毕国强

2021-05-08来源:生命科学学院


教授 博导 教育部长江学者 国家杰青 国家万人计划领军人才 中科院脑科学与智能技术卓越创新中心核心骨干

  

196711月生,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 SciecnesChancellors Distinguished Research Award等学术奖。2007年回国组建神经物理学实验室,2008年受聘中科大首批新创讲席教授。

  

毕国强教授是国际知名生物物理与神经生物学家,在细胞膜修复的生物物理机理、神经突触可塑性计算规则与信号机制、以及神经网络回响活动的细胞动力学机理等方面做出了重要贡献。其关于神经放电时间依赖的突触可塑性(Spike-timing-dependent plasticitySTDP)的发现以及关于STDP的分子细胞机制和计算规则的一系列研究促进了本领域的发展,并在信息科学、人工智能等领域产生了较广泛的影响。ScienceJournal of NeuroscienceNaturePNASNature Neuroscience等期刊发表论文40余篇,被引用8000余次,其中最高单篇引用2000余次。

  

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。兼任中国生物物理学会理事、中国神经科学会理事、突触可塑性分会主任委员、神经技术分会副主任委员、中国光学会生物医学光子学专业委员会主任委员、美国神经科学会学术伦理委员会委员,同时兼任Frontiers in Neural Circuits 国际期刊副主编,以及Molecular BrainNeuroscience BulletinScientific Reports等期刊编委。主要主持科研项目包括国家重点基础研究发展计划重大研究计划项目、中科院交叉合作团队项目、中科院B类战略性先导科技专项项目、基金委重大研究计划项目等。

  

  

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)、光电关联显微、超分辨光学显微(STORM)等纳米成像技术,并自主研发新型超高速三维荧光显微技术(VISoRs)用于全脑结构与活动痕迹的高通量解析。

  

代表性论文

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.

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. (2017) Scalable volumetric imaging for ultrahigh-speed brain mapping at synaptic resolution. bioRxiv, 240770.

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 Commun8, 31, doi:10.1038/s41467-017-00043-3.

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 A109, 13978-13983.

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 A106, 13028-13033.

Wang HX, Gerkin RC, Nauen DW & Bi G-Q. (2005) Coactivation and timing-dependent integration of synaptic potentiation and depression. Nat Neurosci8, 187-193.

Lau PM & Bi GQ. (2005) Synaptic mechanisms of persistent reverberatory activity in neuronal networks. Proc Natl Acad Sci U S A102, 10333-10338.

Bi GQ & Rubin J. (2005) Timing in synaptic plasticity: from detection to integration. Trends Neurosci28, 222-228.

Bi GQ & Poo Mm. (2001) Synaptic modification by correlated activity: Hebb's postulate revisited. Annu Rev Neurosci24, 139-166.

van Rossum MC, Bi G-Q & Turrigiano GG. (2000) Stable hebbian learning from spike timing-dependent plasticity. J Neurosci20, 8812-8821.

Bi G-Q & Poo M-m. (1999) Distributed synaptic modification in neural networks induced by patterned stimulation. Nature401, 792-796.

Bi G-Q & Poo M-m. (1998) Synaptic modifications in cultured hippocampal neurons: Dependence on spike timing, synaptic strength, and postsynaptic cell type. J Neurosci18, 10464-10472.

Bi GQ, Alderton JM & Steinhardt RA. (1995) Calcium-regulated exocytosis is required for cell membrane resealing. J Cell Biol131, 1747-1758.

Steinhardt RA, Bi G & Alderton JM. (1994) Cell membrane resealing by a vesicular mechanism similar to neurotransmitter release. Science263, 390-393.

  

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E-mail: gqbi@ustc.edu.cn

电话0551-63602466


 

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