、分子系统学、分类学和植物地理学等方面的内容。在分类处理方面，基于大量的野外居群考察和广泛的标本检查，对垂头菊属进行了全面的分类学修订，最终承认该属80种、9变种；对于每一个种/变种，均提供了完整的异名引证，模式信息及必要的后选模式指定，详细的分类学评述，完整的标本引证，详细的形态描述以及物候、生境、地理分布、海拔、词源、染色体数目和濒危等级等方面的信息。为了增加本书的科学性和可读性，所有种/变种还提供了模式照片和地理分布图，绝大多数种类还配备了精美的野外体态照片及解剖图片。植物分类和系统演化研究组长期开展菊科的分类学研究，前期已针对垂头菊属发表了一系列学术论文。包含本专著在内，在垂头菊属中累计取得的分类学成果包括：发表1个新系、11个新种/变种、3个新组合，处理11个名称为异名，恢复8个种的种级地位，指定33个名称的后选模式以及新发现自发表之后122年未曾再现的1个物种。专著链接：https://laboutique.edpsciences.fr/product/1419/9782759829101/the-sino-himalayan-endemic-genus-cremanthodium-asteraceae图1.专著封面图2.垂头菊属部分种类野外体态图3.垂头菊属所有种、变种海拔信息及代表性生境图4.条叶垂头菊野外生境及体态图5.条叶垂头菊解剖图

2024-07-07

华南植物园揭示热带森林树种响应降水格局变化的水分养分机制

在全球气候变化背景下，热带森林树种将遭遇降水格局变化的挑战，包括雨季的推迟和极端降雨事件，这不仅对土壤水分和养分循环产生影响，还将改变植物的水分和养分的吸收和利用策略。热带地区普遍存在的高风化土壤导致磷素匮乏，而降水格局的变化可能进一步加剧这一问题。在这种双重压力之下，植物的水分和养分响应机制亟需关注。中国科学院华南植物园植被与景观生态学研究组依托小良热带海岸生态系统研究站的热带次生林“降水格局变化”试验平台，以四种优势树种竹节树（Carallia brachiata）、丛花山矾（Symplocos poilanei）、鹅掌柴（Schefflera heptaphylla）以及楝叶吴萸（Tetradium glabrifolium）为研究对象，探究了这些树种的水分吸收来源，分析了土壤和叶片磷组分在季节性降水处理下的变化，揭示了优势树种在降水格局变化处理下的水分和养分的响应机制。研究结果显示，在雨季推迟的情况下，树木明显增加了对地下水的利用；而在雨季增雨的情况下，树木则主要从40-60cm深度的土层吸收水分，减少了对0-40cm浅层土壤水分的吸收。此外，土壤磷组分对降水格局变化的响应比土壤总磷含量更为敏感。雨季推迟处理显著降低了土壤中可利用磷的含量，而雨季增雨处理则提升了土壤pH值和NH4+-N含量。降水格局变化通过影响土壤理化性质和磷组分含量，间接影响了叶片磷组分的重新分配以及光合作用中氮、磷养分的利用效率，这些变化最终影响了植物的光合速率。此外，不同的优势树种展现出各自应对环境水分可利用性变化的适应策略。相关研究成果已近期发表在国际学术期刊Agricultural and Forest Meteorology（《农业与森林气象学》）和Plant and Soil（《植物与土壤》）上。华南植物园何小芳博士为论文第一作者，王俊研究员等为通讯作者。上述研究得到国家自然科学基金等项目的资助。论文链接：https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2024.110138 https://doi.org/10.1007/s11104-024-06774-9图1.小良站降水格局变化试验平台布局及采样时间图2.降水格局变化对优势树种水分吸收及其生理特征的影响图3.降水格局变化对土壤和叶片磷组分动态及其特征的影响

2024-07-07

华南植物园在黑果枸杞花青素代谢工程研究取得进展

植物天然色素——花青素具有显著的生物活性如延长小鼠寿命。目前，花青素的市场单价为120美元每毫克，据统计2021年的花青素产业年产值已经达到3.87亿美元。花青素市场繁荣的背后是高值花青素生物制备的窘迫现状，传统方法中，花青素主要来源于植物提取，局限于植物生长季节限制、周期长、含量低、提取工艺繁琐等；同时，花青素化学全合成成本高、难度大。据悉，国家二级重点保护野生植物黑果枸杞（Lycium ruthenicum）素有“花青素之王”的美誉。如何利用黑果枸杞高效合成积累花青素的调控机制，采用代谢工程等手段高效合成高值花青素满足市场需求，是缓解野生黑果枸杞资源被过度开发利用的窘境、保护我国西北地区脆弱生态环境的有效策略。近日，中国科学院华南植物园农业与生物技术中心药用植物种质创新与利用团队艾培炎、韦国等科研人员通过多组学联合分析，挖掘出调控花青素合成积累的核心转录因子LrAN2。在前期建立的黑果枸杞高效遗传转化体系的基础上、通过完善愈伤组织诱导、优化悬浮细胞培养体系等一系列措施，取得了悬浮愈伤组织高效合成果实花青素主成分petanin的突破性进展，实现了96.23毫克/克干重的花青素高产。据悉，常见水果果实的花青素含量是0.08—25.77毫克/克干重。该技术体系突破了黑果枸杞生长周期和种植地域的时空限制，实现了细胞工厂条件下的高效合成，为黑果枸杞野生种质资源保护和花青素产业的提质增效提供了技术保障。另悉，该团队紧紧围绕黑果枸杞功能基因挖掘和花青素产业化开发利用的研发目标，挖掘了调控黑果枸杞花青素合成的多个关键功能基因（ZL 2022 1 1600244.4、ZL 2023 1 1114899.5），并建立了利用悬浮愈伤组织高效生产黑果枸杞果实花青素的技术体系（ZL 2023 1 0599964.1），为花青素在食品、保健品等领域的开发利用夯实了技术基础。一直以来，团队探索珍稀濒危资源植物保育、功能基因挖掘和高效利用的全链条科技创新，为新的历史机遇下高质量推动华南国家植物园建设贡献力量。相关研究结果已近期发表在国际学术期刊Food Frontiers（《食品前沿》）（IF5y=9.4）上。华南植物园艾培炎博后、已毕业硕士研究生韦国为共同第一作者，曾少华研究员、王瑛研究员为共同通讯作者，杨超副研究员、阿彪硕士研究生等团队成员也参与该项工作。该研究得到国家自然科学基金、中国科学院战略重点研究计划、广东省重点技术研发计划、华南植物迁地保护与利用重点实验室、中国科学院青年创新促进会、广东现代农业产业技术创新团队专项基金的资助。论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/fft2.440图. 黑果枸杞花青素植物细胞工厂注：图1A为过表达LrAN2的转基因愈伤组织；图1B为过表达LrAN2的愈伤组织悬浮细胞系；图1C为悬浮细胞培养条件优化后花青素含量变化；图1D为黑果枸杞花青素代谢工程合成花青素示意图。

2024-07-07

王健等–Geology：欧亚大陆碰撞期间的碳循环过程

地球内部和表层系统是一个紧密相连的整体，地球内部和表层的物质循环深刻影响了地球各圈层的物质组成、结构和动力学过程，还形成了人类赖以生存的资源能源，同时对地球宜居性有着决定性的作用。欧亚大陆碰撞、青藏高原隆升是新生代以来最显著的地质构造事件，对全球气候变化有着至关重要的影响。青藏高原上有广泛的新生代火山活动，这些火山喷发释放的大量二氧化碳（CO2）可能是驱动全球气候变化的关键因素。然而，欧亚大陆碰撞期间的深部碳循环过程如何影响火山活动的CO2排放通量，仍有待进一步研究。近日，中国科学院广州地球化学研究所博士后王健在唐功建研究员和王强研究员的指导下，对青藏高原西昆仑地区的新生代超钾质火山岩及其所携带的地幔包体进行了系统研究。研究发现，该区域地幔包体中含有大量的原生碳酸盐矿物（如方解石和白云石）及CO2气泡，证明青藏高原岩石圈地幔极其富碳。结合该区域火山岩的Mg−Zn−Mo同位素组成及地球物理资料，确认这些富碳成分可能直接来自俯冲再循环的印度大陆地壳。研究认为，在长期的欧亚大陆碰撞中，持续俯冲的印度大陆板块将大量富含碳的沉积物引入到青藏高原的岩石圈地幔中，通过交代反应将碳酸盐矿物转变成CO2，并最终影响火山活动的CO2排放通量（图1）。该研究揭示了欧亚碰撞过程中重要的碳循环机制，对于理解地球深部与表层的物质循环及其与气候变化之间的关联有重要启示。上述研究得到了国家自然科学基金青年基金项目和青藏高原第二次科考等的资助，相关成果发表在国际知名地球科学期刊《Geology》上。图1：欧亚碰撞中的碳循环过程及估算的碳循环通量论文信息:Wang,J (王健),Sebastian Tappe,Wang,Q (王强),Li,J (李杰),Zou,Z.-Q (邹宗琪),Tang,G.-J* (唐功建). 2024. Carbon cycling during the India-Asia collision revealed by δ26Mg–δ66Zn–δ98Mo evidence from ultrapotassic volcanoes in NW Tibet: Geology,https://doi.org/10.1130/G52267.1.论文链接：https://doi.org/10.1130/G52267.1

2024-06-24

叶丰等-PALO:末次冰消期以来南海北部水体氮循环的演化历史及其对气候变化的响应

氮是大多数海洋生态系统浮游植物光合作用最重要的限制性元素之一，其来源与迁移转化过程在调控海洋初级生产力、生物泵运转效率和生源要素的生物地球化学过程中扮演着极其关键的作用，并和全球气候变化之间有着密切的联系。阐明全球变化背景下海洋氮循环的现代过程、重建历史时期海洋氮循环的演变进程及其对气候变化的响应是当前海洋生物地球化学和全球变化领域的关键问题之一。海洋氮稳定同位素(δ15N)信号包含了关键的生物地球化学信息，并且可以通过颗粒物沉降传递保存在海洋沉积物中，进而用以反演地质历史时期海洋生物地球化学循环和海洋环境演变。海洋沉积物中总氮同位素(δ15Nbulk)通常作为海洋上层水体氮循环的替代指标，用于重建与反演过去氮生物地球化学过程。然而，由于受到陆源无机氮（主要为矿物晶格氨）的影响，利用沉积物岩心δ15Nbulk重建陆架边缘海区氮循环演化历史往往存在问题。南海是西太平洋最大的边缘海，其对气候环境变化的响应十分敏感，同时也是边缘海氮循环研究的理想场所。尽管一些新型载体（包括浮游有孔虫、源氨基酸和有机氮）的氮同位素成功揭示了南海温跃层硝酸盐氮同位素在轨道尺度上的变化过程，但由于高分辨率沉积记录的缺乏，目前在亚轨道和千年尺度上南海水体氮循环演变及其主要调控机制仍不清楚。此外，源自西太平洋的黑潮水入侵也在调节现代南海上层水体氮动力学过程中扮演了重要作用，但对于历史时期其对边缘海上层水体氮循环的影响及控制机制尚未被充分认识。针对上述科学问题，中国科学院广州地球化学研究所稳定同位素地球化学学科组的叶丰副研究员、王利伟博士生、韦刚健研究员等人在剔除沉积物无机氮干扰的基础上，对南海北部陆坡边缘区获取的高分辨率连续沉积物岩芯 (NH07) 样品进行了有机氮同位素(δ15Norg)分析，同时结合海洋古生产力和陆源输入等地球化学指标（图1）重建了末次冰消期以来南海北部水体氮循环的演化历史，通过与全球海区氮同位素沉积记录的比较综合探讨了其对气候环境变化的响应机制。研究结果表明：(1) 在末次冰消期和早全新世，海洋沉积物δ15Norg对不同气候特征时期（冷期如海因里希1期(HS1)和新仙女木(YD)事件、暖期如博令-阿勒罗德期(B/A)和早全新世(EH)）具有显著的响应特征，南海北部上层水体氮动力过程主要由自东向西传输的热带东太平洋水体硝酸盐信号和低海平面时期陆源物质输入影响，并受到北太平洋中层水形成和东亚冬季风强度的调控；(2) 中全新世以来(MH-LH)，南海北部水体氮循环过程逐渐受到不断增强的海洋固氮作用影响，而固氮作用由厄尔尼诺事件控制的入侵南海的黑潮水强度所调控（图2）。上述研究结果对于理解全球变化背景下海洋生物地球化学循环演变过程以及预测未来的变化趋势有着至关重要的意义。图1 末次冰消期以来南海北部沉积物有机氮同位素组成与海洋生产力及有机碳来源指标随沉积年代的变化图2 末次冰消期以来南海北部沉积物有机氮同位素组成与古气候记录之间的比较该研究工作获得了国家重点研发计划、国家自然科学基金和中科院青年创新促进会等项目的资助，研究成果近期发表于美国地球物理学会（AGU）古海洋学与古气候学领域权威期刊Paleoceanography and Paleoclimatology上。论文信息:Ye,F.* (叶丰),Wang,L. (王利伟),Wei,G. (韦刚健),Shi,X. (石雪松),& Huang,C. (黄超),2024. Sedimentary organic nitrogen isotopic constraints on the mid-Holocene transition in the nitrogen dynamics of the northern South China Sea. Paleoceanography and Paleoclimatology,39,e2023PA004819. https://doi.org/10.1029/2023PA004819论文链接：https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2023PA004819

2024-06-24

曹根深、陈华勇等-G-Cubed：磷灰石微量元素对于造山型金矿床的勘查指示意义

造山型金矿床是指形成于汇聚板块边界、在时间和空间上与增生造山或碰撞造山密切相关的、常受韧-脆性断裂控制，主要呈脉状和弥散状矿化的金矿床系列，为全球提供了30%以上的金资源量。尽管造山型金矿床是全球十分重要的金矿床勘查类型，但是由于造山型金矿床可以产出于各个深度、不同的岩性中，使得传统的勘查方法很难给出稳定的勘查标识，勘查难度较大。磷灰石作为热液矿床中一种重要的副矿物，其微量元素对于揭示成矿流体物理化学条件和成矿过程有着显著作用。近些年来，越来越多的研究发现造山型金矿床中磷灰石与金矿化有着密切联系，然而有关磷灰石是如何形成以及磷灰石的微量元素含量受控于何种因素，目前还缺乏深入的研究，磷灰石能否发展为勘查指示矿物还需要进一步的研究。针对上述科学问题，中国科学院广州地球化学研究所曹根深博士生在陈华勇研究员的指导下，从已发表的文献中汇编了566组造山型金矿床磷灰石的微量元素数据，通过传统统计分析以及分层聚类法（HCA）、随机森林（RF）和深层神经网络（DNN）等机器学习方法，分析了磷灰石微量元素对于造山型金矿化的识别能力，并通过Shapley分析揭示了磷灰石中各种微量元素对于机器学习模型的贡献度。研究取得的具体认知如下：1）造山型金矿床磷灰石在石英脉和蚀变带中均有产出，且两种类型磷灰石的稀土配分模式存在明显差异，石英脉型以亏损轻稀土元素为主要特征，而蚀变带型则表现出明显的负Eu异常（图1）；2）利用分层聚类（HCA）对中心对数比（CLR）转化后的磷灰石微量元素进行分析，将造山型金矿床磷灰石以4种元素组合分为成5类（图2），分类结果与实际情况基本吻合；3）随机森林（RF）和深度学习网络（DNN）能够有效地识别出石英脉和蚀变带中与金矿化相关的磷灰石，表明磷灰石具有发展为勘查指示矿物的潜力，特征值分析结果显示微量元素Pb对于模型的贡献度最高，其次为As、U、Eu、Fe、Mn等变价元素；4）Pb的高贡献度可能为Au是以Pb-(Bi)-Au熔体的形式运移，Pb在磷灰石中的含量同时受到熔体中Pb的含量、流体氧逸度以及硫逸度共同控制，从而表现出对模型较高的贡献度；5）通过线性判别分析（LDA）给出新的磷灰石微量元素判别图解，用于判别造山型金矿床石英脉和蚀变带的含矿性（图3）。相关成果近期发表于国际地学刊物《Geochemistry,Geophysics,Geosystems》，该项研究成果获得了国家自然科学基金和科技部重点研发项目等项目的联合资助。论文信息：Cao,G.S. (曹根深),Chen,H.Y*. (陈华勇),Zhang,Y. (张宇),Sun,W.P. (孙唯品),Zhao,J.F. (赵骏峰),Zhao,H.T. (赵红涛),Wang,H. (汪浩). 2024. Primary controlling factors of apatite trace element composition and implications for exploration in orogenic gold deposits. Geochemistry,Geophysics,Geosystems,25,e2024GC011574.论文链接：https://doi.org/10.1029/2024GC011574图1 造山型金矿床磷灰石稀土配分模式图图2 磷灰石微量元素分层聚类分析结果图3 线性判别分析（LDA）给出的磷灰石微量元素判别图解

2024-07-05

IEEE TMI | 基于深度学习无创获得血液输入函数，助力动态脑PET定量成像

全面量化大脑PET图像，常常需要精确的血流输入函数。然而传统方法中，获取这一函数通常依赖于侵入性且耗时的动脉导管采血，这在临床实践中往往难以实现。全面量化大脑PET图像，常常需要精确的血流输入函数。然而传统方法中，获取这一函数通常依赖于侵入性且耗时的动脉导管采血，这在临床实践中往往难以实现。7月2日，中国科学院深圳先进技术研究院（以下简称“深圳先进院”）孙涛副研究员课题组与河南省人民医院王梅云副院长团队合作，在医学影像顶级期刊IEEE Transactions on Medical Imaging上发表了题为“Non-Invasive Quantification of the Brain [18F]FDG-PET Using Inferred Blood Input Function Learned From Total-Body Data With Physical Constraint”的文章。该研究介绍了一种通过训练全身数据，实现从动态脑PET数据推断血液输入函数（IF）的方法。文章上线截图本研究提出了一种基于深度学习的替代方法，用于估计动态脑FDG扫描的输入函数（DLIF）。这一标记的输入函数是通过CT图像上定义的升主动脉勾画全身PET数据生成的。在构建深度学习网络结构方面，该研究采用了长短时记忆（LSTM）网络与全连接网络的组合。此外，研究团队还强调了将动力学建模拟合度纳入作为额外物理损失的重要性，这有助于引导模型减少偏差并降低对大量训练样本的依赖。为了验证该方法的有效性，研究团队使用了一个包含85个全身动态扫描的数据集，包含了来自八个脑区和颈动脉的时间-活动曲线数据。图1 物理信息驱动的DLIF学习框架图解与现有方法的比较结果表明，DLIF生成的输入函数在形状和幅度上与参考值非常相似。计算得出的所有区域动力学参数Ki（以及K1）与参考值的相关系数分别为0.961和0.913，相对偏差分别为1.68±8.74%和0.37±4.93%。图2 展示两个个体使用不同方法估计的输入函数的比较。可以看到，所提出的方法(DLIF)估计的输入函数相较于其他方法更为接近参考曲线（Reference）。从视觉和定量两个方面来看，参数图像也与参考图像高度吻合（图3）。这些结果证实了无创且准确地估计血流输入函数的可行性，该方法适用于常规的短视野或专用脑部扫描PET系统，并且无需进行部分容积校正。通过精准计算获得的全局灌注、净流入、净代谢和其他微观参数，有助于推动在广泛的神经和精神疾病中大脑代谢功能的研究，进而辅助制定更有效的治疗策略。图3 展示了使用不同方法估计的输入函数所计算的K1/Ki图像（左）。可以观察到，使用所提出的方法(DLIF)估计的参数图像与参考图像最为接近，且误差值范围最小（右）。孙涛和王梅云为本研究的共同通讯作者，深圳先进院博士后王振国是第一作者。该研究是研究团队关于全身PET成像方法与应用的系列研究之一，得到了中国科学院、广东省重点实验室、广东省区域联合基金、深圳市科创委基础研究等项目的支持。

2024-07-05

Neuron | 朱英杰团队发现外侧隔核脑区调控奖赏和甲基苯丙胺成瘾的关键机制

7月2日，中国科学院深圳先进技术研究院脑认知与脑疾病研究所/深港脑科学创新研究院朱英杰团队在Neuron期刊上发表了题为“Cellular and circuit architecture of the lateral septum for reward processing”的研究论文。1954年，心理学家Olds和Milner通过大鼠颅内自我刺激实验（ICSS）发现了大脑的奖赏系统，被视为现代神经科学的重要里程碑之一。该实验在大鼠的脑中植入电极，当大鼠通过按压杠杆获得特定脑区的电刺激时，它们会不懈地按压杠杆，甚至忽略进食和饮水等基本生理需求，展示了这些脑区与强烈的愉悦感密切相关。其中外侧隔核脑区（Lateral septum,LS）是产生奖赏效应最强烈的脑区之一。由于传统ICSS电刺激技术的限制，该脑区产生奖赏效应的精准细胞来源一直不清楚。7月2日，中国科学院深圳先进技术研究院脑认知与脑疾病研究所/深港脑科学创新研究院朱英杰团队在Neuron期刊上发表了题为“Cellular and circuit architecture of the lateral septum for reward processing”的研究论文。论文详细描述了外侧隔核脑区（LS）的单细胞转录图谱及其主要神经元类型的空间分布，并发现集中在腹侧亚区的雌激素1型受体阳性神经元（LSEsr1）通过激活腹侧被盖区（VTA）多巴胺神经元促进奖赏效应且在甲基苯丙胺成瘾中发挥重要作用。文章上线截图朱英杰团队通过单细胞转录组测序和新型空间组学技术（MiP-seq），揭示了LS脑区的转录图谱，鉴定了其主要神经细胞类型及空间分布。研究团队通过光遗传技术选择性地激活LS不同类型神经元，发现LSEsr1神经元通过去抑制（disinhibition）的方式激活VTA的多巴胺神经元，促进了多巴胺在伏隔核（NAc）的释放，是产生奖赏效应的关键细胞类型。VTA-NAc通路是经典奖赏系统的核心，以往研究表明，自然奖赏（如美食和社交）和毒品（甲基苯丙胺等）都可以增加NAc脑区的多巴胺水平。有意思的是，研究团队发现LS也接收VTA多巴胺神经元投射，并且LS的多巴胺释放只有在毒品（甲基苯丙胺、阿片等）刺激后才会增加，提示LS的多巴胺释放更能代表毒品奖赏的特征。与之对应的是，失活LSEsr1神经元可以消除甲基苯丙胺的奖赏效应，而不影响美食和社交奖赏，从而为特异地干预毒品成瘾提供了新的环路和细胞靶点。研究示意图进一步研究发现，长期暴露于甲基苯丙胺后LSEsr1神经元的兴奋性增加，其原因是HCN1离子通道的表达发生上调。特异性敲除LSEsr1神经元的HCN1通道，小鼠仍能体验到甲基苯丙胺的奖赏效应，但其对甲基苯丙胺的行为敏化则被消除。这一结果提示HCN1通道在甲基苯丙胺成瘾的发生发展中具有重要作用。考虑到调控LSEsr1神经元不影响自然奖赏，靶向该群神经元和HCN1通道的治疗策略有可能是解决毒品成瘾的重要方向之一。深圳先进院朱英杰课题组的博士后陈高伟、云南大学博士生赖诗诗为论文的共同第一作者，朱英杰研究员为该论文的通讯作者。研究工作得到毕国强研究员、徐富强研究员、曹罡教授、徐放副研究员等人的技术支持。论文得到了Erwin Neher教授、陈晓科教授和王昆华教授等人的宝贵建议和帮助，在科技创新2030-“脑科学与类脑研究”重大项目等经费的资助下完成。

2024-07-04