香港城市大学神经科学系全奖博士招生 | Prof. Yang

导师简介

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教授是香港城市大学神经科学系的副教授和神经科学系副系主任，是当代听觉系统信息处理和神经可塑性研究领域的杰出学者。教授在伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校获得分子与综合生理学博士学位，师从Albert S. Feng博士，研究听觉神经元（从耳蜗核到听觉皮层）在听觉信息处理中的生物物理作用。

随后，他加入加州大学伯克利分校的Helen Wills神经科学研究所，作为博士后研究员与Shaowen Bao博士一起研究听觉幻痛（耳鸣）的机制。之后，他在加州大学旧金山分校的综合神经科学中心继续感觉系统的研究，与Kevin J. Bender和Christoph E. Schreiner合作，分别研究听觉神经元轴突初段在信息处理中的作用以及知觉学习的细胞基础。目前，他在香港城市大学神经科学系从事教学和研究工作，专注于脑科学和神经可塑性的前沿研究。

研究领域

教授的教学和研究兴趣广泛而深入，主要集中在以下几个领域：

1. 脑图谱绘制：研究大脑各区域的功能和结构，特别是听觉皮层的功能图谱及其可塑性。
2. 突触可塑性：探索神经元之间突触连接的变化机制，以及这些变化如何影响学习和记忆。
3. 知觉学习：研究感觉系统如何通过经验调整和适应，改善对环境刺激的处理能力。
4. 幻痛现象：特别关注听觉幻痛（耳鸣）的神经机制和可能的治疗方法。
5. 精神疾病：研究各种精神障碍的神经基础，探索新的诊断和治疗方法。

教授的研究旨在解答神经科学的一个基本问题：神经元如何处理先天和环境线索以产生与行为相关的输出。他的实验室采用多种现代技术，如体内多通道记录、双光子成像、体内全细胞记录和各种行为任务，研究感觉系统（用于感觉学习的机制理解）和海马体（用于记忆的细胞机制）。这些研究最终将应用于缓解脑疾病中的信息处理障碍。

研究分析

1. 《Tinnitus Correlates with Downregulation of Cortical Glutamate Decarboxylase 65 Expression But Not Auditory Cortical Map Reorganization》

发表于《Journal of Neuroscience》期刊

教授与合作者通过研究FVB小鼠，成功将耳鸣与听力损失这两个通常共存的现象分离开来。研究表明，耳鸣与听觉皮层中谷氨酸脱羧酶65（GAD65）的表达下调显著相关，而非如先前假设的皮层图谱重组。这一发现挑战了耳鸣机制的传统理解，为开发针对性治疗提供了新的方向。该研究也表明，通过RNA干扰技术降低正常听力小鼠的GAD65表达可诱发耳鸣，进一步证实了GAD65在耳鸣发生中的关键作用。

2. 《Cortical surface plasticity promotes map remodeling and alleviates tinnitus in adult mice》

发表于2023年的《Progress in Neurobiology》期刊

教授及其团队开发了一种基于石墨烯的电极阵列，可以在不侵入组织的情况下对大脑皮层进行电刺激。研究显示，皮层表面刺激可以增强皮层活动，重塑感觉图谱，并缓解由听力损失引起的耳鸣行为。这些效果可能是由于保留了长期突触增强能力，如小鼠模型的皮层切片所示。这一发现表明，皮层表面激活可用于促进由感觉剥夺引起的幻觉的功能恢复，并为涉及皮层电刺激的各种治疗方法提供了工作原理。

3. 《Neurodiagnostic and neurotherapeutic potential of graphene nanomaterials》

发表于2024年3月的《Biosensors and Bioelectronics》期刊

教授与团队回顾了石墨烯在神经科学和临床应用中的技术进展。石墨烯作为一种具有优异导电性、化学稳定性、生物相容性、热稳定性和可扩展性的纳米材料，非常适合测量健康和疾病状态下的脑活动和可塑性。论文讨论了石墨烯纳米材料在帕金森病、中风、胶质瘤、癫痫、耳鸣和阿尔茨海默病等脑疾病的诊断和治疗中的应用，并探讨了临床应用的局限性和未来需求。

4. 《Hybrid graphene electrode for the diagnosis and treatment of epilepsy in free-moving animal models》

发表于2023年的《NPG Asia Materials》期刊

教授与合作者开发了一种高密度、柔性电极阵列，由石墨烯/金/石墨烯组成，可稳定地包裹在活体大鼠大脑皮层表面，具有机构的信噪比。这种混合石墨烯多通道电极成功地以高通量时空分辨率检测到脑信号，并显著抑制了匹罗卡品诱导的癫痫放电和行为。同时记录和神经刺激在清醒动物中的应用可能会为难治性癫痫的治疗带来根本性的变化。

5. 《Electrophysiological measurements of synaptic connectivity and plasticity in the longitudinal dentate gyrus network from mouse hippocampal slices》

该论文发表于2023年3月的《STAR Protocols》期刊。论文详细介绍了一种评估纵向齿状回网络中突触连接和可塑性的方法，包括：(1)获取含有纵向齿状回-齿状回连接的急性小鼠海马切片，(2)结合双光子显微镜和谷氨酸释放使用全细胞贴片记录测量兴奋性突触后电位，以及(3)使用细胞外场记录评估突触可塑性。这些方法对于研究海马中的神经连接及其在学习、记忆和焦虑中的作用具有重要价值。

6. 《Long-term, but not transient, hearing loss alters the morphology and increases the excitability of cortical pyramidal neurons》

发表于《Journal of Neurophysiology》期刊

教授和合作者研究了不同持续时间的听力损失对听觉皮层神经元的影响。结果显示，长期（几个月）但非短期（几天）的听力损失会导致皮层锥体神经元的树突形态改变和兴奋性增加。这些变化可能与听力损失后出现的听觉幻觉（如耳鸣）相关。研究为理解听力损失导致的神经可塑性和听觉障碍提供了重要线索。

项目分析

1. 《Long-term Rescuing Effects on Remembering and Memory Retention in Alzheimer's Disease Mice with Self-synthesized CCK-B Receptor Agonists》

这是一个由合作研究基金资助的项目，教授作为共同主要研究员参与。该项目旨在开发和测试靶向胆囊收缩素B型(CCK-B)受体的新型激动剂，以改善阿尔茨海默病(AD)小鼠模型的记忆功能。已有研究表明，胆囊收缩素及其受体在学习和记忆中起关键作用，特别是在海马体和新皮层中。该项目通过自合成的CCK-B受体激动剂，探索其在AD小鼠模型中长期改善记忆形成和保持的潜力，有望为阿尔茨海默病治疗提供新的药物靶点和干预策略。

2. 《Investigate The Impact of Amyotrophic Lateral Sclerosis Related FUS Mutation on The Synaptic Connections of Human Brain Neurons Through Transplantation of Induced Pluripotent Neural Stem Cells》

这是一个由香港研究资助局(GRF)资助的项目，教授作为共同研究员参与。肌萎缩侧索硬化症(ALS)是一种致命的神经退行性疾病，FUS蛋白的突变是其常见原因之一。该项目通过诱导多能神经干细胞技术，研究FUS突变如何影响人类脑神经元的突触连接。项目采用先进的诱导多能干细胞(iPSC)技术将携带FUS突变的神经干细胞移植到小鼠脑中，观察其发育和形成突触连接的过程，并分析与对照组的差异。这项研究将有助于深入理解ALS的病理机制，为开发针对性治疗提供基础。

3. 《Preclinical Evaluation of In Vitro, Ex Vivo and In Vivo Delivery of a Proprietary Formulation of CRISPR/Cas-Based Genome-Editing Agent to Mouse Brain Models of Alzheimer's and Parkinson's Diseases Using Engineered Virus-Like Particles》

这是由创新科技基金(ITF)资助的项目，教授担任主要研究员。该项目探索使用工程病毒样颗粒(VLPs)作为载体，将CRISPR/Cas基因组编辑技术递送至阿尔茨海默病和帕金森病的小鼠模型中。基因组编辑技术有望靶向修复导致这些神经退行性疾病的基因缺陷，但关键挑战是如何有效地将编辑工具递送到脑部。该项目评估了专有配方的CRISPR/Cas基因组编辑剂在体外、离体和体内的递送效果，为未来的临床应用奠定基础。这种方法如果成功，将为治疗神经退行性疾病提供革命性的新策略。

研究想法

1. 基于可穿戴设备的耳鸣实时监测与干预系统

研究构想：开发一种集成了微型EEG传感器和石墨烯电极的可穿戴设备，实时监测与耳鸣相关的脑活动模式，并通过定制化的声音刺激或经颅微电流刺激(tDCS)进行干预。系统将采用人工智能算法分析脑信号，自动识别耳鸣发作模式，并触发个性化干预方案。

创新点：

• 结合教授的石墨烯电极技术与可穿戴设备，实现无创、高精度的脑活动监测
• 应用机器学习算法识别个体特异的耳鸣相关脑活动模式
• 建立闭环系统，根据实时脑活动调整干预参数，最大化治疗效果

2. 突触靶向纳米递送系统促进海马神经可塑性

研究构想：设计一种石墨烯-脂质体复合纳米载体，负载GAD65增强剂或其他调节突触可塑性的分子，靶向递送至海马齿状回区域。纳米载体表面修饰特异性配体，提高血脑屏障通透性和神经元靶向性。通过促进突触可塑性，改善认知功能，特别是在神经退行性疾病和年龄相关认知下降的情况下。

创新点：

• 利用教授对GAD65在神经可塑性中作用的研究成果，开发针对性干预策略
• 石墨烯-脂质体复合纳米载体具有优异的生物相容性和药物释放特性
• 靶向递送系统减少系统性副作用，提高治疗效率

3. 多模态脑图谱绘制系统整合结构和功能信息

研究构想：开发一种整合多种成像和记录技术的脑图谱绘制系统，同时获取神经元活动、突触连接、胶质细胞功能和血流动力学等多维信息。系统将结合体内双光子成像、石墨烯电极记录、功能性近红外光谱(fNIRS)和先进的数据分析方法，构建高精度、多层次的动态脑图谱。

创新点：

• 整合教授在脑图谱绘制和石墨烯电极开发的专长，创建多模态数据采集平台
• 实现神经元活动、胶质细胞功能和血流动力学的同步监测，揭示它们之间的相互作用
• 开发专用算法，从海量多模态数据中提取关键特征和模式

4. 基于CRISPR-Cas9的靶向神经元类型特异性基因编辑疗法

研究构想：针对神经退行性疾病，开发一种神经元类型特异性的基因编辑系统，利用改进的CRISPR-Cas9技术和细胞类型特异性启动子，精确靶向和修复特定神经元群体中的致病基因。系统将使用工程病毒样颗粒作为递送载体，结合血脑屏障靶向策略，提高基因编辑工具在中枢神经系统的递送效率。

创新点：

• 基于教授在CRISPR/Cas基因组编辑剂递送研究的成果，开发神经元类型特异性靶向系统
• 利用先进的单细胞测序技术，确定疾病相关神经元亚型的特异性标记
• 开发新型病毒样颗粒载体，提高基因编辑工具的递送效率和安全性

申请建议

1. 学术背景准备

• 跨学科知识储备：教授的研究横跨神经科学、生物物理学和生物医学工程多个领域。申请者应具备坚实的神经生物学基础，同时熟悉电生理学、信号处理和数据分析方法。补充学习计算神经科学、生物材料和生物医学工程相关知识将大大增加竞争力。
• 技术能力培养：提前掌握电生理记录（如贴片钳、场电位记录）、神经影像（如双光子显微镜）、行为测试和数据分析等实验技术。参与相关实验室的研究项目或暑期实习，获取实际操作经验。特别是，尝试学习教授实验室常用的技术，如体内多通道记录和全细胞贴片记录等。
• 文献深入研读：系统阅读教授的核心论文，特别是关于耳鸣机制、海马功能和石墨烯神经电极的研究。同时关注相关领域的最新进展，形成对研究前沿的清晰认识。创建文献笔记系统，总结关键方法、发现和未解决问题。

2. 研究提案准备

• 定位研究方向：根据教授的研究兴趣，选择1-2个具体方向深入研究，如听觉系统可塑性、海马神经网络功能或神经接口技术开发。研究提案应与导师现有项目有连接，同时包含创新元素。
• 问题导向设计：提出明确的科学问题和假设，而非仅列出技术或方法。例如，探索"石墨烯电极刺激如何影响特定神经元群体的活动模式及其对知觉学习的影响"，而非简单提出"使用石墨烯电极研究神经活动"。
• 方法学可行性：详细说明拟采用的研究方法，包括实验设计、数据采集和分析策略。强调方法的合理性和创新性，同时展示对技术局限性的认识和潜在解决方案。
• 预期成果与意义：清晰阐述研究的预期成果及其理论和应用价值，特别是与教授关注的脑疾病（如耳鸣、癫痫和神经退行性疾病）相关的潜在临床应用。

3. 联系与面试策略

• 个性化初次联系：发送简洁专业的邮件，展示对教授研究的深入了解和特定兴趣。引用其论文中的具体发现或方法，说明这些工作如何激发了你的研究兴趣。避免使用模板化语言，突出个人与实验室研究方向的契合点。
• 突出独特优势：清晰表达你能为实验室带来的独特价值，如特定技术能力、跨学科背景或解决问题的创新思路。如果有与教授研究相关的出版物或研究经历，应重点强调。
• 面试准备：准备简短的研究经历介绍（3-5分钟），重点突出研究问题、方法和成果，而非技术细节。预期关于教授论文的具体问题，准备有深度的讨论点。同时，准备表达自己对未来研究的构想，展示独立思考能力。
• 展示学习能力：教授的研究涉及多种先进技术和跨学科知识。强调你快速学习新技术和适应不同研究环境的能力，提供具体例子说明你如何掌握新技能或解决复杂问题。

4. 差异化竞争策略

• 技术互补原则：评估教授实验室可能缺乏的技术或专长，有针对性地培养这些能力。例如，如果你具备机器学习、计算模型构建或高级光学成像技术的经验，这些可能成为你的独特优势。
• 桥接合作潜力：识别教授研究与其他领域的潜在交叉点，如计算神经科学、生物材料学或医学影像学。提出能够促进跨学科合作的研究构想，展示你促进实验室拓展新方向的能力。
• 数据分析创新：教授的研究产生大量复杂数据，如多通道电生理记录和行为数据。展示你在高级数据分析、可视化或计算模型方面的专长，提出如何从现有数据中提取更多信息的创新方法。
• 转化医学视角：强调你对基础研究向临床应用转化的理解和兴趣，特别是针对教授关注的神经疾病（如耳鸣、癫痫和神经退行性疾病）。提出将实验室发现转化为潜在治疗策略的具体路径

博士背景

Neuron Zhang，北京大学神经科学研究所博士生，专注于认知神经科学和神经可塑性研究。擅长运用功能性磁共振成像（fMRI）和脑电图（EEG）技术，探索人类高级认知功能的神经机制。在研究长期冥想对大脑结构和功能影响方面取得重要突破。曾获国家奖学金和中国认知科学学会青年科学家奖。研究成果发表于《Nature Neuroscience》和《Neuron》等顶级期刊。