年度方法:自由生存动物体内成像

正成像技术和荧光传感器的进步,已经实现了在大鼠、小鼠、鱼类、蝇类和蠕虫等多种动物体内分析带来一系列行为的神经元活性。限制动物的活动可以使实验者对实验对象的感官环境有很好的控制,这对于研究视觉引导或嗅觉引导的行为是有利的。但是,受控制动物在展示更为复杂的行为,尤其是社会行为方面的能力是有限的。近年的技术进展已经使得在自由生存动物体内对神经元活性进行成像成为可能。     

下丘脑AgRP神经元调控食欲和体重研究进展

食欲和体重稳态调控是动物维持生存的重要机制.中枢神经系统内的下丘脑是机体能量平衡调控的中心.下丘脑对外周的各种激素和营养素信号做出反应从而调控能量代谢.下丘脑弓状核内的AgRP神经元是饥饿敏感神经元,在能量缺乏时被激活,从而引起进食行为. AgRP神经元调控食欲和体重的分子机制较为复杂,涉及到激素、神经递质和受体,以及神经元内的多种调控分子(如炎症激酶IKK?).此外, AgRP神经元与下丘脑及下丘脑外神经元之间形成复杂的神经环路,从而调控食欲和体重.本文将从AgRP神经元的上游、下游和神经元内的分子调控机制,以及相关的神经环路作一回顾.     

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.     

大鼠黑质致密区注射MPTP后的生化变化和旋转行为的改变

MPTP(1-methy-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine)是合成哌(口替)啶同类物中的副产品。自从Davis(1979)和Langston(1983)先后报道一组吸毒成瘾者自服含MPTP的化合物后逐渐出现典型的帕金森氏症,病理和生化改变与原发性帕金森氏病极为相似,这一发现引起了广泛性注意。嗣后已有不少研究证明,MPTP在恒河猴、鼠猴、豚鼠和小鼠等动物引起脑内儿茶酚胺神经元特别是多巴胺(DA)细胞的选择性变性,并伴有一系列的行为障     

小脑在手指序列运动学习中作用的功能磁共振成像

小脑究竟参与随意运动的学习过程(motor learning)还是操作过程(motor performance)最近引起了新的争议. 采用功能磁共振成像技术, 观察了8名被试长时程学习前后小脑激活体积的变化. 结果发现, 在相同运动频率条件下, 学习后小脑激活体积明显减少. 更为重要的是, 尽管学习序列在41 d训练后成绩明显好于对照序列, 但两种序列的激活位置和激活体积几乎相同. 这些结果提示, 小脑参与运动学习过程而不是运动操作本身, 训练导致的小脑激活变化可能与学习有关而与运动操作性质的改变无关.     

中缝背核5-羟色胺能神经元与阿片受体关系的形态研究

许多资料表明,中缝背核是5-羟色胺(5-HT)能神经元大量存在的部位,同时也是阿片受体比较密集的区域,由此处发出的5-HT能纤维上行到达间脑和端脑的若干核团。中缝背核在脑内镇痛系统中占有重要地位:电刺激中缝背核能产生明显的镇痛作用,中脑导水管周围灰质(PAG)内注入微量吗啡引起的镇痛很可能是通过激活中缝背核的5-HT能神经元而发挥作用的。由于5-HT能神经元和阿片受体的形态定位关系尚不清楚,吗啡激活5-HT能神经元的形态机制一直没有阐明。本工作应用免疫细胞化学与阿片受体放射自显影双重显示技术,对中缝5-HT能神经元与阿片受体的形态定位关系进行了研究。     

移植对脑生长指导作用的探讨

脑移植对于解决哺乳类动物的行为和脑如何生长发育这些疑难问题,是最实用的研究工具。实验表明,胚胎脑组组片移植到受体动物脑内或其它部位时,不仅能够成活,而且生长良好。移植物常常能与靶神经元形成正确的联系,在某些实验动物还能使神经损伤得到恢复。本文讨论使用组织移植来研究有关脑生长状态的基本问题。     

运动仿生的前沿:从感知到运动

正运动仿生是动物行为学和机器人学交叉的新领域,是仿生科学与工程的重要分支,其内涵包括揭示动物运动的机构结构、感知控制和行为规律,指导仿生机器人的设计.运动是动物的基本行为属性,也是仿生智能机器人等人造系统的重要特征之一.运动是动物对外部环境和内部状态变化的一种行为反应,该行为涉及到动物的环境感知、信息整合、运动指令产生、肌群驱动、关节运动、肢体与外界的相     

去甲肾上腺素与氯丙嗪的协同作用

脑电生理研究表明,氯丙嗪能对抗儿茶酚胺对脑电的激活反应。有些学者并作为根据之一来推论氯丙嗪的作用机制。如Brodie B. B. 1959年提出:氯丙嗪的安定作用,可以认为是阻断了脑中去甲肾上腺素的作用,从而抑制了促活动系统。但是有的药物对脑电与行为的影响并不完全一致,而存在脱节现象。肾上腺素也有类似情况,动物在深度抑制时,脑电图却呈现激活波型。本文采用防御性条件反射方法,并结合动物外表行为观察去甲肾上腺素与氯丙嗪的合并效应。实验分二部分进行。     

人及猪脑源性神经营养因子基因克隆

脑源性神经营养因子(Brain-derived neurotrophic factor,BDNF)主要是在中枢神经系统内合成的小分子量碱性蛋白质,由119个氨基酸组成.研究发现BDNF对神经系统的多种神经元均有效应,在体与离体观察证明,它可维持与促进外周神经嵴和基板来源的多种感觉神经元的发育、生长与分化,对中枢神经系统的基底前脑胆碱能神经元、GABA能神经元、中脑黑质多巴胺能神经元具有营养作用.研究还发现BDNF与神经生长因子(NGF)同属一个基因家族,二者在生物效应上有许多类似之处,但其作用的神经元特异性又有所不同.     

GDMF工程细胞对多巴胺能神经元的保护

体内和体外实验均证明胶质细胞源性的神经营养因子(glial cell line-derived neurotrophicfactor,GDNF)对多巴胺(DA)能神经元有较好的保护作用,为治疗帕金森氏病提供了启示.但这些证据均来自应用GDNF蛋白进行的实验,而GDNF蛋白不能通过血脑屏障,不利于临床应用,若能把携带GDNF基因的工程细胞移植入脑内,使其稳定高效地表达,则对帕金森氏病的防治将有积极意义.本研究把携带GDNF cDNA的重组质粒转入NIH 3T3细胞系,筛出稳定表达的克隆,与SD大鼠原代多巴胺能神经元共培养,观察到明显的保护作用,为用Ex Vivo法治疗帕金森氏病奠定了基础.     

动物机器人:研究基础、关键技术及发展预测

动物机器人利用动物固有的感知、运动、能量供应和神经系统,通过神经信息干预,实现对生物运动行为的控制.这类特殊的机器人在运动稳定性、灵活性、环境适应性和自身运动能量供应等方面保持了天然的优势,具有重要的应用价值;同时,该研究涉及动物运动神经网络及外部调控信息与固有运动神经信息的交互作用机制等重大理论问题,是神经科学和机器人交互领域的重要研究方向.该研究高度融合了动物智能和机器智能,涉及动物行为学、神经科学、微机电技术、力学和通信技术等,是多学科交叉融合的前沿领域.本文回顾动物运动神经系统与运动行为调控之间的关系,系统梳理不同动物机器人的运动调控方法及系统构成,总结活动在水、陆、空不同空间中典型动物运动行为调控的研究进展,归纳分析动物机器人研究在运动调控方法、微电极植入、微刺激系统、通信导航和能量供应等研究中面临的关键问题,并预测未来的发展趋势.     

爱情的神经生理机制

爱情是一种跨文化普遍存在的现象.从20世纪90年代以来,爱情已经成为神经生物学、认知神经科学、心理学等多学科的新研究焦点.对爱情及其相关行为的脑功能成像研究发现,爱情主要激活奖赏环路,尤其是腹侧被盖区和尾状核;抑制与社会判断、负性情绪有关的脑区活动,如外侧前额叶皮层、后扣带皮层、杏仁核等.这提示爱情并不是一种单一情绪,而是一种类似于金钱奖赏的激励动机;同时爱情会降低人们对所爱对象的社会判断力.爱情所激活和抑制的脑区既有跨文化的一致性,也有差异性.另一方面,爱情也会导致人体内多种激素和神经递质的变化,包括皮质醇、多巴胺、五羟色胺、后叶催产素和加压素、神经生长因子等.最后,我们从爱情的测量方法、研究手段以及爱情对行为决策的可能影响等方面,讨论了爱情领域未来研究的可能方向.     

次级运动区参与外源性触发的利手和非利手单指运动

次级运动区是否参与简单随意运动是一个颇有争议的问题, 而利手和非利手运动脑结构基础的差异至今未阐明. 用功能磁共振成像(fMRI)方法, 观察了6名健康右利手受试者在进行视觉信号提示的利手和非利手食指单次按键运动时, 初级运动皮层(M1)以及辅助运动区(SMA)和前运动皮层(PMC)等次级运动区的局部血氧代谢. 结果显示, 在上述外源性触发的简单随意运动中M1, SMA和PMC均有明显激活, 但利手运动主要激活对侧脑区, 而非利手运动则进一步激活了同侧SMA和PMC. 这些结果不但为次级运动区参与外源性触发的简单随意运动的假说提供了可靠的实验证据, 而且进一步说明, 利手运动主要依赖于对侧次级运动区, 而非利手运动则需要双侧次级运动区的参与.     

实时功能磁共振成像及其应用

实时功能磁共振成像通过技术手段将数据分析所需的时间缩短到可与数据采集时间相比拟的程度,从而能在实验进程中将大脑皮层活动情况即刻反馈给受试者,构成一个闭合的神经反馈回路.近年来随着数据采集技术与图像重建算法的改进以及计算机运算能力的提高,实时功能磁共振成像技术日趋成熟并在诸多方面得到应用.凭借实时功能磁共振成像提供的神经反馈,受试者能够自主调节相关脑区的激活水平,与被调节脑区相关的认知过程或行为也会随之变化,这为认知神经科学提供了一种新的研究范式.实时功能磁共振成像还可以用作具备优良空间分辨率和全脑覆盖性的脑机接口,通过对大脑皮层激活模式的分析对脑状态进行判断和分类,从而实现仅依赖大脑活动的交互方式.另外,实时功能磁共振成像在临床上的潜在应用也得到了广泛关注,它为神经系统或精神类疾病的治疗与康复提供了新的途径,患者有望通过神经反馈调控异常的大脑激活状况从而缓解相应症状.本文旨在对实时功能磁共振成像的概念、关键技术及相关应用进行详细的介绍,并对其面临的问题和发展的前景进行讨论.     

多巴胺和5羟色胺神经元发育的基因调控途径

多巴胺神经元和5羟色胺神经元是两种脑内控制多种生理功能的神经元,它们的发育（产生、分化和成熟等）受到胞外信号分子和胞内转录因子的调节。这方面的研究不断取得重要突破,本文将对最近的进展进行讨论。     

动物眼睛给人类的启示

在所有动物的眼睛中,人眼是较高级的,对所见的物体能迅速成像,这归功于人具有一个公共屈光系统——晶状体,它能受睫状肌的调节而改变凸度,从而能使不同距离的物体清晰成像,投射到视网膜上。根据人眼的结构及成像原理,人们仿制成了普通照相机,这种照相机镜头中的凸透镜就和     

飞秒激光测控神经活动

飞秒激光双光子显微成像技术在神经科学研究中发挥着重要作用. 实验中采用自行改进的双光子成像技术探测大鼠皮层脑片神经元钙活动, 记录到自发以及电刺激、药物刺激诱导的钙活动, 同时记录到飞秒激光诱发的神经钙活动. 结果表明, 神经元钙升高的幅度与其对应电活动强度呈线性关系; 谷氨酸能够诱导神经元产生大幅度的钙升高, 但当多次刺激时其钙响应的幅度降低; 通过同时记录多个神经元的自发钙信号, 可以分析判断这些细胞属于不同的微回路; 飞秒激光能诱导细胞的局部钙升高和整体钙升高. 飞秒激光神经活动测量和控制方法具有非接触、无损伤、可精确重复的优点, 为进一步认识神经生物现象提供了行之有效的实验手段.     

内侧视前区和下丘脑腹内侧核对不同性周期雌鼠蓝斑中去甲肾上腺素能神经元的作用比较

内侧视前区(MPO)与下丘脑腹内侧核(VMN)是脑内与性行为关系密切但作用相反的两个核团,它们均富含性激素受体。已知与下丘脑有直接纤维联系,并富含去甲肾上腺素(NE)能神经元胞体的蓝斑(LC)内也含有大量性激素受体。刺激发情期雌鼠MPO可激活LC中NE能神经元放电,而刺激非发情期雌鼠MPO则抑制其放电。推测VMN对LC中NE能神经元可能也存在调制性影响。为了进一步探索不同性激素水平时中枢儿茶酚胺能神经元的活动规律,本工作以不同性周期雌鼠LC中NE能冲经元放电为指标,观察刺激MPO、VMN对它们的影响。     

狗可能真的比猫更聪明

正狗可能真的要比猫聪明些,这是因为狗大脑皮层的神经元平均数量是猫的两倍左右。大脑皮层是动物的思考中枢,这个区域的神经元数量直接决定了动物的智慧程度。人类大脑皮层约含160亿个神经元,狗类大脑皮层神经元的平均数量为5.3亿,而猫只有2.5亿。更多的神经元让狗能够在一定程度上理解人类下达的指令,并能完成更复杂的动作。