国家自然科学基金重点项目“大脑皮层中兴奋和抑制的动态平衡机制研究”介绍

<正>大脑皮层是由神经元通过突触连接形成的超级神经网络,网络中的各种神经环路是实现大脑认知活动的功能模块。皮层网络主要由兴奋性锥体细胞和抑制性中间神经元组成,这些神经元介导的兴奋性和抑制性信号是相辅相成的,两者间的平衡是大脑发挥正常功能的前提,当平衡被打破时会导致皮层网络活动异常以及脑疾病的发生,如焦虑、精神分裂症、癫痫等。因此,研究大脑皮层中兴奋和抑制的动态平衡机制对了解正常脑功能的神经基础和     

痒觉的中枢环路机制

痒觉是一种诱发抓挠行为的不愉快的感受。近年来,我们对痒觉信息在脊髓水平处理的分子和细胞机制已经有了较为深入的认识。然而,痒觉信息如何从脊髓传递到大脑并不清楚。我们发现,在痒觉诱发抓挠行为的过程中,脊髓中投射到臂旁核的神经元被激活,光遗传学抑制这条环路的活性可以减少痒觉诱发的抓挠行为。脊髓中痒觉特异的胃泌素释放肽受体阳性神经元与投射到臂旁核的脊髓投射神经元形成兴奋性突触连接。我们进一步研究了臂旁核在痒觉诱发的抓挠行为过程中的活性变化和功能。我们发现,臂旁核神经元的兴奋性与痒觉诱发的抓挠过程具有很强的相关性。整体抑制臂旁核神经元的活性或者选择性阻断兴奋性神经元的突触传递可以显著降低急性痒引起的抓挠行为,并减缓慢性痒的形成。我们的工作揭示了痒觉从脊髓传递到大脑的一条重要环路,并且证实臂旁核是参与痒觉信息处理的重要脑区。该研究为深入解析痒觉信息加工的脑内环路机制提供了重要基础。     

两栖类交感神经节的突触传递

两栖类交感神经节广泛地用于神经生物学研究，包括突触和膜生物物理学研究。交感神经节细胞体积大，细胞的形状简单，无树突，突触位于细胞体上，神经节结构简单，但同时又具中间神经元，在体外易于长时间存活。两栖动物交感神经节表现出多种突触后电位，包括快兴奋性突触后电位（ｆＥＰＳＰ），慢抑制性突触后电位（ｓＩＰＳＰ），慢兴奋性突触后电位（ｓＥＰＳＰ），晚期慢兴奋性突触后电位，同时还表现多种突触塑性，说明该神经节     

神经元兴奋性群体峰电位信号的Renyi信息表达

应用时频分布级数分析方法，提取了单次诱发群体峰电位(PS)信号的Renyi信息，并用以表征神经元的兴奋性变化．采用液压打击大鼠脑损伤模型和细胞外记录技术，记录了离体海马脑片CA1区锥体神经元PS，发现损伤侧和非损伤侧PS的Renyi信息参数值差异显著，进而分析了神经元灌流大黄酸后损伤侧PS的Renyi信息参数值的变化，研究大黄酸对神经元的超兴奋性和突触传递的作用．研究结果表明，颅脑损伤可造成海马CA1区锥体神经元的迟发性过度兴奋，大黄酸对神经元的过度兴奋有抑制作用，Renyi信息可作为反映神经元兴奋性变化的一个特征参数．     

多种突触耦合的集群动力学研究

大量的生理实验证实神经系统主要存在3种不同的突触耦合方式:电突触、化学突触、电突触与化学突触共存的混合突触.但是这些突触耦合方式对神经系统的涌现动力学及其复杂性的产生机制还没有完全研究清楚.基于Wang-Buzsaki神经元所构成的兴奋性与抑制性平衡神经网络,兴奋性神经元网络满足小世界特性.当兴奋性神经元之间采用电突触耦合时,随着耦合参数的改变,兴奋性神经元群不仅能产生同步状态,也能产生不同相位共存的亚稳态;当兴奋性神经元之间采用化学突触连接时,该集团能够产生簇同步现象;当兴奋性集团存在混合突触连接时,兴奋性神经元集团不仅能产生全同步和阈下振荡同步,还产生不同频率的行波共存,呈现出激发模式的多样性.抑制性神经元群在3种突触耦合情况下,只能产生周期性的簇同步.这些结果为理解突触耦合方式对神经元激发模式和储存的多样性提供了一个可能的机制.     

细胞内Ca~(2+)对可释放囊泡库的影响

目的:探讨细胞内Ca~(2+)对可释放囊泡库的影响.方法:取体外培养成熟的新生鼠大脑皮层神经元细胞,分别对正常细胞、去除细胞外Ca~(2+)的细胞、同时去除细胞内外Ca~(2+)的细胞,记录微小型兴奋性突触后电流(mEPSCs)和微小型抑制性突触后电流(mIPSCs),观察兴奋性和抑制性突触可释放囊泡库(RRP)大小,研究细胞外和细胞内Ca~(2+)对细胞胞吐的不同影响.结果:去除神经元细胞外Ca~(2+)和细胞内Ca~(2+)均对mEPSCs和mIPSCs的电流频率有抑制作用,细胞外Ca~(2+)对RRP大小并无显著影响,而去除细胞内Ca~(2+)可引起细胞内RRP的显著降低.结论:细胞内Ca~(2+)可影响RRP的维持.     

两栖类交感神经节的突触传递

两栖类交感神经节广泛地用于神经生物学研究,包括突触和膜生物物理学研究．交感神经节细胞体积大,细胞的形状简单,无树突,突触位于细胞体上,神经节结构简单,但同时又具有中间神经元,在体外易于长时间存活．两栖动物交感神经节表现出多种突触后电位,包括快兴奋性突触后电位（ｆＥＰＳＰ）,慢抑制性突触后电位（ｓＩＰＳＰ）,慢兴奋性突触后电位（ｓＥＰＳＰ）,晚期慢兴奋性突触后电位（ｌｓＥＰＳＰ）,同时还表现多种突触塑性,说明该神经节具有信息存储功能,因此,两栖动物交感神经节可作为研究学习与记忆的模型系统．     

水杨酸钠诱导耳鸣的神经机制

水杨酸是阿司匹林的主要代谢产物,也是起药理作用的有效成分.高剂量的水杨酸钠可以在动物上可靠地诱导出耳鸣样行为,因此经常被用于研究耳鸣产生的神经机制.因为水杨酸能够在脑脊液中达到较高的浓度,我们设想水杨酸钠通过改变中枢听觉系统的兴奋-抑制平衡而产生耳鸣.为了验证这个假设,我们实验室在过去几年中利用全细胞膜片钳技术研究了水杨酸钠对中枢听觉系统神经元响应和突触传递的影响.我们发现该药物显著地压制GABA神经元的自发活动水平,提示水杨酸钠通过提高中枢听觉系统的兴奋性诱导耳鸣.     

基于视觉感知机制的轮廓检测方法

结合初级视皮层的结构及其功能特性,模拟初级皮层的轮廓感知功能,提出一种有效的基于人类视觉感知机制的轮廓检测算法.首先,利用局部能量建立复杂细胞响应模型;然后,结合初级视皮层细胞排列特性构建图像信息与皮层细胞的映射关系,通过模拟神经元间的水平连接机制,实现对图像轮廓信息的增强和背景信息的抑制,建立了以初级视皮层风车状结构为基础的轮廓感知模型.实验结果表明:所提方法在保持目标轮廓完整性的同时,对背景信息的抑制效果更为有效;可以更加有效地对图像背景纹理进行抑制和对目标轮廓进行增强,在一定程度上达到了轮廓过度检测与欠检测的平衡,检测出的目标轮廓位置也更加精准.     

青蛙下丘双耳强度差反应的模型研究

建立了一个基于青蛙下丘或半规隆凸（TS）神经元静态反应的数学计算模型，模型中既有来自同侧上橄榄核团（SON）的兴奋性投射，又有来自对侧上橄榄核团的抑制性投射，目的是理解被研究神经元的静态反应行为是怎样由较低层次的神经核团的特性及这些核团之间的连接方式所产生的，使用模型中的连接方式，并且神经元采用简单的输入输出关系，能够解释青蛙下丘神经元的这些行为，下丘神经元双耳间强度差（ILD）函数的方向性变化的主要因素是双耳抑制的存在。     

XRF滤纸片法测定铁基样品中十种元素的方法研究

本法在Ｘ荧光光谱仪上采用滤纸片法测定样品，避免了基体效应的影响，因而可适用于多种基体的样品，扩大了分析方法的适应性。     

基于数据挖掘和网络药理学分析中药治疗痛风的用药规律及作用机制

应用数据挖掘和网络药理学技术分析中药治疗痛风的用药规律及作用机制。首先通过检索中国知网、维普数据库、万方数据库、Pubmed、中国生物医学文献数据库中关于治疗痛风的中药处方,建立中药治疗痛风方药数据库,规范中药名称后,应用 SPSS Modeler18 软件及SPSS Statistics 24 统计软件进行关联规则分析、复杂网络分析及聚类分析,并根据分析结果筛选得出治疗痛风的核心中药。在TCMSP数据库获取这些中药的活性化合物和相应作用靶点,并取这些中药与痛风的交集靶点进行蛋白质互作（PPI）分析、生物功能富集（GO）分析及相关作用通路分析。数据挖掘共纳入符合标准的处方302首,根据得到高频次中药及高置信度、高支持度中药处方,综合分析确定了茯苓、黄柏、牛膝、薏苡仁、苍术、萆薢、威灵仙、泽泻这八大治疗痛风的核心中药,并已这些中药为基础,分析了它们治疗痛风的作用机制,确定了核心作用靶点为AKT1、TNF、IL6、VEGFA、TP53、IL1B、PPARG、EGF、PTGS2（COX-2）、MMP9等,主要作用通路为癌症通路、糖尿病并发症中的AGE-RAGE信号通路、IL-17信号通路、MAPK信号通路、细胞因子-细胞因子受体相互作用通路、癌症中的转录失调通路等,主要调节过程包括白细胞介素、免疫系统中的细胞因子信号转导、基质金属蛋白酶的激活、基因转录途径等。中药治疗痛风的主要药物组合为黄柏、苍术;牛膝、忍冬藤;赤芍、山慈菇、秦艽;泽泻、地黄;茯苓、萆薢、威灵仙;红花、桃仁、川芎;当归、黄芪;甘草、白术、桂枝,作用机制主要依赖于对多种酶、炎症因子、炎症通路的调控,这些中药能够显著抑制炎症急性期反应、促进尿酸排泄,该研究拟为痛风的深入研究及相关中药的开发应用提供一定的基础和借鉴意义。     

2,3,9,10,16,17,23,24-八乙硫基酞菁的合成与理论研究

设计合成在酞菁2,3,9,10,16,17,23,24位(β位)八乙硫基取代的分子:2,3,9,10,16,17,23,24-八乙硫基酞菁分子β-(SC2 H5)8-H2 Pc,并对该分子进行红外吸收光谱表征和理论研究.采用密度泛函理论(DFT)在B3LYP/6-31G(d)水平上对2,3,9,10,16,17,23,24-八乙硫基酞菁分子进行结构优化,模拟其红外吸收光谱.模拟与实验红外振动吸收峰拟合曲线呈线性关系,相关系数R2=0.998,二者符合较好.     

ICP-OES测定硅铁中铝、钙、铬、锰、铜、镍、磷

通过试样分解、基体匹配、共存元素干扰、仪器最佳测定条件选择等试验,有效消除了基体及共存元素的干扰,建立了电感耦合等离子体发射光谱法测定硅铁中铝、钙、铬、锰、铜、镍、磷残余元素含量。经检出限、精密度、准确度试验验证,各元素检出限0.0003%～0.015%,回收率95.7%～112.0%,相对标准偏差(RSD,n=9)0.80%～5.58%,标样测定结果与认定值相符合。     

可编程逻辑器件在定时控制电路中的应用

介绍了用ＩＳＰ可编程逻辑器件设计的一种器件少、可靠性高、实用性强的广告灯箱定时控制电路,详细阐述了其设计思路、硬件原理及ＩＳＰ可编程逻辑器件的使用技术。     

miR-29c调节DNMT3A表达对乳腺癌细胞Sk-Br-3生长的影响

目的 筛选影响乳腺癌组织中异常表达的DNA甲基转移酶DNMT3A的miRNA,并考察其对乳腺癌细胞生长的影响,以探讨miRNA对DNA甲基化甲基转移酶的调控在乳腺癌发生发展中的作用,从而为乳腺癌的早期诊断、早期预防提供新的分子标志及治疗靶点.方法 采用荧光定量PCR检测乳腺癌患者癌组织中DNA甲基转移酶的表达,通过Targetscan分析设计并合成3种miRNA模拟体,转染HER基因阳性乳腺癌细胞Sk-Br-3,应用实时荧光定量PCR检测转染后miRNA的相对表达量;应用免疫印迹分析及双荧光素酶报告基因实验筛选影响DNMT3A的miRNA;应用细胞生长曲线考察miRNA模拟体对Sk-Br-3细胞生长的影响.结果 实时荧光定量PCR结果显示:乳腺恶性导管癌患者癌组织中DNMT3A及DNMT3B的表达均显著增高(P<0.01);免疫印迹分析与双荧光素酶报告基因结果均可见,与对照组比较,miR-29c可以显著抑制DNMT3A的表达,并抑制乳腺癌细胞Sk-Br-3的生长.结论 miR-29c可与DNMT3A3′端非编码区结合并抑制DNMT3A的表达,从而影响HER基因阳性的乳腺癌的发生发展.     

必然,可能,偶然,风马牛

在普通逻辑思考实际中,必然既不是1元的模态词,而且,必然与恒真的真值函数之间也并无内在联系。“A必然B”的含义为:“可独立于A、B的真值确定不会是A真而B假”,其中的“可独立于A、B的真值确定”称为“第一独立性”。“A必然B”的符号表达式为“A B”,可念作“A制约B”,其中的称为“制约号”,是2元的非正统的联结号。可能就是不必然不;偶然就是不必然且可能;“A风马牛B”的含义为“把A或 H、B或 B不论是放在前域还是后域,这之间的关系都是偶然”,故而也可称为“彻底的偶然”。容易验证,从语义上说,正统一阶谓词演算中的A B(A蕴涵B)和在其它语言中用来作为逻辑工具的“若A,则B”之间的关系是风马牛。