研究所
研究员
蒲慕明
  • 职称:
  • 职务:主任,高级研究员
  • 研究领域:神经环路的可塑性;长期记忆的突触储存机制;高等认知功能的环路基础
  • 电话:
  • 邮箱:muming.poo@icpbr.ac.cn
简历

蒲慕明院士和Nikos K. Logothetis院士共同担任位于中国上海的国际灵长类脑研究中心(ICPBR)的联合主任。他同时还担任了中国科学院(CAS)脑科学与智能技术卓越创新中心(神经科学研究所)的学术主任,上海脑科学与类脑研究中心的主任,以及加州大学伯克利分校Paul licht生物学杰出讲座教授。1976年至2012年间,他曾先后在加州大学尔湾分校、耶鲁大学、哥伦比亚大学、加州大学圣地亚哥分校和加州大学伯克利分校任教。自1999年至2019年,蒲院士担任中国科学院神经科学研究所的首任所长。

蒲慕明于1970年获得清华大学(台湾)物理学学士,1974年获约翰霍普金斯大学生物物理系博士学位,期间他建立了膜蛋白在细胞膜上动态测量。他首先对生物膜上膜蛋白的侧向扩散性进行测量,定量计算出生物膜的粘度。他为此测量所建立的“光漂白”技术至今仍是测量细胞内蛋白质运动速度的标准方法。在普渡大学做博士后期间(1074-1976年),他对神经发育产生了浓厚的兴趣,研究了生长神经元的电位反应,发现了质膜中膜蛋白的原位电泳运动现象,提出了细胞外电场对细胞功能影响的潜在机制。1976年建立自己的实验室后,他的研究兴趣扩展到分子和细胞神经生物学的诸多领域。例如,例如,神经肌肉突触发生过程中突触后肌膜上烟碱受体的移动和定位;突触发生前后神经元生长锥分泌递质;决定生长锥对细胞外神经引导因子转向反应的细胞质机制,以及轴突和树突极化生长的发展和维持机制;发育中神经肌肉接头和视网膜突触的活动依赖性突触竞争; 突触前和突触后尖峰相对时间在调节突触效能中的关键作用,神经营养素作为突触效能调节剂的功能;突触前神经元中长期电位(LTP)和长期抑制(LTD)的长程逆向和侧向传播; 突触前和突触后尖峰活动在体外和体内产生 LTP 和 LTD 的精确时间窗口;尖峰定时可塑性(STDP)在发育方向敏感性视觉神经元和学习运动序列中的作用;与长期抑制和长期恐惧记忆形成相关的树突棘动态。 

2009年至2019年间,蒲院士在中国科学院神经科学研究所建立了非人灵长类(NHP)研究团队,并且招聘了十多位实验室负责人,专门从事NHP各领域的研究(生殖生物学、基因组分析和编辑、系统神经生理学和脑成像等)。2021年,ICPBR的成立又带来了5个实验室。他还在中国科学院神经科学研究所建立了达到国际标准的大型非人灵长类动物设施(NHP),包括猕猴和狨猴。他本人利用该设施开展了多个非人灵长类动物研究项目。这些项目包括:通过联想训练诱导猕猴进行镜像自我识别,以感知视觉形成(镜像)与躯体感觉/本体感觉信息(自我意识)的重合;狨猴初级听觉皮层中特定音节的神经元反应; 通过体细胞核移植(SCNT)克隆猕猴;通过基因缺失昼夜节律核心基因 BMAL1 和 SCNT 克隆表现出类似精神病表型的 BMAL1 缺失猴,建立精神病猕猴模型。

蒲院士曾在国内外多个机构的科学顾问委员会任职,包括:美国国家科学基金会发育神经科学小组、美国国立卫生研究院细胞生物学和生理学研究组、相关科技大学筹备委员会、长聘研究员评审委员会、人类前沿科学计划、台湾联合大学脑研究中心、台湾中央研究院分子生物学研究所、生物医学研究所、生物化学研究所、语言学研究所、日本理化学研究所脑科学研究所、IBRO神经科学学校董事会、台湾阳明交通大学和清华大学顾问委员会;Peter Gruber基金会神经科学奖遴选委员会、巴塞尔Friedrich Miescher研究所、班加罗尔国家生物科学中心、Ralph Gerald神经科学奖委员会、辉瑞生物治疗与生物创新中心、美国国家卫生研究院全球心理健康大挑战;IBRO计划委员会;HHMI研究人员评审委员会、HHMI合作创新奖计划委员会、韩国国家神经科学研究所、韩国科学技术研究所、昆士兰脑研究所;法国Neurospin脑成像中心、Lundburg基金会脑科学委员会、香港大学脑认知国家重点实验室、IBRO外部评审委员会、香港科技大学分子与细胞神经科学卓越中心、清华大学IDG/McGovern研究所、北京脑科学与类脑研究中心。

蒲院士曾担任《Journal of Cell Biology》《Neuron》《Journal of Neuroscience》《Journal of Biomedical Sciences》《NeuroSignals》《Developmental Neurobiology》《Network》《Progress in Neurobiology》《Experimental Neurology》《Neural Development》《Journal of Physiology》《Journal of Neuroscience Research》《Journal of Biology》《BMC Biology》《Neuroscience Bulletin》的编委;Faculty 1000 国际科学顾问委员会委员。他还担任过《Biochemical and Biophysical Research Communications》和《Developmental Neurobiology》的编辑,《Current Opinions in Neurobiology》的客座编辑和《National Science Review》的执行主编。

荣誉奖项

2020  欧洲神经科学学会联盟论坛EDAB神经伦理讲座

2019  哈佛大学拉德克利夫学院院长科学讲座

2019  法国里昂克劳德-伯纳德大学荣誉博士

2018  牛津大学Sir Charles Sherrington首场讲座

2018  加州大学圣地亚哥分校第20届Stephen Kuffler讲座

2016  香港科技大学高等研究院杰出客座研究员

2014  香港科技大学名誉博士

2014  香港科学院创院院士   

2013  美国国立卫生研究员Wals讲座

2013  海洋生物学实验室Grass讲座

2012  欧洲神经科学学会年会论坛Hertie讲座

2011  华盛顿特区神经科学学会主席讲座

2011  中国科学院院士

2010  昆士兰脑研究所Merson讲座

2010  香港求是杰出科学家奖

2009  国际生理科学联合会特别讲座

2009  美国国家科学院院士

2009  京都大学Numa纪念讲座

2008  麦吉尔大学蒙特利尔神经病学研究所Killam讲座

2005 中华人民共和国国际科学技术合作奖

2005  希伯来大学Heller计算神经生物学讲座

2004  麻省理工学院Teuber讲座

2003  巴黎高等师范学院荣誉博士

2003  洛克菲勒大学讲座

2002  美国瘫痪研究奖

2001  美国科学促进会研究员

2000  台湾中央研究院院士

1998  美国国立卫生研究院Javitz神经科学研究员奖


研究方向

1.神经环路的可塑性

  突触前后神经元的相关活动能够诱导突触传递效率长时程增强(LTP)或减弱(LTD)现象,这是大脑学习记忆的重要突触机制。突触前和突触后神经元的放电的时间顺序是决定突触产生LTP或LTD的关键。这种依赖神经元脉冲时序而定的可塑性--所谓Spike timing-dependent plasticity(STDP)-- 可能是神经系统储存时序信息的机制。我们试图探索大脑皮层是否可以用神经元特定集群的有序放电来编码感觉系统或运动系统信号里的时序信息,并利用神经元集群有序放电产生STDP以储存时序信息, 以及神经元集群里储存的时序信息是如何提取的。我们使用在体多电极、细胞群钙信号、光遗传学等技术来研究这些问题。我们也与脑智卓越创新中心的智能技术方面的研究组合作,探讨如何将神经元突触的可塑性特性融入机器学习的算法,并将脉冲时序信息编码的模式引入人工脉冲神经网络的架构之中。

2.长期记忆的突触储存机制

  长期记忆的储存需要有长期稳定的环路储存机制,突触功能的变化如LTP和LTD是否伴随了突触的构造变化(包括已有突触的形态变化、新突触的产生和已有突触的消失)?通过在体双光子成像,我们对大脑皮层的突触形态和动态做长期的观测,探索与长期记忆相关脑区是否有突触形态和动态的变化,这些变化是否与记忆的形成和消失有因果关系,伴随老化过程和退行性脑疾病的记忆衰退是否与突触形态和动态变化的失常有关?我们使用鼠与猴为动物模型,各种记忆模式(恐惧记忆、图像和语音记忆等)来研究这些问题。

3.高等认知功能的环路基础

  理解最高等认知功能(如自我意识和语言)的神经环路基础,是脑科学的终极领域。我们认为非人灵长类如猕猴和绒猴可用与研究这些功能的神经环路基础。通过多实验室合作,我们期望能通过对非人灵长类的特殊训练和基因操作和与人类的比较研究,开始对这个问题做一下前瞻性探索。


代表论著

1.  Poo, M-m., R.A. Cone. Lateral diffusion of rhodopsin in the photoreceptor membrane.  Nature 247:438-441 (1974).

2.  Orida, N.K. Poo M-m. Electrophoretic movement and localization of acetylcholine receptors in the embryonic muscle cell membrane.  Nature 275: 31-35 (1978).

3.  Poo, M-m.  Rapid lateral diffusion of functional acetylcholine receptors in embryonic muscle membrane. Nature  295:332-334 (1982).

4.  Young, S.H. and M-m. Poo. Spontaneous release of transmitter from growth cone of embryonic neuron. Nature 305:634-637 (1983).

5.  Lo, Y. and Poo, M-m.  Activity-dependent synaptic competition in vitro: Heterosynaptic suppression of developing synapses.  Science 254:1019-1022 (1991).

6.  Dan, Y. and Poo, M.  Hebbian depression of isolated neuromuscular synapses in vitro.  Science 256: 1570-1573 (1992).

7.  Alder, J., Lu, B., Valtorta, F., Greengard, P., and Poo, M-m. (1992) Transmitter secretion reconstituted in Xenopus oocytes: Requirement for synaptophysin.  Science 257: 657-661.  

8.  Dan, Y. and Poo, M-m. (1992)  Quantal transmitter secretion from myocytes loaded with acetylcholine.  Nature 359: 733-737.

9.  Popov, S. Brown, A. and Poo, M-m. Forward plasma membrane flow in growing nerve processes. Science 259: 244-246 (1993).

10. Lohof, A., Ip, N. and Poo, M-m. Potentiation of developing neuromuscular synapses by the neurotrophins NT-3 and BDNF.  Nature 363: 350-353 (1993).

11. Zheng, J., Felder, M., Connor, J., and Poo, M-m.  Turning of nerve growth cones induced by neurotransmitters.  Nature 368: 140-144 (1994).

12. Stoop, R., and Poo, M-m.  Potentiation of transmitter release by ciliary neurotrophic factor requires somatic signaling. Science 267: 695-699 (1995)

13. Song, H-j. Ming, G-l., and Poo M-m.  A cAMP-induced switching of turning direction of nerve growth cones. Nature 388: 275-279 (1997).

14. Fitzsimonds, R., Song, H-j. and  Poo, M-m.  Propagation of activity-dependent synaptic depression in small neural networks. Nature 388: 439-448 (1997).

15. Zhang, L., Tao, H-z., Holt, C., Harris, W., and Poo, M-m.  A critical window in the cooperation and competition among developing retinotectal synapses. Nature 395: 37-44 (1998). 

16.  Song, H-j., Ming, G-l., He, Z, Lehmann, M., McKerracher, L., Tessier-Lagvine, M., and Poo, M-m.  Conversion of neuronal growth cone responses from repulsion to attraction by cyclic nucleotides.  Science 281: 1515-1518 (1998).   

17.  Bi, Q. and Poo, M-m.  Synaptic modifications in cultured hippocampal neurons: dependence on spike timing, synaptic strength, and postsynaptic cell type.  J. Neurosci.  18: 10464-10472 (1998).

18.  Boulanger, L. and Poo, M-m. Gating of BDNF-induced synaptic potentiation by cAMP.  Science 284:1982-1984 (1999). 

19.  Bi, G. and Poo, M-m. Distributed synaptic modification in neural networks induced by patterned stimulation. Nature 401: 792-796 (1999). 

20.  Hong, K., Nishiyama, M., Henley, J., Tessier-Lavigne, M., and Poo, M-m. Calcium signaling in the guidance of nerve growth by netrin-1.  Nature 403: 93-98 (2000).  

21.  Nishiyama, M., Hong, K., Mikoshiba, K., Poo, M-m. and Kato, K. Release of internal Ca2+ regulates the polarity and input specificity of synaptic modification.  Nature 408: 584-588 (2000).

22.  Ganguly, K., Schinder, A., Wong, S. and Poo, M-m.  GABA itself promotes the developmental switch of neuronal GABAergic transmission from excitation to inhibition.  Cell  105: 521-532 (2001) 

23.  Ming, G., Wong, S., Henley, J., Yuan, X., Song, H., Spitzer, N., and M-m. Poo.  Adaptation in the chemotactic guidance of nerve growth cones.  Nature  417, 411-8 (2002)  

24.  Engart, F., Tao, H., Zhang, L., and M-m. Poo.  Moving stimuli induces direction-sensitive responses of developing tectal neurons.  Nature  419, 470-474 (2002)  

25.  Zhou, Q., Tao, H., and M-m. Poo.  Reversal and stabilization of synaptic modifications in a developing visual system.  Science  300, 1953-7 (2003)

26.  Li, C.Y., Liu, J.T., Duan, S.M. & Poo, M-m.  Bi-directional modulation of presynaptic neuronal excitability induced by correlated pre- and postsynaptic activity.  Neuron  41:257-68 (2004)

27.  Du, J-l. & Poo, M-m.  Rapid BDNF-induced retrograde synaptic modification in a developing retinotectal system.  Nature  429: 878-83 (2004)  

28.  Zhou, Q., Homma, K.J., & Poo, M-m.  Shrinkage of dendritic spines associated with long-term depression of hippocampal synapses. Neuron 44: 749-57 (2004)  

29.  Wang, G.X. & Poo, M-m. Requirement of TRPC channels in netrin-1-induced chemotropic turning of nerve growth cones. Nature 454: 898-904 (2005)  

30.  Liu, Q-s., Pu, L. & Poo, M-m.  Repeated cocaine exposure facilitates LTP induction in midbrain dopamine neurons.  Nature  437:1027-31 (2005) 

31.  Guan, C-b, Xu, H-t., Yuan, X-b. & Poo, M-m.  Long-range Ca2+ signaling mediates reversal of neuronal migration induced by Slit-2.  Cell  l29: 385-395 (2007)

32.  Shelly, M., Cancedda, L., Sumbre, G. & Poo, M-m.  LKB1/STRAD promotes axon initiation during neuronal polarization.  Cell 129: 565-77 (2007) 

33.  Sumbre, G., Muto, A., Baier H., Poo M-m. Entrained rhythmic activities of neuronal ensembles as perceptual memory of time interval.  Nature  456:102-6 (2008)

34.  Song A.H., Wang D., Chen G., Li Y., Luo J., Duan S, & Poo M-m. A selective filter for cytoplasmic transport at the axon initial segment.  Cell  136: 1148-60 (2009)

35.  Shelly M., Lim B.K., Cancedda L., Heilshorn S.C., Gao H., Poo M-m. Local and long-range reciprocal regulation of cAMP and cGMP in axon/dendrite formation. Science 327: 547-52 (2010).

36.  Xu S, Jiang W, Poo M-m, Dan Y.  Activity recall in a visual cortical ensemble. Nat Neurosci. 15:449-55 (2012)

37.  Yang Y, Liu D-q, Sun Y-g, Zuo Y, Poo M-m. Remodeling of amygadala-auditory cortex synapses associated with auditory fear learning.  Nat. Neurosci. 19:1348-55 (2016)

38.  Chang L, Zhang S, Poo MM, Gong N. Spontaneous expression of mirror self-recognition in monkeys after learning precise visual-proprioceptive association for mirror images. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 114:3258-3263 (2017)

39.  Liu Z, Cai YJ, Yan W. Nie YH, Zhang CC, Xu YT, Zhang XT, Lu Y, Wang ZY, Poo, MM, Sun Q. Cloning of Macaque Monkeys by Somatic Cell Nuclear Transfer,  Cell  172:881-887 (2018)

40.  Zeng HH, Huang JF, Li JR, Shen ZM, Gong N, Wen YQ, Wang LP and Poo MM. Distinct neuron populations for simple and compound calls in the primary auditory cortex of awake marmosets. Nat. Sci. Rev. 8: nwab126, 2021, https://doi.org/10.1093/nsr/nwab126 (2021)

十篇精选评论文章:

1.  Poo, M-m.  In situ electrophoresis of membrane components. Ann. Rev. Biophys. Bioeng.  10:245-276 (1981).

2. Poo, M-m.  Mobility and localization of proteins in excitable membranes.  Ann. Rev. Neurosci.  8:368-406 (1985).

3.  Fitzsimonds, R. and M-m. Poo (1998)  Retrograde signaling in the development and modification of synapses.  Physiol. Rev.  78: 143-170.

4.  Poo, M-m. Neurotrophins as synaptic modulators.  Nat. Rev. Neurosci.  2: 24-32 (2001).

5.  Bi, G. and Poo, M-m. Synaptic modification by correlated activity: Hebb’s postulate revisited.  Annu. Rev. Neurosci.  24: 139-66 (2001)

6. Dan, Y. & Poo, M-m. Spike timing-dependent plasticity: from synapse to perception. Physiol. Rev. 86:1033-48 (2006). 

7.  Cheng PL and Poo M-m.  Early events in axon/dendrite polarization. Annu Rev Neurosci. 35:181-201 (2012)

8.  Park H, Poo M-m.Neurotrophin regulation of neural circuit development and function. Nat. Rev. Neurosci. 14:7-23 (2013)

9.  Ganguly, K., Poo, M-m.  Activity-dependent neural plasticity from bench to bedside. Neuron 30:729-41 (2013)

10.  Poo, M. Transcriptome, connectome and neuromodulation of the primate brain. Cell  l85: 2636-2639 (2022)