个人简介

教育经历 1978-1982年: 云南大学数学系，计算数学，理学学士。 1986年3-5月: 意大利 都灵 Ivrea，Olivetti 公司技术培训，CAD/CAM专业技术培训证书。 1991-1992年: 泰国 Chulalongkorn 大学理学院物理系，访问学者。 1992-1995年: 加拿大 University of Manitoba 理学院数学系，应用数学，理学硕士，导师：Peter Aitchison 1996-2001年: 加拿大 University of Manitoba 医学院生理系，神经生理学博士(Ph.D.)，导师：Larry Jordan 2002-2003年: 美国 University of Washington 医学院生理与生物物理学系，博士后，导师：Marc Binder 工作经历 1982-1990：云南电子设备厂电子工程研究所，应用软件研究室，助理工程师。 2003-2013：加拿大 University of Manitoba 医学院脊髓研究中心（SCRC）资深合作研究员。 2014 至今：华东师范大学紫江特聘教授。 个人简介 云南昆明人，祖籍江苏宜兴，长期从事交叉学科的研究工作。1991年出国留学前，主要从事计算机操作系统的应用软件研发，包括实时控制系统的软件研发和专用单板机操作系统的设计与汉字化工作，主持过省部级科研项目的软件系统研发工作。1992年赴加拿大、美国留学并定居加拿大，2014年回国。1997年以来，主要从事脊髓神经系统运动控制机制的研究以及神经系统的建模与仿真研究，研究的目标是在离子通道调节、细胞兴奋性调控、以及神经网络控制的基础上，探究脊椎动物行进运动（locomotion）产生、协调和控制的机制，并在此基础上构建智能运动控制系统。在过去二十余年的研究中，有多项重要的成果发表业内主要的研究期刊上，增进了学界同行对细胞兴奋性调节与脊髓运动控制机制的理解与认识。 开授课程 1. 人工智能 2. 学术专题（生物信息） 3. 工程伦理学 4. 通信与电子工程专业英语 5. 运动生理学（神经生理学） 6. 学术专题（计算神经学） 7. 科技论文写作 8. Introduction to Kinesiology 《运动人体科学导论》（全英语教学） 科研项目 国家自然科学基金（面上）项目（细胞兴奋性调节和脊髓运动控制机制的离子通道性研究）。 上海市教委全英语课程授课建设项目(Introduction to Kinesiology）。 过去五年在国家自然科学基金的支持下，我们在智能仿生、通道调节、细胞识别和运动干预等四个方向开展并完成了以下九个项目的研究： I. 智能仿生 1. 通过神经元模型仿真与生理实验预测了运动状态中多重离子通道对神经元兴奋性调节以及信号输入输出的控制作用（Dai et al. 2018）。行进运动过程中脊髓运动神经元细胞膜特性出现大幅动态的变化，在过去的研究中我们通过模型仿真预测了这些变化所依赖的离子通道机制，这些预测在后来的实验中获得了验证。但是离子通道的调控不但改变神经元的兴奋性，也改变神经元信号输入与输出的强度。鉴于技术测量的困难，我们不可能在运动过程中测量某种或多种离子通道对运动神经元信号输出的调控数据。因此通过模型仿真与切片实验，我们预测了运动状态中控制神经元信号输入与输出关系（F-I relationship）变化的十余种离子通道机制，并对由钙通道Ca(L)和钾通道K(DR)调控的机制进行了膜片钳实验的验证（Dai et al. 2018）。这项工作为进一步研究运动控制所依赖的离子通道机制提供了生理实验的预测与指南；为构建机器人智能运动控制系统的神经元组件奠定了基础。 2. 在神经元模型的基础上我们建立起脊髓运动神经元网络模型，预测了运动状态中多重离子通道调节对三种运动神经元类型的募集作用（Zhang & Dai 2020）。脊髓运动神经元根据细胞膜内源特性以及所支配的骨骼肌的类型划分为S型（慢型）、FR型（快速抗疲劳型）和FF型（快速疲劳型）三种类型，神经网络仿真的结果显示：（1）上调离子通道NaT或NaP或者下调K(DR)或K(AHP)可以增加运动神经元的募集数量，三种类型运动神经元的募集程度服从尺寸原理（Size Principle）；（2）运动状态中神经元募集量的增加可以通过多重离子通道的调节来实现。以上结果为智能运动控制系统的研发奠定了神经网络与离子通道调控的基础。 II. 通道调节 3. 在新生幼鼠的脑干5-羟色胺神经元中发现一种新型的持续内向电流Persistent Inward Current（PIC） （Dai et al. 2017；Cheng et al. 2020；Dai et al 2019），即一种对Tetrodotoxin （TTX）、 Dihydropyridine (DHP) 和 Riluzole （Ril）具有阻抗作用的持续内向电流（TDR-PIC）。传统上认为PIC由两个部分组成，即对DHP敏感的钙电流（Ca-PIC）和对TTX或Ril 敏感的钠电流（Na-PIC）。2011年我们在新生幼鼠的脊髓神经元中第一次发现了TDR-PIC（Dai & Jordan, 2011），并进一步证明了TDR-PIC是由电压门控的钠离子通道所介导，目前没有拮抗剂可以阻断这一电流。我们最新的研究发现TDR-PIC在5-羟色胺神经元中也广泛存在；它对5-羟色胺神经元的兴奋性具有调节作用（Cheng et al. 2020）；更重要的是神经递质5-HT可以增强TDR-PIC（Dai et al 2019）。我们的研究为进一步揭示该电流对行进运动的调控作用奠定了基础。 4. 解释了阶梯形PIC（staircase PIC）形成的离子通道机制以及对神经元兴奋性的调节作用（Cheng et al. 2020）。阶梯形PIC是脊髓运动神经元中经常可以观察到的一种电流形态，我们在2006年的研究表明：阶梯形PIC是由于分布于运动神经元树突上的L-type Ca++离子通道所形成（Carlin et al. 2006）。我们最新的研究发现在脑干5-羟色胺神经元中存在一种特殊形态的阶梯形PIC，它由坡形电压（ramp voltage command）引发，仅由两级阶梯电流组成，形成的机制不得而知。运用药理学和模型仿真的方法我们证明了这种阶梯形PIC是由三种不同类型的PIC构成，即Ca-PIC、Na-PIC和TDR-PIC。阶梯形PIC的形成是由于三种PIC具有不同的激活电压，当神经元膜电位去极化时三种通道在不同膜电位被激活开放，从而导致阶梯形PIC的形成。进一步的研究显示三种类型的PIC对脑干5-羟色胺神经元的兴奋性起到不同的调节作用。 5. 揭示了乙酰胆碱对脑干5-羟色胺神经元兴奋性调节的复杂机制（Dai et al. 2016, Cheng et al. 2017）。Cholinergic（胆碱能）与serotonergic（血清素能）系统在行进运动的控制过程中扮演着重要的角色。之前的研究表明，刺激脑干椎体旁侧（PPR）5-羟色胺神经元可以引发CPG产生行进运动；之前的研究也表明，乙酰胆碱能的M受体参与了行进运动的调控，但胆碱能与血清素能系统在脑干区域中的交互作用至今不清楚。为此我们在脑干5-羟色胺神经元中研究了乙酰胆碱ACh对5-羟色胺神经元的调节作用。本项研究发现，酰胆碱能够引起脑干5-羟色胺神经元兴奋、抑制和不反应三种变化，每一种变化都是由M受体的不同亚单位受体所介导。这一发现揭示了胆碱能与血清素能系统在脑干区域中交互作用的复杂机制，为进一步阐明血清素能与胆碱能系统对行进运动控制与协调的内源机制奠定了基础。 III. 细胞识别 6. 在中脑运动区域MLR（Mesencephalic Locomotor Region）中证实了5-羟色胺神经元的存在（Ge et al. 2019）。传统研究认为5-羟色胺神经元分布在脑干的九个核团（B1-B9）中，其中核团B7位于Dorsal raphe nucleus principal，投射向中脑运动区MLR，而MLR区域内并不存在5-羟色胺神经元。使用免疫荧光技术和ePet-EYFP 转基因小鼠模型，我们第一次证实了5-羟色胺神经元存在于MLR区，并且主要分布于PPN（pedunculopontine）区域。MLR是产生和控制行进运动的重要区域，而PPN区域对行进运动左右肢步伐同步与交替变化的速度起到关键的控制作用。5-羟色胺神经元在PPN区域的分布可以证明血清素能（serotonergic） 系统对行进运动步伐交替速度的控制发挥潜在的作用。此外，进一步研究表明NMDA对MLR区域中的5-羟色胺神经元的兴奋性具有增强作用，证明了谷氨酸能（glutamatergic）系统对行进运动的产生与控制发挥同样重要的作用。我们的研究为诠释行进运动在MLR区域内的控制机制提供了神经元构成属性以及兴奋性调节机制的证据。 7. 特征化研究脊髓上行联合中间神经元（aCIN）的细胞膜特性以及神经递质NMDA的调节特性(Cheng et al. 2019a)。这项研究是通过逆向染色技术，对脊髓中间神经元中一类特殊的神经元——联合中间神经元进行特异性的研究，特别是NMDA对该类神经元内源特性的调节机制。连合中间神经元（CINs：commissural interneurons）在行进运动中扮演左右肢体协调的重要功能，其中上行连合中间神经元aCIN（ascending CINs）是一簇独特的神经元，它们不仅参与左右肢的协调作用，同时将肢体运动状态的信息上行传递到脑干，完成运过程制从脊髓的执行到中脑的控制环路。以往的研究表明，神经递质5-HT和ACh对CINs的兴奋性具有不同的调节作用，而NMDA的作用并不清楚。使用荧光逆向染色技术我们特异性地从幼鼠脊髓神经元中识别出aCINs并对其进行全细胞膜片钳记录。我们发现aCINs具有三种不同类型的放电模式，而NMDA均可以增强每一种类型的兴奋性，主要表现为降低产生动作电位的电压阈值和电流阈值，以及左移频率-电流关系（F-I relationship）。这项研究填补了我们关于NMDA对aCINs调节作用的实验数据，为进一步研究aCINs在行进运动中的特殊作用奠定基础。 IV. 运动干预 8. 揭示了运动干预对脊髓中间神经元细胞膜特性的修饰以及5-羟色胺神经递质的调节作用（Chen et al. 2019）。运动干预对神经元兴奋性的研究通常集中于成年鼠类的脊髓运动神经元，采用的方法通常为在体（in vivo）实验。由于细胞存活技术的困难，大龄鼠类的切片（in vitro）实验很难广泛进行。克服了技术上的困难，我们在6-7周龄运动干预的小鼠脊髓切片和脑片上成功进行了全细胞膜片钳测量。实验结果表明：三周运动干预可以增强脊髓中间神经元的兴奋性，但这种兴奋性的调节依赖于神经元的放电类型以及在脊髓中的分布区域；但是5-HT可以则同时增强运动组和对照组的中间神经元的兴奋性。这项研究从神经元的内源机制和神经递质的调控机制层面，诠释了运动干预对脊髓神经系统环境适应能力的塑造作用。 9. 揭示了运动干预对中脑缝核5-羟色胺神经元PIC的调节作用（Ge et al. CNS 2019）。我们在三周跑台运动干预的小鼠脑片上获得了中脑5-羟色胺神经元的生物物理学参数并进一步揭示了运动干预对中脑5-羟色胺神经元PIC的增强性作用。我们的研究诠释了运动干预在行进运动的控制区域（中脑MLR）和执行区域（脊髓CPG）所产生的不同作用，为进一步研究运动干预对神经元感觉信号传递、CPG运动执行、MLR运动控制以及神经递质的调控等四者之间的交互作用奠定了基础。