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1. 研究目的与意义（文献综述）
记忆在大脑中存储和编码的方式一直是神经生物学上的一大难题，早在1904年，richard semon就提出了“记忆印记（engram）”的概念来解释记忆在大脑中的存储方式，他将其定义为“…外部刺激使大脑中一些敏感物质产生的持久、潜在的修饰…”[1]，但同时，他也表示，对记忆印记的生理基础的观测是一个“毫无希望的任务”[2]。然而，近年来，新技术的发展使得人们能够在单细胞水平上对神经元进行成像与操作，对记忆印记的观测已成为可能。目前，神经元活动的观测方法主要有电生理记录[3,4]、基于即时早期基因的报告基因成像[5,6]以及钙指示剂成像[7-15]。其中，电生理记录由于电极的数量限制，难以记录皮层中大量神经元的活动，而报告基因表达一般具有较长的延迟，无法观测到实时的神经元活动，钙指示剂成像则同时具有高通量、低延迟的优点，因此广泛应用于神经元活动的观测[7-12]。双光子显微镜能够在不损伤脑组织的情况下，对皮层深层的神经活动进行成像，这使得对神经元的三维观测成为可能，为记忆编码的研究提供了技术支持。
2009年，loren looger发明了钙指示剂gcamp3，在躯体感觉皮层的二三层中进行性能测试表明，gcamp3对单次动作电位的分辨率达到6hz（即延迟约167ms），能够检测到约90%的单次动作电位[13]。到2013年，gcamp6f对单次动作电位检测的延迟已降低至50~70ms，检测率也达到99%，并且具有更高的亮度，这些优越的性能使得gcamp6f成为近年来在神经活动观测中应用最广泛的钙指示剂[14]。目前，2019年5月masatoshi inoue等提出的最新的钙指示剂xcamp，具有更低的延迟（gcamp6f的1/12，达到约1.9ms）、更快的衰减速率（gcamp6f的1.9倍）、更高的信噪比（gcamp6f的2.7倍）[15]。这些性能足以满足神经活动观测对指示剂灵敏度的需求，目前对记忆编码研究最大的限制是双光子显微镜的通量。虽然现在的技术可以对数千甚至上万神经元的活动同时进行观测，但相对于大脑中数以亿计的神经元来说还是微不足道，而目前已有大量研究表明，记忆印迹遍布大脑皮层中各个区域，要研究记忆的编码方式，必须通过更高通量的观测手段。
尽管技术上有一定限制，但理论上来讲，通过大量的观测仍然能够突破数量限制，获取大脑中全部的神经元活动信息。2005年， 欧洲科学提出了著名的“蓝脑计划”，试图记录大脑中所有的神经元结构及其突触连接，并给出神经活动的数学模型，通过计算机模拟大脑[16]。然而，这一耗资超过十亿欧元的项目并没有得到预期的结果，但基于这一项目中研究的猫的视皮层结构提出的卷积神经网络计算模型却为计算机图像识别做出了巨大贡献[17]。这一模型的成功或许意味着，神经元的活动模型并不像物理模型那样简洁明了，而是由许多计算模型组成的复杂算法，因此，对神经元活动的计算分析尤为重要，对神经网络模型的构建也是目前研究的重点。
2. 研究的基本内容与方案
2.1研究的基本内容
2.1.1小鼠视皮层神经元活动模型的构建及钙信号图像的模拟
3. 研究计划与安排
第1-2周：查阅文献资料，了解在各种实验研究中视皮层中神经元的活动情况。
4. 参考文献（12篇以上）
[1] dendy a . diemneme als erhaltendes prinzip in wechsel des organischen geschehens[j]. nature,1912, 88(2203):371-372.
[2] josselyn, sheenaa, susumu t. memory engrams: recalling the past and imagining the future[j].science, 2020, 367(6473):39.
[3] jarosiewicz b ,chase s m , fraser g w , et al. functional network reorganization duringlearning in a brain-computer interface paradigm[j]. proceedings of the nationalacademy of sciences of the united states of america, 2008, 105(49):19486-19491.
