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“重大研究计划”脑科学相关:情感和记忆的神经环路基础重大研究计划2016项目指南出炉

来源:www.bbsbz.net   发表日期:2017-09-08 13:28 

导读:自今年2月以来,国家自然科学基金委员会官网相继发布了12个“重大研究计划”2016年度项目指南,其中与脑科学相关的“情感和记忆神经环路基础重大研究计划”位列其中,项目经费预算约3300万元。另外“高性能科学计算的基础算法与可计算建模重大研究计划”中的“重大脑精神疾病的遗传影像学分析理论与计算方法”也与脑科学相关。

 
  导读:自今年2月以来,国家自然科学基金委员会官网相继发布了12个“重大研究计划”2016年度项目指南,其中与脑科学相关的“情感和记忆神经环路基础重大研究计划”位列其中,项目经费预算约3300万元。另外“高性能科学计算的基础算法与可计算建模重大研究计划”中的“重大脑精神疾病的遗传影像学分析理论与计算方法”也与脑科学相关。

【重磅】“重大研究计划”脑科学相关:情感和记忆的神经环路基础重大研究计划2016项目指南出炉

 
何为“重大研究计划”?

  据悉,国家自然科学基金委员会于2001年开始试点实施《国家自然科学基金重大研究计划》。该计划是针对国家重大战略需求和重大科学前沿两类核心基础科学问题,结合我国具有基础和优势的领域进行重点部署,凝聚优势力量,形成具有相对统一目标或方向的项目群,并加强关键科学问题的深入研究和集成,以实现若干重点领域和重要方向的跨越发展。

  重大研究计划项目分为“培育项目”、“重点支持项目”和“集成项目”3类。“培育项目”的资助期限一般为3年,“重点支持项目”的资助期限一般为4年,“集成项目”的资助期限由各重大研究计划指导专家组根据实际需要确定。

  12个“重大研究计划”2016年度项目指南发布

  截止到笔者统计时(7月15日),国家自然科学基金委员会官网共发布了12个“重大研究计划”2016年度项目指南。指南明确了各“重大研究计划”的科学目标、2016年度拟资助研究方向、2016年度资助计划、申报要求及注意事项等内容。其中与脑科学相关的项目指南如下:

  情感和记忆的神经环路基础重大研究计划2016年度项目指南

  一、科学目标

  本重大研究计划以情感和记忆的神经环路为主要研究内容,充分发挥医学科学、生命科学和信息科学等学科的特点以及学科交叉的优势,引入连接组、功能组等系统化的研究理念,结合临床情感和记忆障碍疾病特点,对情感和记忆(尤其是情感相关的记忆)的神经环路的结构和功能进行定量化描述。

  二、核心科学问题

  本重大研究计划的核心科学问题:

  (一)情感和记忆的结构环路与功能环路间的相互关系;

  (二)情感和记忆神经环路相互作用的关键节点和调控机制;

  (三)遗传和表观遗传因素以及应激等环境因素对神经环路可塑性的作用及其调控机制。

  三、2016年度拟资助研究方向

  2016年度着力于“记忆神经环路的结构和功能”集成项目的申请和立项,以利于实现本重大研究计划的预期目标,达到集成升华、跨越发展的目的。同时,少量受理与本重大研究计划“情感和记忆的神经环路基础”研究方向密切相关的部分“重点支持项目”和“培育项目”的申请。其中,重点支持项目鼓励利用中国人脑组织标本研究情感和记忆障碍的神经环路基础。

  (一)学习和记忆的神经环路基础(集成项目)。

  以生理性的学习和记忆为研究对象,联合应用光遗传学、电生理、基于工具病毒的神经环路示踪技术、全脑尺度神经环路重建技术、分子遗传学技术、在体钙成像等多项技术,在分子-突触-细胞-环路等多个水平上,解析学习和记忆的神经环路结构、功能特征及分子细胞机制。特别鼓励发展稀疏标记及全脑快速成像、重构等技术,研究与学习记忆有关脑区在单个神经元精度的全脑投射图谱及其功能。

  (二)老年记忆障碍的神经环路机制(集成项目)。

  选择老年记忆障碍(如阿尔茨海默病,AD)动物模型,针对学习记忆神经环路的核心脑区,研究疾病发生发展过程中记忆相关神经环路的异常表征和动态改变,揭示AD神经微环路结构和可塑性损伤以及记忆障碍的发生机制,探索保护策略。特别鼓励整合运用基于工具病毒的神经环路示踪、细胞类型特异性光学成像、在体电生理记录、信号分子的活体在线高选择分析等新技术,在网络-细胞-突触-分子等多个水平上进行研究。

  (三)利用中国人脑组织标本研究情感障碍或/和记忆障碍的神经环路基础(重点支持项目)。

  以中国人情感障碍或/和记忆障碍相关疾病(如抑郁症、老年性痴呆等)患者所捐献的死亡后大脑组织以及相关的病史资料为对象,对与情感记忆相关脑组织开展病理学、影像学、基因检测和表观遗传学分析、蛋白质组学、以及生物标记技术等方面的研究,分析情感障碍或/和记忆障碍神经环路的结构和功能,阐明情感障碍或/和记忆障碍相关疾病的神经环路机制。

  四、2016年度资助计划

  2016年度是本重大研究计划实施的第6年,计划资助直接费用约3300万元。其中前2个集成方向计划资助直接费用约1800万元,拟资助“集成项目”4-6项,直接费用的平均资助强度约300-500万元/项,资助期限3年;拟资助中国人脑为标本的情感障碍或/和记忆障碍神经环路研究重点支持项目2-3项,直接费用的平均资助强度约200-300万元/项,资助期限3年。与本研究计划“情感和记忆的神经环路基础”研究方向密切相关的重点支持项目和培育项目若干项(重点支持项目直接费用的平均资助强度约300-400万元/项,培育项目直接费用的平均资助强度约80-100万元/项),资助期限3年。申请书中研究期限均应填写“2017年1月1日-2019年12月31日”。

  高性能科学计算的基础算法与可计算建模重大研究计划2016年度项目指南

  本重大研究计划以实际需求为牵引,从基础研究入手,加强科学计算领域的重要基础科学问题研究,设计高效基础算法,建立满足实际精度要求的可计算模型,提高利用计算机解决科学与工程问题的能力,为前沿科学研究和重大需求提供进一步的科学计算支撑,有力地促进科学计算硬件、软件协调发展,促进数学与其他学科的交叉融合,推动科学计算乃至科学技术的跨越发展。

  一、科学目标

  本重大研究计划围绕基础算法与可计算建模这一主线,开展科学计算的共性高效算法、基于机理与数据的可计算建模和问题驱动的高性能计算与算法评价研究,推动我国高性能科学计算的发展,为解决科学前沿和国家需求中的瓶颈问题提供关键的数值模拟技术和方法支撑。

  二、 核心科学问题

  (一) 数值计算的共性高效算法。

  1. 微分方程高效高精度的格式构造与分析;

  2. 复杂数据处理的快速方法;

  3. 不确定与复杂目标函数的优化方法。

  (二)基于机理与数据的可计算建模。

  1. 典型物理模型的耦合与分析;

  2. 超高维数据的稀疏表达;

  3. 机理与数据的混合建模。

  (三)问题驱动的高性能计算与算法评价。

  1. 多物理过程耦合条件下的数值模拟与算法评价;

  2. 基于数据提取和分析的计算与算法评价;

  3. 模型和数据互补的计算与算法评价。

  三、2016年度拟资助研究方向

  2016年度是本重大研究计划实施的第6年,根据前期资助布局和整体发展的需要进入集成升华阶段,主要以集成项目和重点支持项目予以资助。与下面公布的重点资助方向关系不紧密的项目申请将不予受理。

  (一)集成方向。

  集成项目将在前期资助的培育项目和重点支持项目中,从有突破苗头的研究方向中遴选出优秀项目进行整合,为重大研究计划后期的总体集成服务。本次征集的集成方向:

  1.随机哈密尔顿偏微分方程高效数值方法。

  针对具有辛、多辛几何结构和统计物理特性的随机哈密尔顿偏微分方程,研究保持原模型结构和特性的高效数值方法的构造、分析与实现,特别是研究计算效率、计算准确性以及计算复杂性等关键科学问题,提高对源于物理和经济金融等领域的随机问题的长期跟踪、预测和模拟能力,为上述领域中与随机算法相关的算法难题的解决提供有效工具。

  2.医学影像配准与融合的建模和算法。

  针对医学图像对比度低、边界模糊、异质性、伪影和组织器官重叠等特点,研究各种医学图像的非刚性配准问题和融合问题的可计算建模方法,构造基于几何、变分和深度学习的特征提取算法,发展相关的异构数据配准与融合问题的数学理论,建立高质量的图像三维重建模型和算法,提高医学图像分析与处理的质量,为精准诊断和治疗提供技术支撑。

  3.重金属材料复杂结构及相变的多尺度算法与验证。

  针对镍、铊、钨钼合金等重金属材料的复杂结构及其相变问题,研究在磁驱动强荷载条件下的可计算建模方法,揭示其内在机理,建立多物理场相互作用的强耦合模型,探索模型中参数的选取方法,发展高效算法开展模拟研究,结合实验数据验证模型和算法的有效性。

  4.辐射输运过程的模型约化与快速算法。

  针对高能量密度物理研究中辐射输运过程的数值模拟,发展新的约化模型和新型算法,解决离散纵标方法所固有的射线效应和球谐函数方法的出负等问题。以惯性约束聚变(ICF)中的输运过程为例,通过与已有数值模拟结果和物理分析结果以及实验数据的比较,验证新约化模型和新型算法的有效性和高效性,解决ICF数值模拟中若干瓶颈难题。

  5.重大脑精神疾病的遗传影像学分析理论与计算方法。

  利用国际遗传影像学数据库,收集国内重大脑疾病的数据,发展现代统计学和机器学习的理论和方法,解决目前不同尺度海量动态数据的大规模统计计算中的若干瓶颈问题,如多中心、多尺度、多模态、多属性动态数据统计模型的建立和验证,发展相关的有效计算方法和统计理论基础,并应用于挖掘几类重大脑精神疾病(如精神分裂症、自闭症、抑郁症)在分子、中间表型和表型之间的关联和因果关系,为临床诊疗服务。

  6.反问题算法及其在多频声波测井中的验证。

  结合基于光学、电磁场、声波数据的偏微分方程反问题的最新研究成果,发展偏微分方程反问题快速有效算法,并应用于石油勘探中的多频率声波测井,给出储层参数在周向、纵向以及径向上的精确反演结果。结合多频率声波测井实验数据,验证算法的正确性与有效性,进一步提高声波测井法提取地球物理储层参数的精度。

  (二)重点支持项目。

  根据前期资助布局和整体发展的需要,2016年度重点支持如下研究方向。特别鼓励青年人申请重点支持项目。

  1.偏微分方程特征值问题的数值方法与理论。

  针对量子化学、材料科学等领域中的偏微分方程特征值问题,发展快速稳定的(弱)有限元算法、高效实用的迭代方法、网格自适应方法等,研究相关的数学理论,构造适应高性能计算机的可扩展并行算法,实现逾万处理器核上的高效数值模拟。

  2.稀疏信号恢复的理论与快速算法。

  结合压缩感知、低秩矩阵恢复、逼近论的研究成果,开展基于不完全观测下的稀疏信号恢复研究,特别是针对相位缺失观测情形,研究最小观测次数问题;结合物理动态模型与稀疏低秩模型,研究正问题与反问题的快速算法,提高基于不完全观测下图像重建的质量与速度,建立不完全观测下信号及矩阵恢复的理论基础并提出相应的有效算法。

  3.油气领域中的大规模非凸优化问题的高效算法。

  针对页岩油/气勘探中的大规模非凸优化共性问题(例如带约束的分式优化和非线性最小二乘问题),建立非凸、非二次优化数学模型,研究具有共性的高效优化方法,对油气领域中的大规模大数据页岩微纳米孔隙结构的三维重构等典型优化问题开展实证分析。

  4.相场模型的高精度算法及其应用。

  针对先进复合材料合成、反常扩散现象等研究领域中的复杂多相问题,侧重采用并行和自适应算法等现代计算工具,提出与物理定律相容的新相场模型,构造保持模型固有特性的高精度算法。分析算法的稳定性,建立相关的收敛性理论。

  5.磁流体波传播的高阶算法与验证。

  针对磁流体中波传播所产生的复杂现象,通过数值模拟研究电磁波与材料电子之间的相互作用,特别是不同尺度下电子流体对电磁波传播模式的影响,建立基于多物理场耦合的可计算模型,设计相关模型的高阶算法,并通过典型现象和实验数据验证建模的正确性和算法的有效性。

  6.大型客机降噪的可扩展并行算法及软件实现。

  针对商用客机降噪的数值模拟难点,发展气动噪声的直接求解数学方法及优化策略。基于P级以上国产超级计算机系统,发展适应其体系结构的高精度高效并行算法和完成算法的软件化,实现大规模、高精度、高效的大型商用客机气动噪声数值计算(并行度达十万核以上量级),通过实验数据验证算法和软件实现的正确性,并将软件应用于商用客机的优化设计。

  7.血管流及其异常现象的建模和算法。

  针对人体全身或局部血液流动异常,研究问题导向的可计算建模方法,建立包含三维血流和血管壁相互作用、脉搏波传播、血流自调节和血管适应性生长的耦合模型,利用医学影像技术和稀疏优化方法等手段提取模型中的主要参数,发展快速算法,开展血管流及局部异常现象模拟研究,并通过实际医学影像验证模型和算法的有效性。

  8.复杂系统的资料同化理论和方法。

  针对复杂系统的资料同化问题,基于物理模式(预报系统)和观测方程(观测算子),结合背景先验讯息,研究其数学理论与高效算法,建立新型混合滤波同化方法。分析非线性模式和观测算子及其误差、非高斯误差分布对同化系统性能的影响,提出有效应对方法,并应用于大气、海洋、生物等领域的大规模、非直接观察资料的同化问题。

  四、2016年度资助计划

  本重大研究计划2016年度计划资助直接费用3300万元。集成项目的直接费用平均资助强度为250万元/项,重点支持项目的直接费用平均资助强度为200万元/项。项目资助期限均为3年,申请书中研究期限应填写“2017年1月1日-2019年12月31日”。资助项目数将根据申请情况和项目布局的实际需要而定。

  基金委重大研究计划“情感和记忆的神经环路基础”2016年度总结和Nature“情感神经环路国际研讨会”暨第五届全国光遗传技术培训班通知

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