神经科学家利用蝙蝠寻求解开大脑三维空间导航的秘密

揭开人和动物大脑方位感知与空间导航的秘密,一直是一个令人着迷的问题.科学家通过对大鼠和蝙蝠等动物近50年的研究,使我们对大脑二维(2 dimension, 2D)导航的神经基础有了较清楚的认识.研究发现,在海马和内嗅皮质等脑区有专门的导航细胞,包括位置细胞、网格细胞、边界细胞、头朝向细胞等.这些细胞及它们的"细胞域"可为2D空间导航提供"空间认知地图"或"心灵环境地图"和"指南针".然而,人和大量动物都生活在三维(3 dimension, 3D)空间中,大脑如何完成3D空间环境下的定位和导航?近年来,通过对爬行和飞行状态蝙蝠的研究,发现参与2D导航的那些细胞在3D空间下反应特性和模式均发生明显变化;蝙蝠属于社会性和群居性动物,研究还发现在其海马内存在社交位置细胞和目标方向角调谐细胞,分别负责获取环境中其他蝙蝠位置的踪迹信息以及目标的方向信息.由此可见,脑内这些空间定位细胞构成了导航的神经基础,并经过复杂的功能整合,构成了一个位于脑内的"微型全球定位系统",且在细胞水平上阐释了这种高级认知功能的原理.本文简要介绍了Nachum Ulanovsky等人近些年对蝙蝠大脑3D导航的研究.     

不可忽视的前庭研究

<正>2014年10月6日,瑞典卡罗林斯卡研究院诺贝尔奖评选委员会宣布今年的诺贝尔生理学或医学奖授予英国伦敦大学学院教授约翰·奥基夫(John O'Keefe)、挪威科技大学教授梅·布莱特·莫瑟尔(May-Britt Moser)及其丈夫爱德华·莫瑟尔(Edvard I.Moser),以表彰他们发现了组成大脑定位系统的细胞,这些细胞构成了"大脑中的GPS"。     

大脑导航系统发现获2014年诺贝尔医学奖

<正>因发现"组成生物体内大脑导航细胞"的三位科学家分享了2014年度的诺贝尔医学奖,他们分别来自美国的约翰·奥基夫(John OKeefe)和挪威的梅-布莱特·莫瑟尔(May Britt Moser)、爱德华·莫瑟尔(Edvand Moser)夫妇,他们的发现解决了一个困扰科学家和哲学家几个世纪之久的难题——大脑、记忆与位置环境之间的关系——即大脑是如何对我们生活环境产生一个地图并为我     

小鼠囊胚内细胞团置换

运用显微操作和免疫手术法, 对昆明鼠和C₅₇BL/6鼠的囊胚进行内细胞团置换. 以切除内细胞团的昆明鼠胚胎滋养层为受体, 注射免疫手术得到的昆明鼠或C₅₇BL/6鼠的内细胞团, 获得两种重构胚. 一种是由不同昆明鼠个体的滋养层和内细胞团构建的同品系异体重构胚, 共构建192枚. 移植入17只昆明鼠受体后, 生下2只昆明小鼠. 另一种重构胚是由切除内细胞团的昆明鼠胚胎滋养层与C₅₇BL/6鼠胚胎内细胞团构建的异品系重构胚. 对此重构胚的成活率、细胞骨架和细胞数目进行了分析, 说明至少从这3个方面来说, 这种重构胚具有一定的发育潜能. 但将115枚异品系重构胚移植入昆明鼠受体后, 目前还没有后代出生. 说明来自不同个体胚胎的同品系滋养层和内细胞团重组后能够建立细胞连接, 进行信息传递并发育为正常个体, 而异品系重构胚发育能力较低. 这项研究有可能为解决动物克隆中着床率低和胎盘异常等问题提供参考方法.     

大脑的内置GPS:2014年诺贝尔生理学或医学奖解析

<正>2014年度的诺贝尔生理学或医学奖授予英国伦敦大学学院(University College London,UCL)的John O’Keefe和挪威科技大学(Norwegian University of Science and Technology)的May-Britt Moser和Edvard Moser夫妇,以表彰他们在发现构建大脑空间定位系统的重要细胞方面所做出的杰出贡献.我们如何记得自己曾经去过哪里?我们又如何知道现在自己身在何方?我们又怎样将去过的、所有地方的路径进行存储和加工,以便需要时能迅速提取并计算出最优化的路线?所有这些与空间导航系统相关的问题与我们的生     

神经元能够标记时间吗?

人类对大脑结构的研究把时间上升成为一个更为广泛的问题:到底什么是时间?2007年6月,马来西亚人年轻人(19岁)阿尔伯特·曹(Albert Tsao)在挪威特隆赫姆的卡夫利系统神经科学研究开始了他的工作。曹当时2是梅﹣布里特·莫泽(May-Britt Moser)和爱德华·莫泽(Edvard Moser)实验室的一位暑期实习生,这对夫妻搭档是当时神经生物学领域声名显赫的科学家,他们发现了神经系统中的"网格细胞"(这是一类特殊的神经元,可以通过追踪我们的位置在人类大脑中生成导航地图)。网格细胞位于大脑内侧的内嗅皮层区。曹对于相邻但未     

介导肝脏损伤与再生的天然免疫识别机制

近10年来, 天然免疫识别受体群的发现和肝脏免疫学的兴起, 即发现肝脏天然杀伤(natural killer, NK)细胞和NK样T细胞(NK like T cells, NKT)是其他器官含量的5~10倍, 掀起了继20世纪70年代中期NK细胞发现之后的天然免疫研究的“第二次浪潮”. 天然免疫研究的这两个突出进展有可能重新解释某些肝脏疾病的免疫致病机理, 也可能丰富天然免疫学的内涵. 经过10年的研究, 本研究小组发现, NK细胞和NKT细胞天然免疫识别介导了小鼠肝脏免疫损伤. 我们通过Toll样受体3 (Toll-like receptor-3, TLR-3)活化途径成功建立了NK细胞介导的小鼠自身免疫性肝炎模型, 可模拟肝炎病毒携带者; 观察到NK, NKT或枯否(Kupffer)细胞间的天然免疫调节网络参与肝脏免疫损伤, TLR-3活化枯否细胞可防止细菌毒素爆发性肝炎; TLR-3活化NK细胞可抑制由NKT细胞介导的致死性肝炎; 乙型肝炎病毒(hepatitis B virus, HBV)转基因鼠肝脏易于免疫损伤与该鼠NK和NKT细胞NKG2D (natural killer cell group 2D)受体免疫识别异常有关; 该鼠肝脏再生能力下降与NKT细胞过度免疫识别CD1d有关; 阻断NKG2D或CD1d识别可缓解免疫性肝损伤. 同时, 对NK细胞调节性亚群(NK1, NK2, NK3, uNK细胞)进行了深入研究和发现内分泌激素瘦素(Leptin)和催乳素(Prolactin)可调控人类NK细胞分化; 白细胞介素15(IL-15)通过抗凋亡促进人CD56^dim NK亚群发育.     

2014年诺贝尔生理学或医学奖:方位感知——哲学问题还是科学问题?

<正>2014年诺贝尔生理学或医学奖于10月6日下午5点30分揭晓,今年的得主为英国科学家John O’Keefe,挪威科学家May-Britt Moser和Edvard I.Moser夫妇,获奖缘于其发现了"构成大脑定位系统的细胞".长期以来,大众和科学家对大脑奥秘的探讨从未停止过.200多年前,德国哲学家康德(Immanuel Kant)提出,空间概念是思想的一种内建原理,我们就是通过这种原理来感知世界的.20世纪中期行为生理学的出现逐渐改变了这     

科学信息

·Trends in Neurosciences《神经科学进展》Vol.15,No.5,1992年 1.蝇、鼠与人体的基本钾离子通道分子遗传学技术的应用,使科学家在研究钾离子通道时至少在蝇、鼠、人体细胞上发现了电压依赖性的钾离子通道。目前人们需要进一步弄清这些分子结构的基本功能。 2.神经活动与戒毒在戒毒过程中出现的一系列反应包括行为学与生     

间隙连接蛋白类似物在蚕豆叶肉细胞原生质体上的定位

细胞之间的连接和交通对生物体的生长发育过程具有非常重要的作用.作为细胞之间交通通道的胞间连丝和间隙连接,既有结构上的差异,又有功能上的相似性.这说明它们之间有着某些相似的生化调控机制.目前的研究结果表明间隙连接的主要结构成分是连接蛋白,并且通过构象变化能够调控细胞间物质的运输.由于目前对胞间连丝的分子结构所知甚少,所以使得对它的研究相对落后于间隙连接的研究.尽管有研究表明植物体中有类似动物间隙连接蛋白的物质存在,但是该物质在植物中(尤其在胞间连丝上)存在的确切位置仍不十分清楚。     

成功克隆冷冻16年死鼠

最近,日本科学家利用取自16年前冷冻死鼠的细胞,成功创生了这只死鼠的健康克隆鼠,使之“死而复生”。这是世界首例成功克隆冷冻动物试验,它预示着将来从冷冻残骸中克隆出猛犸象等已灭绝物种已经曙光初现。     

基于微纳材料与器件测量细胞温度

最近10年里,科研人员研发了多种微纳尺度测温传感器,希望能够借此来精确测量细胞内的温度或温度分布,但由于单个细胞的诸多限制,这些细胞测温传感器也在不断发展完善.本文将综述近年来基于微纳材料与器件测量细胞温度的研究进展,重点介绍微纳热电偶的实时细胞测温技术,最后介绍此类传感器在药物筛选、疾病诊疗等领域中的应用,并对细胞测温技术的后续发展进行了展望.具体而言,本文指出微纳尺度的细胞测温传感器一般可以分为荧光式细胞温度测量法和探极式细胞温度测量法:荧光式细胞温度测量法主要有作为温度计的有机化合物、量子点、聚合物和生物分子;探极式细胞温度测量法主要有作为热探针的热电偶、铂电阻和碳纳米管.     

细胞怎样感知与响应微环境机械力学性能

近年来,随着细胞力学行为相关研究的深入发展,细胞与微环境的物理力学联系不断被揭示.细胞力学刺激与响应已被充分证明在微观的细胞铺展、迁移、增殖、分化等行为,以及宏观的胚胎发育、组织形成、疾病发展等至关重要的生物过程中扮演决定性角色.与细胞力刺激相关的刚度、形貌、配体分布等物理性能也因此成为生物材料设计的重要参数.然而,这些静态的物理参数怎样给予细胞力学刺激,细胞又是怎样感受微环境中的机械力学性能,这是一个有趣的话题.本文详细介绍了细胞的力学响应机制,突出了细胞内作用力在细胞力学响应过程中的决定性作用;从分子生物学角度阐述了细胞内力的传递与力学信号转导过程;借此助力生物材料领域学者对细胞与生物材料相互作用的理解,推动细胞与分子生物力学的发展以及新型生物材料的研究与开发.     

AtGRIP蛋白在拟南芥根冠细胞高尔基体反面网络分泌囊泡的定位

动物与真菌细胞的GRIP蛋白定位于高尔基体反面网络, 并对高尔基体的结构与功能有重要作用. 通过RT-PCR方法从拟南芥植株RNA中扩增得到AtGRIP的cDNA; 利用原核表达和亲和层析的方法, 获得AtGRIP部分片段的GST融合蛋白, 进而得到相应蛋白的多克隆抗体. 利用纯化的AtGRIP抗体进行免疫印迹, 确认拟南芥AtGRIP蛋白的分子量为92 kD, 并发现其在拟南芥根、茎、叶和花中均有表达; 免疫荧光标记AtGRIP和Nag-GFP的共定位说明, AtGRIP蛋白分布于拟南芥细胞高尔基体; 免疫金标结合电子显微镜观察发现, AtGRIP蛋白主要定位于拟南芥根冠细胞高尔基体反面网络的囊泡膜. 以上结果说明, 动植物细胞间GRIP蛋白在高尔基体上的定位是保守的; 同时也说明AtGRIP蛋白可能参与了对植物细胞高尔基体反面网络结构与功能的调控.     

胚胎干细胞的研究与利用

小鼠胚胎干细胞（ｅｍｂｒｙｏｎｉｃ ｓｔｅｍ ｃｅｌｌ,ＥＳ ｃｅｌｌ）由小鼠囊胚期内细胞团（ｉｎｎｅｒ ｃｅｌｌ ｍａｓｓ）分离得到,具有在体外保持不分我限增殖能力;在胎鼠或成鼠体内胚胎干细胞可以分化形成各种细胞类型;在合适的增减条件下,胚胎干细胞可以定向诱经形成多种细胞类型。人们利用胚胎干细胞建立了多种细胞、组织的体外分化模型,发现并确定了一系列新的生物海性因子,并用于研究哺乳动物早期发育中细     

静磁场对骨组织的影响及其分子机制探讨

静磁场是磁场强度和方向恒定的磁场,其作为一种非侵入性的物理因子,在骨生物学领域已有多年的基础和临床研究历史.大量动物实验和临床研究显示,静磁场对骨质疏松、骨折不愈合、骨植入体的骨不连以及骨关节炎等骨科疾病均有良好的作用效果.静磁场对这些骨骼疾病的作用与其对骨组织细胞增殖及分化的调节相关.在体外,静磁场可促进骨髓间充质干细胞及成骨细胞的分化和矿化,而抑制骨髓单核细胞及破骨细胞的分化和骨吸收活力.静磁场对骨组织细胞调控的可能机制是静磁场影响了细胞生长因子、信号分子、细胞骨架、细胞膜、细胞内钙离子及铁代谢等.本文从动物及临床实验研究和细胞生物学研究两方面综述了静磁场对骨组织的影响,同时对可能的分子机制进行了探讨,在此基础上还介绍了该研究中需进一步探讨的问题.     

脑胶质细胞:另一种大脑作图方式

<正>在推进人脑研究的进程中,美国神经学家R·道格拉斯·菲尔兹(R.Douglas Fieids)认为:作为大脑组成部分的非神经元细胞——脑胶质细胞——一定不能被雄心勃勃的人脑研究计划拒之门外。自从奥巴马总统宣布"使用先进神经技术的人脑研究计划(BRAIN)"以来,即寻求对实验动物整     

电磁场对细胞的作用

对经过电场、磁场及电磁场处理过的各种细胞组织的探测,发现了许多令人惊奇的现象,电磁场对细胞活性的影响已越来越引起人们的兴趣和重视,同时在生物科学中已得到了新的应用.本文仅就电场、磁场及电磁场对细胞的作用及可能的机理作些介绍和分析.     

细胞突起损伤对细胞活性的影响

研究了嗅鞘细胞突起不同位置的飞秒激光手术损伤对细胞活性的影响, 探讨了细胞损伤、修复和死亡的动力学过程. 功率100 μW、切割速度2 μm/s的紧聚焦飞秒激光对小直径的细胞突起切割两次, 观察突起不同位置的损伤对细胞活性的影响; 采用同样参数对大直径的细胞突起切割6次, 观察损伤后细胞的变化. 当细胞突起直径较小时, 无论是突起末端、中部还是根部的损伤都不能使细胞死亡, 损伤的细胞在3 h内恢复了活性; 当突起直径较大时, 多次的飞秒激光损伤导致细胞的胀亡. 通过飞秒激光手术对细胞突起损伤和诱导胀亡的研究, 提出了飞秒激光细胞损伤的多种机制, 探讨了飞秒激光诱发细胞内部钙波的形成、细胞形态学变化和胀亡的动力学. 因此, 飞秒激光手术为建立细胞损伤模型和研究细胞动力学提供了一个非常重要的方法.     

Chuaria的解剖结构及其植物属性

Chuaria是目前已知的前寒武纪的少数几个全球广布的宏体化石之一. 尽管Chuaria的研究 历史可以追溯到1899年, 但是其系统位置却至今尚未最后确定. 人们曾经围绕着这个常见化石的 系统位置提出了多个互相排斥的假说. 其中一种说法认为其是多细胞藻类, 但是这种说法由于缺 乏令人信服的解剖结构并没有得到广泛的接受. 本文清晰地揭示了Chuaria的细胞结构, Chuaria中细胞壁的存在表明其是真核多细胞藻类. 这一结论与最近生物地球化学的结论不谋而合. 其中 细胞壁厚度的变化表明该生物中已经出现初步的细胞分化. 这些前寒武纪化石细胞内的膜状结构 进一步支持该生物的真核生物属性. 这些数据和结论部分结束了长期以来围绕Chuaria分类位置 的争辩, 使得Chuaria成为少数几个已知的新元古代冰期之前出现的多细胞真核生物的成员.