5月25日，中国上海网站公布了《上海市人民政府关于表彰2020年度上海市科学技术奖获奖人员（项目）的决定》。中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心作为第一完成单位，由杜久林、穆宇、李莹、姚园园、张白冰完成的《视觉信息处理与行为发生的神经机制》项目荣获上海市自然科学一等奖。　　

　　根据《上海市科学技术奖励规定》，经评审专家初评、复评、终评和上海市科学技术奖励委员会审定，市政府决定，2020年度上海市科学技术奖共授奖281项（人）。其中，1人获科技功臣奖、10人获青年科技杰出贡献奖、1人获国际科技合作奖，另有45项自然科学奖、33项技术发明奖、181项科技进步奖、10项科学技术普及奖揭晓。　　

　　《视觉信息处理与行为发生的神经机制》项目聚焦核心问题，以斑马鱼为脊椎动物模型，利用自创的“既见森林（全脑）、又见树木（神经元）、甚或树叶（突触）”的研究体系，从突触-神经元-神经环路等多层面上，系统揭示了视觉信号在各级相关脑区的处理和行为产生的神经机制，首次发现视觉信号处理的两个新方式-在视觉外周视网膜的功能可塑性和在视觉中枢受小胶质细胞的动态调节，揭示了视觉信号调节听觉功能的跨膜态神经环路，解析了逃跑和亮偏好这两个重要视觉行为的神经环路机制，提出视觉信息处理与行为发生的Bi-Pathway Brain Function假说。研究成果激起了国际同行的跟进研究，推动了国际相关研究领域的发展。系列成果如下：

　　1、发现视网膜视觉信号处理的功能可塑性

　　作为视觉系统的第一站，长期以来，视网膜信号处理被认为是相对稳定而没有可塑性。本项目发现，视网膜突触传递具有神经活动依赖的长时程可塑性，从而动态调节视觉信号的处理（Neuron, 2012a），修正了传统的观点。

　　2、发现视觉信号在视觉中枢受小胶质细胞的稳态调节

　　视觉信号传递到视觉中枢，作进一步处理。本项目发现，视觉中枢神经元的视觉信号受到大脑中免疫细胞-小胶质细胞的稳态调节，揭示了一种新的视觉信号的调控方式（Developmental Cell, 2012）。成果被同期期刊和Cell期刊Leading Edge综述点评，被Neuron期刊评为领域近年最具有影响力的工作，被认为是揭开小胶质细胞生理功能的开创性工作。指导的研究生获吴瑞奖和中科院院长奖。

　　3、揭示了视觉信号对听觉功能的跨模态调节机制

　　在大脑中，视觉信号与其它感觉信号的跨模态互作是动物感知复杂环境的基础。本项目发现，视觉信号通过激活下丘脑多巴胺神经元，调节听觉通路的信号编码和听觉行为的发生（Neuron, 2012b），阐明了视觉跨模态调节听觉功能的神经环路机制。指导的研究生获吴瑞奖、中科院院长奖和上海市研究生优秀成果奖。

　　4、解析了视觉信号-运动命令转换和视觉适应性行为发生的神经环路机制

　　自然情况下，动物需要根据视觉环境的变化产生适应性的行为。本项目发现，下丘脑多巴胺神经元和后脑抑制性神经元组成的功能模块，编码视觉信号的生态涵义，门控经典视觉通路的信号传递，从而控制视觉信号向运动命令的转换和后续视觉行为的发生（Neuron, 2016），从全脑尺度上解析了视觉适应性行为的神经环路机制。指导的研究生获吴瑞奖。

　　5、解析了介导亮偏好行为的神经环路机制

　　亮或暗偏好行为是动物的本能行为。本项目发现，大脑左侧缰核通过接受双侧丘脑输入，在亮偏好行为中起枢纽作用（Neuron, 2017），揭示了脊椎动物介导亮偏好行为的神经环路机制。指导的研究生获吴瑞奖、中科院院长奖和中科院优秀博士论文奖。

　　本项目在神经科学顶级期刊Neuron等发表论文5篇，他引331次，单篇引用最高236次，被包括Cell、Nature和Science等多篇重要综述引用和高度评价。

　　图1：左图，斑马鱼全脑像 (经艺术加工）。脊椎模式动物斑马鱼幼体脑组织透明、易于全脑成像。为研究感觉信息处理与行为发生的神经机制，研究团队利用基因编辑技术，制备了特异标记不同神经细胞类型的多种转基因斑马鱼品系（如图中不同颜色所示）。进而，结合活体成像、电生理技术、图像处理等多学科方法，获得全脑范围内特定细胞类型的神经环路结构、单细胞分辨率的神经活动、动物行为等多维度信息，从而破解感觉处理与行为发生的神经机制。右图，项目第一完成人杜久林博士（中），第二完成人穆宇博士（左上）、第三完成人李莹博士（左下）、第四完成人姚园园博士（右上）、第五完成人张白冰博士（右下）。

　　图2：外界环境的感觉刺激通常蕴涵客观（如图像是什么）和主观（如对图像的喜厌）两种成份。其中，客观信息经由经典的感觉-运动神经通路(“客观脑”)接受和处理，产生特定的行为反应；主观信息则由神经调质系统（“主观脑”）接受，并经由神经调质系统在感觉-运动神经通路不同环节上对客观信息的处理进行调节，增加行为发生的灵活性，使动物产生适应性的行为。