短时练习对序列运动脑功能偏侧化的影响

采用事件相关功能磁共振成像技术结合延迟序列运动任务, 观察了12名被试短时练习过程中随意运动脑激活模式和脑功能偏侧化的变化. 结果显示, 序列运动准备和执行任务都激活双侧运动区和后顶叶皮层, 脑功能轻度左侧化; 短时练习后上述脑区的激活体积减小, 而且右脑激活体积减小更为显著, 从而加大了脑功能左侧化.     

人脑形态网络及其在脑发育研究中的应用

人脑是一个极其复杂的系统,数以万亿的神经元通过突触构成了庞大的连接网络,如何系统而全面地刻画大脑内部的组织模式一直是神经科学家致力解决的热点问题.随着非侵入神经成像技术的兴起,基于磁共振成像的脑网络研究为揭示人脑的复杂结构提供了新的契机.其中,脑形态网络因其图像易获得、质量稳定和分析方法简单等优势引发了研究者的广泛关注.传统的脑形态网络是利用一组受试者的某种形态学指标构建的被试间协方差网络,只能反映大脑形态的群组特征.个体水平脑形态网络则针对个体大脑刻画脑区间的形态相似性,保留了个体的形态信息.多指标甚至多模态数据的应用,进一步整合多种互补的结构信息,能够综合表征皮层形态的拓扑连接模式.近年来,脑形态网络在探究人类大脑发育进程方面体现了重要价值.研究发现,胎儿时期形态网络从高度模块化的原始状态开始逐渐整合,至出生时已形成小世界拓扑,出生后至童年早期网络变得分离,童年晚期至青春期又逐渐整合,初级网络率先达到成熟而高级网络长期持续发育.这些结论为理解大脑认知功能的形成和发育障碍的起源提供了重要的理论支撑.本文介绍了两种脑形态网络的构建方法和图论模型的基本概念,回顾了脑形态网络在胎儿、婴儿、...     

MRI兼容的石墨烯电极及脑深部电刺激与fMRI联用

正脑深部电刺激(deep brain stimulation,DBS)和功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging,fMRI)联用对理解复杂的大脑网络连接,解析DBS治疗各类神经疾病的机理和效果都有重要意义.由于磁化率与脑组织的巨大差异,传统DBS电极通常会导致电极周围磁场的严重扭曲,使得大面积的脑区被电极伪影遮挡从而不可见,严重     

P300电位中p3b成分的脑电同步功能磁共振研究

采用脑电同步功能磁共振成像技术研究P300事件相关电位中与P3b成分相关的BOLD信号及其脑源定位. 11个受试者在1.5T功能磁共振扫描仪中进行一项Landot圆环作业, 测试过程中每隔4 s采用回波平面成像法对全脑进行一次扫描, 扫描时间为2 s, 扫描间歇2 s, 同时采用与功能磁共振扫描仪兼容的64导脑电采集系统记录受试者脑电信号, 并使用磁共振伪迹清除软件对信号去伪迹得到连续EEG波形. 另外, 设计了P300匹配滤波器检查每次靶刺激出现后的脑电信号段, 筛查出能够诱发产生P300波的靶刺激, 分析这些靶刺激发生前后的磁共振扫描图像序列, 建立磁共振统计参数图并进行校正, 最后完成多参数比较. 其中通过Random effects group方法发现双侧下顶叶和右上顶叶显著激活(P<0.001, 未校正). 研究表明以上区域是记忆比较P300任务中P3b成分的脑激活源, 它们参与这一任务的目标判断过程.     

数字加和任务时的脑内负激活研究

近年来, 负激活逐渐成为脑功能成像研究中的热点, 但数字加工中负激活现象尚未见报道. 本研究运用功能磁共振成像技术研究了15名健康被试在数字加和判别实验中的全脑负激活现象. 结果显示, 后扣带回及临近的楔前叶区域、前扣带回和前额叶区域都出现了负激活, 特别是两侧脑岛也出现了显著负激活. 结合这些区域所参与的相关认知功能, 探讨了它们对于维持静息状态下人脑认知活动所起的重要作用, 并发现脑岛参与了静息状态下从外界获取声音信息的活动.     

人脑连接组研究:脑结构网络和脑功能网络

人脑是自然界中最复杂的系统之一,在这个系统中,多个神经元、神经元集群或者多个脑区相互连接成庞杂的结构网络,并通过相互作用完成脑的各种功能.近年来,结合基于图论的复杂网络理论,研究者们发现利用结构和扩散磁共振成像数据构建的脑结构网络以及利用脑电图/脑磁图数据和功能磁共振成像数据构建的脑功能网络具有很多重要的拓扑性质,如"小世界"属性、模块化的组织结构以及主要分布在联合皮层上的核心脑区(如楔前叶、额上回、额中回).另一方面,研究者发现许多神经精神疾病(如阿尔兹海默病和精神分裂症等)与脑结构和脑功能网络的异常的拓扑变化有关,这些研究不仅为理解神经精神疾病的病理机制提供了新视角,也可能为疾病的早期诊断和治疗评价提供脑网络影像学标记.本文以人脑结构和功能连接网络的研究为重点,介绍了人脑连接组和复杂网络理论的基本概念,并且回顾了近年来人脑结构和功能连接组的研究成果,并指出了该领域中存在的问题及未来的研究方向.     

从群体到个体脑功能网络的分割及应用

脑成像研究显示,人的心理过程和认知行为是复杂多样的.认知功能定位并不局限于某一特定脑区,而是与脑功能网络密切关联.近些年,基于图论的分析方法推动了对脑功能网络的认识.功能磁共振最新研究发现,脑功能网络具有较大的个体差异性;它主要表现在不同功能网络分布空间和连接程度上的差异.因此,在个体水平上进行功能网络的分割和定位十分必要.相对于任务态,静息态功能磁共振具有实施方便、结果稳定性高等优点,是比较常见的功能网络的构建基础.本文着重介绍了不同的基于静息态数据进行的功能网络分割方法,主要包括聚类分析方法以及独立成分分析方法.在此基础上,又进一步阐释了个体功能网络分割方法以及研究进展.随后,从进化论的角度,本文认为脑功能网络在个体间存在差异的原因主要是由于人脑不同区域演变的不同程度以及高级认知需要导致的.最后,介绍了利用个体间脑功能网络差异的临床应用,以及对未来认知神经研究的展望.     

“以痛镇痛”:条件性疼痛调节

条件性疼痛调节(CPM)是一种内源性疼痛调节,指身体某一部位的持续性疼痛可以抑制施于身体另一部位的伤害性刺激所引起的疼痛感知.本文首先概述了与CPM相关的神经生理、生化机制,并介绍了测量个体CPM效率的传统心理物理学方法,总结了基于脑电和功能磁共振等神经成像技术评估CPM效率的神经生理指标,并提出应综合心理物理学和神经生理学方法评估个体CPM功能.然后,从人口统计学、生理学和心理学几个方面详细探讨了影响个体CPM功能的复杂因素,从而提示大家应综合考虑影响个体CPM效率的因素.最后,本文总结了CPM相关的临床应用,包括慢性疼痛预测与评估、镇痛药物剂量预测以及个体健康质量评估等.本文既能加深对人类疼痛调节功能潜在机制的理解,又能为临床上慢性疼痛疾病的预测和评估提供参考依据.     

负激活脑区相互作用的任务相关性

负激活是脑功能成像中非常普遍的现象, 由于其生理机制未知, 直到近来才成为系统研究的焦点. 目前对负激活的研究主要着重于确定脑血流出现减低的区域, 对于执行认知任务过程中, 这些脑区之间相互作用及协同工作的模式的研究相对较少. 本研究采用基于内部条件的脑区间协方差分析方法(within-condition inter-regional covariance analysis, WICA)分析了符号方向判别和数字大小比较两个不同认知任务的负激活情况. 结果表明, 虽然两个不同任务情况下出现负激活的脑区都集中在后扣带回、楔前叶、角回及额叶区域, 但各负激活脑区间的相互作用及活动规律却存在着差异, 初步推测可能与外在任务的不同或者与认知负荷或注意资源需求不同有关, 精确界定是哪种原因所致还需要进一步的深入研究.     

汉语语义加工的相关脑区

利用无创伤的脑功能成像方法研究了正常中国人在进行汉语语义加工时所激活的脑区. 根据传统理论, 语义加工与语言的输入通路无关, 因此, 分别进行了视觉和听觉语义加工的脑功能成像研究, 通过寻找两条通路的公共激活区域来确定汉语的语义加工脑区. 结果显示, 左侧大脑半球的额下回、颞上回后部与缘上回的交界处、颞下回后部及梭状回; 右侧大脑半球的颞中回、颞上回后部及其相邻的缘上回; 双侧小脑和枕叶的腹外侧部等, 可能与汉语的语义加工有关. 研究结果为进一步研究各脑区在汉语语义加工中的作用提供了重要参考.     

音乐和语言句法认知的比较

音乐和语言是人类独有的杰出能力,对人类的生存和社会活动具有无可比拟的重要意义.长期以来,语言被认为是一个高度模块化的神经认知系统,独立于其他复杂的认知能力.然而,最近的研究,尤其是认知和神经影像学的研究表明音乐和语言在句法加工的各个方面存在大量重叠.本文简述了音乐和语言的句法理论,总结了近年来领域间句法形式、句法认知机制以及句法和意义的比较研究.在此基础上,我们讨论了已有研究成果的重要性以及今后的研究方向.与语言相似,音乐的加工机制涉及大范围的脑区,探索音乐和语言的句法联系将有助于更深入地认识人类的认知脑功能.同时,研究成果可能在一定程度上为语言能力发展和语言障碍临床治疗的研究提供借鉴.     

顿悟脑的10年:人类顿悟脑机制研究进展

自21世纪首次借助脑成像技术对解决字谜任务过程中顿悟一瞬间的大脑活动状况进行研究以来,目前已有近10年的历史,获得了许多富有价值的研究.这些研究从顿悟的时间进程和脑神经基础两方面对顿悟的大脑机制进行了丰富的探讨,并形成了有关人类解决顿悟问题的"顿悟脑"的神经框架.研究显示,顿悟脑主要由外侧前额叶、扣带回、海马、颞上回、梭状回、楔前叶、楔叶、脑岛和小脑组成.就各脑区的功能而言,外侧前额叶主要负责顿悟难题思维定势的转移和打破,扣带回则参与新旧思路的认知冲突以及解题进程的监管,海马、颞上回和梭状回组成了"三维一体"的、专门负责新异而有效联系形成的神经网络,问题表征的有效转换则依赖于楔叶和楔前叶组成的"非言语的"视觉空间信息加工网络,脑岛负责认知灵活性和顿悟相关情绪体验,反应相关手指运动的皮下控制则依赖于小脑.     

基于NADH荧光的组织病理生理状态多参数在体监测与评价

组织病理生理状态的实时多参数评价, 无论在动物实验研究还是临床应用中均具有重要价值, 一直是生命科学与医学研究者们广泛关注的热点. 众所周知, 临床手术过程或重症监护病房中, 患者病理生理状态的实时监测是十分必需的. 心、脑等重要组织脏器是否处于缺血缺氧等危急状态直接关系到病人的存活与否; 早期发现术中和术后次要脏器的微循环障碍有助于提高器官移植等手术的成功率和降低术后并发症的发生率. 临床常规使用的监测指标, 如血压、心电、脉搏等, 在生命指征的实时评价中发挥了重要作用. 然而, 目前的常规指标尚不足以从分子水平反映局部组织病理生理状态的早期改变. NADH是细胞线粒体中氧化还原呼吸链上的内源性关键分子, 具有自发荧光性质, 可作为一项灵敏的内源性含氧状态指标来反映机体的代谢状态和细胞活力. 本文介绍了基于NADH自发荧光信号的细胞氧化还原状态在体监测方法, 从分子水平预警机体的活力情况, 结合微循环血流、血氧饱和度等多种生理参数的同步并行监测, 不仅可在活体动物体内进行疾病的病理生理学机制研究和新药的药效评价, 还有望应用于临床外科手术和重症监护病房, 为机体活力和生命指征的实时监护提供分子水平的动态信息. 目前, NADH荧光一维信号的获取技术发展最为成熟, 可实现从离体、活细胞、活体动物乃至临床水平的实时动态监测, 已处于临床推广应用阶段. 二维动态成像也已经发展到活体动物实验阶段. 三维成像由于受制于NADH荧光的穿透能力, 只能在冷冻组织切片上实现. 如何突破因高散射所致的荧光穿透能力受限的瓶颈, 最大限度地减少环境因素对荧光信号的干扰, 在分子水平实现组织病理生理状态的实时多参数评价, 是生物医学光子学领域面临的巨大挑战.     

纳米隧道二极管阵列神经网络结构的图像模拟

纳米隧道二极管阵列芯片可以作为一种高速并行运算的数据处理单元, 它是由大量纳米隧道二极管组成的细胞神经网络(CNN), 通过纳米隧道二极管和网络本身的特性可以在硬件层次上实现对数据的高速处理, 如图像的平滑、边界检测与加强等. 基于具有细胞神经网络结构的Ge纳米隧道二极管有序阵列, 将Esaki二极管这一古老的器件及其工艺作为现代的神经网络技术的硬件基础, 通过对这种纳米神经网络结构的模拟, 显示了这种结构在图像处理中的平滑、边界检测及加强的功能, 为进一步的实验研究提供了理论依据.     

固态量子存储

实用化量子网络的构建依赖于量子存储器的物理实现, 利用量子存储器还可获得确定性的单光子源和纠缠光源, 为量子计算实现量子比特操作的时间同步. 基于稀土掺杂晶体的固态量子存储器, 自2008年首次实现单光子存储后, 实验技术迅速突破, 已成为国际上性能最优秀的量子存储器件之一. 本文介绍量子存储器性能的评价指标, 回顾近5年固态量子存储的实验进展, 并讨论固态量子存储器作为一种可灵活编程的介质在光学及基础物理理论检验等领域的应用.     

Recent advances in coupling between quantum dots and nanoelectromechanical resonators

Micro/nanoelectromechanical systems(MEMS/NEMS)have potential applications in sensing,cooling,and mechanical signal processing.Thanks to the development of modern MEMS fabrication techniques,in analogy to photons,phonons in NEMS attract significant research interests recently.Single-electron tunneling events in quantum-dot-like nanostructures have been widely used in mesoscopic transport studies.Quantum dots are also considered as an ideal candidate platform for solid-state quantum computation.The coupling of these two types of systems has vast application prospects in information storage,transfer and also fundamental physics investigations.The most popular system realizing such coupling is a suspended carbon nanotube,in which the local gates can be used to confine a quantum dot,actuate a resonator and tune the resonant frequency.In this review,we focus on recent progress in this coupled system composed of carbon-based materials and discuss device fabrication,coupling mechanisms,and applications.     

纳洛酮对抗大鼠电针镇痛的研究

自从发现内源性鸦片样物质(OLS)以来,不少作者联系针刺镇痛原理进行了研究,发现应用特异性的鸦片对抗剂纳洛酮阻断OLS的作用,可减弱针刺镇痛效应。这在人、猴、猫、兔、小鼠等动物都得到了证明。但作为最常用实验动物之一的大白鼠,迄今未见类似     

小虫春秋：果蝇的视觉学习记忆与认知

视觉认知是脑科学领域中的重要研究方向,是揭示 “脑是怎样工作的”,“物质的脑是如何产生精神的”的重要路径。近年来,科学家们以果蝇为模式生物,从基因脑行为认知相结合的角度,系统性地开创了果蝇的视觉“认知”研究,如学习与记忆、注意、跨模态记忆、特征提取和泛化、两难抉择、抉择的神经环路等。即使果蝇这样相对简单的脑,在很多方面都展示了令人惊奇的“理性”行为。看来,那种认为只有某些独特的唯一的脑机制才能实现人类的理性的想法是不成立的。我们期待,在探索“智与愚”的神经生物基础方面,果蝇会对我们继续有所帮助。     

Software defined networking:Technologies and solutions toward an open network eco-system

Software-defined networking(SDN),a new networking paradigm decoupling the software control logic from the data forwarding hardware,promises to enable simpler management,more flexible resource usage and faster deployment of network services.It opens network functionality,application programmability,and control-to-data communication interfaces that used to be closed in conventional network devices,offering endless opportunities but also challenges for both existing players and newcomers in the market.Through a comprehensive and comparative exploratory of SDN state-of-theart techniques,standardization activities and realistic applications,this article unveils historic and technical insights into the innovations that SDN offers toward an emerging open network eco-system.We closely examine the critical challenges and opportunities when the networking industry is reshaped by SDN.We further shed light on future development directions of SDN in broad application scenarios,ranging from cloud datacenters,network operating systems,and advanced wireless networking.