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毕国强

毕国强,1967年11月生,博士,教授。1989年毕业于北京大学物理系,获理学士学位,1991年获纽约大学物理学硕士,1996年获加州大学伯克利分校生物物理学博士,1996-2000年于加州大学圣地亚哥分校从事博士后研究,2000-2008年任美国匹兹堡大学医学院神经生物学系助理教授、副教授(终身教职),获Burroughs Wellcome Fund Career Award in the Biomedical Sciecnes、Chancellor’s Distinguished Research Award等学术奖。2007年回国任中国科学技术大学教授,同年入选教育部长江学者和国家杰出青年科学基金。2008年受聘中科大首批新创讲席教授,2020年受聘中科院深圳先研院双聘教授。现任中国科学技术大学神经生物学与生物物理学系主任,合肥微尺度物质科学国家研究中心集成影像中心联合主任,中科院深圳先研院脑所脑信息中心主任。兼任中国神经科学会常务理事、突触可塑性分会主任、神经科学研究技术分会副主任、中国生物物理学会冷冻电子显微学分会委员。2009-2013年任科技部国家重点基础研究发展计划《发育与生殖》重大研究计划项目“抑郁症和阿尔茨海默病的神经发育基础研究”首席科学家;2012-2014年任中科院交叉合作团队项目“神经突触光子学交叉合作团队”负责人;2012-2017年任中科院B类战略性先导科技专项《脑功能联结图谱计划》项目“脑功能联结图谱研究关键先导技术”负责人;2014-2019年任科技部重点领域创新团队“脑疾病的神经环路基础研究创新团队”负责人。

    主要研究方向及内容

    1、神经突触与环路结构的高精度解析 

    大量神经元通过更多突触联结形成精细的神经环路是大脑高级功能的物质基础,其中的巨大复杂性是人们理解脑功能原理的关键挑战。我们试图通过多种生物物理技术包括传统电生理学技术和前沿超微成像技术的应用、发展和整合,以纳米分辨率解析突触联结的分子组织构架与功能状态,描述神经环路的精细联结图谱,长期目标是在此基础上刻画实现基本脑功能的神经线路图,为设计下一代类脑计算装置提供依据。

    2、突触可塑性与神经网络动力学 

    可塑性包括峰时依赖的突触可塑性(STDP)以及稳态可塑性是神经突触的重要性质,突触的可塑性变化与神经元网络电活动相互作用,形成复杂而有序的动态系统。我们利用膜片钳、多电极记录、高速荧光成像以及光遗传学操作等手段,在离体培养的神经元模型体系中探索神经网络的回响活动等基本动力学特性,以及复杂(生理)条件下突触可塑性的规则和分子细胞机制,并结合行为药理学、免疫组织化学、病毒示踪等方法,在整体动物模型中研究学习记忆行为与疾病的神经突触可塑性与环路基础。

    3、神经环路解析前沿技术 

    通过多学科交叉合作,我们特别关注解析神经突触与环路结构功能的有效技术与方法,重点发展与应用冷冻电子显微(CryoEM)、超分辨光学显微(STORM)、光电关联显微等不同尺度的显微成像技术,自主研发成功新型超高速多维同步飞扫显微成像技术(VISoRs)用于全脑结构与活动印迹的高通量解析。

    代表性论文

    Wang H, Zhu Q, Ding L, Shen Y, Yang C-Y, Xu F, Shu C, Guo Y, Xiong Z, Shan Q, Jia F, Su P, Yang Q-R, Li B, He X, Chen X, Wu F, Zhou J-N, Xu F, Han H, Lau P-M & Bi G-Q. (2019) Scalable volumetric imaging for ultrahigh-speed brain mapping at synaptic resolution. National Science Review 6, 982-992. 

    Liu YT, Tao CL, Lau PM, Zhou ZH & Bi GQ. (2019) Postsynaptic protein organization revealed by electron microscopy. Curr Opin Struct Biol 54, 152-160. 

    Tao CL, Liu YT, Sun R, Zhang B, Qi L, Shivakoti S, Tian CL, Zhang P, Lau PM, Zhou ZH & Bi GQ. (2018) Differentiation and Characterization of Excitatory and Inhibitory Synapses by Cryo-electron Tomography and Correlative Microscopy. J Neurosci 38, 1493-1510. 

    Sun R, Chen X, Yin CY, Qi L, Lau PM, Han H & Bi GQ. (2018) Correlative light and electron microscopy for complex cellular structures on PDMS substrates with coded micro-patterns. Lab Chip 18, 3840-3848. 

    Fu ZX, Tan X, Fang H, Lau PM, Wang X, Cheng H & Bi GQ. (2017) Dendritic mitoflash as a putative signal for stabilizing long-term synaptic plasticity. Nat Commun 8, 31. 

    Li XY., Liu HJ., Sun XX., Bi GQ, Zhang GQ. (2013) Highly Fluorescent Dye-Aggregate- Enhanced Energy-Transfer Nanoparticles for Neuronal Cell Imaging. Adv Opti Mater 1(8):549-553. 

    Gerkin, RC, Nauen, DW, Xu, F & Bi, GQ. (2013) Homeostatic regulation of spontaneous and evoked synaptic transmission in two steps. Mol Brain 6, 38, doi:10.1186/1756-6606-6-38. 

    Shim, SH, Xia, C, Zhong, G, Babcock, HP, Vaughan, JC, Huang, B, Wang, X, Xu, C, Bi, GQ & Zhuang, X. (2012) Super-resolution fluorescence imaging of organelles in live cells with photoswitchable membrane probes. Proc Natl Acad Sci U S A 109, 13978-13983. 

    Nauen, DW & Bi, GQ. (2012) Measuring action potential-evoked transmission at individual synaptic contacts. J Neural Eng 9, 036014, doi:10.1088/1741-2560/9/3/036014. 

    Zhang, JC, Lau, PM & Bi, GQ. (2009) Gain in sensitivity and loss in temporal contrast of STDP by dopaminergic modulation at hippocampal synapses. Proc Natl Acad Sci U S A 106, 13028-13033, doi:10.1073/pnas.0900546106. 

    Wang, HX, Gerkin, RC, Nauen, DW & Bi, GQ. (2005) Coactivation and timing-dependent integration of synaptic potentiation and depression. Nat Neurosci 8, 187-193. 

    Lau, PM & Bi, GQ. (2005) Synaptic mechanisms of persistent reverberatory activity in neuronal networks. Proc Natl Acad Sci U S A 102, 10333-10338. 

    Bi, GQ & Rubin, J. (2005) Timing in synaptic plasticity: from detection to integration. Trends Neurosci 28, 222-228. 

    Berninger, B & Bi, GQ. (2002) Synaptic modification in neural circuits: a timely action. Bioessays 24, 212-222. 

    Bi, GQ & Poo, MM. (2001) Synaptic modification by correlated activity: Hebb's postulate revisited. Annu Rev Neurosci 24, 139-166. 

    Andersen, SS & Bi, GQ. (2000) Axon formation: a molecular model for the generation of neuronal polarity. Bioessays 22, 172-179. 

    Bi, GQ & Poo, MM. (1999) Distributed synaptic modification in neural networks induced by patterned stimulation. Nature 401, 792-796. 

    Bi, GQ & Poo, MM. (1998) Synaptic modifications in cultured hippocampal neurons: Dependence on spike timing, synaptic strength, and postsynaptic cell type. J Neurosci 18, 10464-10472. 

    Bi, GQ, Alderton, JM & Steinhardt, RA. (1995) Calcium-regulated exocytosis is required for cell membrane resealing. J Cell Biol 131, 1747-1758. 

    Steinhardt, RA, Bi, GQ & Alderton, JM. (1994) Cell membrane resealing by a vesicular mechanism similar to neurotransmitter release. Science 263, 390-393.

    实验室网址:http://neurophysics.ustc.edu.cn/ 

    E-mail: gqbi@ustc.edu.cn

    电话:0551-63602466