陈广

正如笛卡尔所言：“我思，故我在”，我们的存在依赖于头脑中时刻流动的思想和由此产生的行动。故而，我们感兴趣的科学问题在于：大脑是如何控制认知与运动过程的？我们生活的环境嘈杂且复杂多变，想要在这样的环境中良好地控制认知和运动行为，我们的大脑需要具备几种基本能力。首先，大脑需要能够屏蔽噪音、干扰以及外界无关变化，从而稳定维持必要的行为过程。其次，大脑需要能够在不同行为过程间灵活切换，以适应动态变化的环境。最后，大脑需要能够并行协调不同行为过程，以应对复杂环境中的多重信息输入及需求。一个健康的大脑需要能够平衡和优化这些基础功能，而许多脑部疾病则常伴随着这些功能的缺陷，如帕金森病、阿尔兹海默症、强迫症、自闭症、注意缺陷多动症及精神分裂症等。

我们实验室致力于解析：能够在认知和运动控制中实现稳定性、灵活性及协调性这些基本能力的神经网络是如何组织和形成的。我们综合使用小鼠定量行为任务训练、高通量高精度电生理记录、双光子钙成像、光/化学遗传操控技术，配合其他分子工具、机器学习以及计算建模等方法来回答以上问题。最终希望运用我们的基础研究发现，促进脑疾病治疗及类脑计算的研究发展。

基于以上目标，我们具体探究以下几方面问题：

1. 为了稳定地维持认知与运动功能任务中的延迟活动，多脑区神经网络在不同时空尺度上是如何组织的？我们最近的研究发现，前额叶皮层半球间的模块化组织可以增强认知稳定性(Chen et al., Cell, 2021) 。我们将继续深入研究，在充满噪音及不确定性的环境中，神经网络模块化及动态通信是否为维持认知与运动功能稳定性的一般原理之一，并解析其环路实现机制。

2. 动物在不同空间环境中移动时，大脑为了在动态变化的环境中灵活切换以执行不同规则的行为任务，其神经网络是如何组织的？大脑如何协调不同运动器官的同步运动？

3. 不同细胞类型或环路模体如何相互作用，以在不同状态下形成动态多样的神经活动（Chen et al., Neuron, 2017）以及认知与运动控制过程中的动态通信？在发育、学习等可塑性过程中，特定环路的相互作用及组织形式是如何演变的？导致神经网络组织形式及认知能力个体差异的潜在因素有哪些？

4. 在帕金森病及特发性震颤等运动相关疾病中，震颤症状（稳定性缺陷）的环路机制是怎样的？是否能开发出高效的脑机接口和神经调控技术来缓解此类疾病症状？

我们实验室采用交叉学科手段，探究系统神经科学领域内的基本问题。欢迎学习或从事理工类相关专业、对以上研究方向感兴趣的人才加入我们。有意向者请邮件联系：chenguang(at)cibr.ac.cn。实验室现招募：博士后、研究生等，欢迎加入！

2022    北京市科技新星计划

2018    细胞出版社2017中国年度论文奖

1. Thomas, A., Yang, W.G., Wang, C., Tipparaju, S.L., Chen, G., Sullivan, B., Swiekatowski, K., Tatam, M., Gerfen, C., Li, N. (2023). Superior colliculus bidirectionally modulates choice activity in frontal cortex. Nature Communications.

2. Yang, W.G., Tipparaju, S.L., Chen, G., Li, N. (2022). Thalamus-driven functional populations in frontal cortex support decision-making. Nature Neuroscience.

3. Chen, G.*, Kang, B.*, Lindsey, J., Druckmann, S., Li, N. (2021). Modularity and robustness of frontal cortical networks. Cell 184, 1-14. (* equal contribution)

4. Mahrach, A., Chen, G., Li, N., van Vreeswijk, C., and Hansel, D. (2020). Mechanisms underlying the response of mouse cortical networks to optogenetic manipulation. ELife 9.

5. Li, N., Chen, S., Guo, Z.V., Chen, H., Huo, Y., Inagaki, H.K., Chen, G., Davis, C., Hansel, D., Guo, C., Svoboda, K. (2019). Spatiotemporal constraints on optogenetic inactivation in cortical circuits. ELife 8.

6. Chen, G., Zhang, Y., Li, X., Zhao, X.C., Ye, Q., Lin, Y.X., Tao, H.W., Rasch, M.J., and Zhang, X.H. (2017). Distinct Inhibitory Circuits Orchestrate Cortical beta and gamma Band Oscillations. Neuron 96, 1403-1418.e6. (Featured article)

7. Wang, B., Ke, W., Guang, J., Chen, G., Yin, L., Deng, S., He, Q., Liu, Y., He, T., Zheng, R., Jiang, Y., Zhang, X., Li, T., Luan, G., Lu, H., Zhang, M., Zhang, X.H., Shu, Y.S. (2016). Firing frequency maxima of fast-spiking neurons in human, monkey, and mouse neocortex. Frontiers in Cellular Neuroscience 10.

8. Chen, G., Rasch, M.J., Wang, R., and Zhang, X.H. (2015). Experience-dependent emergence of beta and gamma band oscillations in the primary visual cortex during the critical period. Scientific Reports 5.

9. Chen, X.J., Rasch, M.J., Chen, G., Ye, C.Q., Wu, S., and Zhang, X.H. (2014). Binocular input coincidence mediates critical period plasticity in the mouse primary visual cortex. Journal of Neuroscience 34, 2940–2955.