疼痛相关高频振荡信号:进展与展望

慢性疼痛不仅丧失了急性疼痛所具有的警示作用,还严重危害患者的身心健康,大幅增加家庭和社会的医疗成本.慢性疼痛的有效治疗依赖于对疼痛的准确评估.然而,临床诊断中仍缺乏疼痛的客观评估方法,大大增加了疼痛管理和镇痛效果评估的难度.最近一系列电生理研究发现,疼痛诱发的γ频带高频振荡信号和疼痛有密切关联,能在一定程度上表征疼痛强度,具体表现为:(1)在短时疼痛情境下,初级躯体感觉皮层γ振荡可特异性地编码疼痛的主观强度和疼痛敏感性的个体差异,并能反映心理因素对疼痛的调节作用.(2)在长时疼痛情境下,前额叶γ振荡与主观疼痛评分显著相关.(3)在慢性疼痛情境下,前额区域γ振荡能反映不同类型慢性疼痛患者的自发疼痛强度.然而,目前研究仍存在γ振荡信噪比低、与其他神经振荡关系不明、产生机制复杂以及与疼痛的因果证据不足等问题.未来研究有必要采用更加敏感和标准化的分析方法,整合跨物种研究、神经调节等技术,以系统、全面地阐明γ振荡在疼痛信息处理中的作用机制,进而促进疼痛评估标准的客观化,帮助改善疼痛管理现状.     

调控方式影响跨期选择的神经基础:内侧前额叶的中介作用

跨期选择(intertemporal choice)是指个体对发生在不同时间点的成本与收益进行权衡,进而做出的各种判断和选择.先前的研究表明,个体在长久生活中所形成的调控方式("评估"和"行动"定向)会对跨期选择产生影响,然而调控方式影响跨期选择的认知神经机制依然不清楚.为此,本研究试图采用功能性磁共振成像(f MRI)技术考察调控方式影响跨期选择的神经基础.行为结果发现,"评估"定向者比"行动"定向者表现出更小的延迟折扣率;被试的"评估"定向得分和延迟折扣率成负相关,而"行动"定向得分和延迟折扣率呈正相关.脑成像的结果发现,表征延迟奖赏主观价值的内侧前额叶的激活水平与"评估"定向得分成显著的正相关,而与"行动"定向得分存在显著的负相关;进一步的中介分析表明,表征主观价值的内侧前额叶在调控方式与延迟折扣之间存在显著的部分中介效应.这些结果说明,调控方式对跨期选择的影响可能是通过改变延迟奖赏的主观价值来实现的,而表征主观价值的内侧前额叶则是其神经基础.     

欺骗的认知神经网络模型

欺骗是一种当事人有意试图让他人相信某种错误信念,从而为自己或他人获取利益或规避损失的心理过程.已有的研究为揭示欺骗的神经机制提供了启示,但欺骗这一复杂行为中大规模脑网络的整体性作用尚未得到足够的关注.本文总结了欺骗的相关理论和研究,以及欺骗行为涉及的认知和情感加工过程,并在此基础上提出了欺骗的认知神经网络模型.该模型中,欺骗行为产生于动力系统、情感系统、认知系统和执行系统之间的动态交互过程,而奖赏网络、突显网络、中央执行网络和默认网络的激活和相互作用是其背后的神经基础.模型建立了欺骗相关的研究和理论、心理过程、心理功能、脑区与神经网络之间的联系,并有望对欺骗行为及其神经机制作出更为整体性、系统化的解释.     

侵入式脑神经信号监测与调控技术研究进展

脑科学研究是当今自然科学面临的一项重要挑战.大脑是人体的神经枢纽,控制着人体的各项生理活动.脑神经信号监测与调控技术能够建立大脑与外部设备之间的信息连接通路,从而实现对大脑中信息的读取以及对脑活动的控制,因此在疾病诊疗、军事、教育、娱乐等领域具有广阔的发展和应用前景.尽管目前脑神经信号监测与调控技术已经取得一定成果,但对于侵入式脑信号监测与调控技术的研究仍处于起步阶段.本文简要介绍脑神经信号监测与调控技术的基本原理,从信号获取、调控手段和电极制备等关键技术角度阐述侵入式脑信号监测与调控技术的国内外研究现状,讨论其面临的信号质量、调控准确性和生物安全等方面的挑战.最后,展望该技术在脑机接口等前沿领域中的应用前景.     

人脑之谜种种

人脑是目前已知宇宙间最复杂的系统 ,其功能活动在很多方面还是未解之谜。有人提出 ,2 1世纪是生命科学的世纪。揭示人脑的奥秘是当今生命科学面临的重大挑战 ,也是心理科学研究和探讨人类学习和记忆的重要课题。感觉与传导感觉与传导是人和动物共有的生命本能 ,是大脑对客观事物作出的具体反应。大脑结构本身并不复杂 ,它分左右两个半球 ,由中间的脑桥和延髓连接着脊神经。从脑本身发出的神经有 1 2对 ,接受头面部的感觉与传导 ;脊髓神经有 3 1对 ,接受躯干部位的感觉与传导。大脑就如一个通讯控制中心 ,而连接控制中心的是各个组织机构之…     

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.     

脊髓躯体/内脏觉神经元与脊神经节突触/接头性活动

躯体内脏相关和脊神经节的核团性质是感觉神经科学领域的两个热点课题,前者的关键在于是否存在既接受躯体感觉信息又接受内脏感觉信息的躯体觉/内脏觉会聚性神经元;后者的关键是脊神经节内是否存在突触/接头性活动。如同将运动神经元区分为躯体运动性神经元和内脏(自主)运动性神经元那样,人们迄今一直认为,感觉神经元分为躯体感觉性神经元和内脏(自主)感觉性神经元,分别支配躯体和内脏(Kandel 1991)。与躯体觉的传入通路有别,内脏传入的胞体可追踪到脊髓Ⅰ,Ⅱ,Ⅳ,Ⅴ和Ⅹ板层,内脏感觉信息的上行通路只限于背索(DC)、脊丘束(STT)和脊网束(Willis 1991,Ness和Gebhart 1990)。另一方面,脊神经节被定义为躯体感觉系统的感受器(Kandel 1991),一向被视为一种感觉传入通路的简单集合和感觉纤维营养物质的贮存站,甚至认为其在感觉信息传入中的作用可有可无(Liberman 1976)。根据我们近年对脊髓投射系统和脊神经节的研究以及国内外有关学者的工作,上述传统认识似有很大的局限性。     

问与答

问:我们什么会感觉饥饿? 很多人认为,进食是日常生活中一件最普通的事情,但是从饥饿感产生到进餐结束的整个过程,却是被存在于大脑和肠之间复杂而又神秘的一系列反馈回路所调控。科学家已经找到了相当多和食欲调节有关的因素,包括超过250 个基因和至少40个神经化学肽。     

多巴胺对创造性的影响及其大脑机制研究进展

创造性作为人类的一种高级认知能力对推动社会发展和科学进步有重要的作用,而多巴胺作为一种重要的神经递质对人类的认知活动起着重要的调节作用.当前关于创造性能力和多巴胺的关系探讨也越来越热,但是二者之间的关系及其作用机制还不甚明晰.因此,本文从多巴胺的视角对创造性的研究进行了梳理评述,主要包括:(1)从行为研究来看,运动和积极情绪等可以促使大脑中多巴胺的分泌,从而提升创造性表现;(2)从生理研究来看,用来治疗帕金森病的多巴胺激动剂能够增强患者的艺术创造性,而用来治疗精神分裂症的多巴胺拮抗剂则会抑制创造性产生;(3)从神经科学研究来看,与创造性相关的脑区包括了黑质-纹状体通路、中脑-边缘系统通路和中脑-皮质通路这3条重要的多巴胺奖赏神经环路;(4)从遗传研究来看,作为多巴胺重要遗传基础的儿茶酚胺氧位甲基转移酶(COMT)与创造性潜能有关.总之,本文通过对大量研究的整合分析,从多巴胺的角度对创造性的认知神经机制进行系统梳理,并就该领域当前研究的不足和未来趋势进行了总结和展望.     

单相多铁性材料——极化和磁性序参量的耦合与调控

单相多铁性材料是指同时表现出铁电性和磁性的单相化合物, 最近的研究还拓展到具有铁性磁涡旋的体系. 一方面, 多铁性材料同时具有铁电性和磁性; 更为重要的是, 铁电性与磁性之间存在磁电耦合效应, 从而可能实现铁电性和磁性的相互调控. 因此, 多铁性材料是一种新型多功能材料, 在自旋电子学和其他领域有着广阔的应用前景. 从凝聚态物理角度看, 多铁性现象本身也对铁电学、磁学和强关联电子物理提出了很多基本问题和挑战, 成为量子调控研究的一个热点领域. 多铁性物理在最近几年开始复兴, 并取得了很大进展. 综述了多铁性物理这一领域的研究现状和存在的主要问题. 首先, 简单介绍多铁性与磁电耦合效应的概念以及它们之间的联系, 重点阐述实现多铁性的困难, 亦即铁电性和磁性的互斥性. 其次, 详细介绍了单相体系中实现铁电性与磁性共存的一些可能物理机制, 其中重点介绍两个新的物理机制: (ⅰ)非共线螺旋状磁结构引起的铁电性和(ⅱ)电荷有序相导致的铁电性. 这两类系统中磁性和铁电性之间在量子层次上存在很强的耦合和互相调控效应. 随后, 叙述了多铁性系统中存在的元激发—— 电磁振子, 以及铁性磁涡旋效应. 最后, 指出了多铁性材料可能的应用以及尚未解决的问题.     

社会比较的认知神经机制研究进展与展望

社会比较是指个体为了获得准确的自我认知,将自我与他人在某些方面进行比较的现象.本文通过总结近10年来采用功能磁共振成像和事件相关电位(event-related potential, ERP)技术进行的社会比较相关研究,从空间定位和时间进程两方面探讨了社会比较的认知神经机制.研究发现,与社会比较相关的脑区可分为与上行社会比较相关的背侧前扣带回、背外侧前额叶、前脑岛和杏仁核,以及与下行社会比较相关的腹侧纹状体和腹内侧前额叶皮层.此外,通过对各脑区功能的进一步整理认为,大脑的奖赏和疼痛回路、心智化网络以及共情网络可能参与社会比较过程,其中心智化网络参与社会比较的"选择"、"对比"、"评价"3个阶段,奖赏和疼痛回路参与"对比"和"评价"两个阶段,而共情网络则仅参与"评价"阶段.关于社会比较加工的时间进程, ERP研究表明, P2、FRN(feedback-related negativity)以及P300和LPC(late positive component)分别反映社会比较结果加工的早、中、晚期阶段.最后,对当前社会比较研究的局限及未来的研究方向进行了探讨,提出未来有必要进一步考察更加复杂情景下社会比较的认知神经机制,以及个体差异和社会因素影响社会比较的机制.     

自身运动中眼动补偿的神经机制

自身运动特指观察主体在外界环境中的运动状态,而判断自身运动方向的主要依据来自于视觉系统的光流信息输入.对这种信息的处理是由位于背侧通路的一系列脑区来完成的.由于自身运动过程中常常伴随着眼动和其他躯体运动,它们会严重扭曲来自于视网膜的图像,为自身运动认知造成困难.心理物理研究表明,眼动追踪等因素并未显著改变观察者的自身运动认知精度,预示神经系统必然存在一种补偿机制来矫正眼动和其他躯体运动带来的影响,这种补偿作用的具体神经机制尚未明晰.目前普遍认为,与自身运动认知行为关系最紧密的脑区是内上颞区和顶内沟腹侧.本文通过综述对这两个脑区的最新研究进展,对自身运动中眼动补偿的可能神经机制进行探讨,期望对进一步的实验研究有所助益.     

病毒与细胞凋亡

本文阐述病毒与细胞凋亡的关系、病毒感染相关的细胞凋亡分子以及病毒感染调控的细胞凋亡机制.     

“基因-脑-环境-行为”框架下创造力与精神疾病的关系及大数据背景下的研究展望

创造力是人类心理机能的高级表现.迄今为止,已有相当多的证据表明高创造力人群罹患精神疾病(尤其情感障碍和精神分裂症谱系疾病)的风险高于一般人群.探索创造力和精神疾病的关系进而探讨创造力的本质和个体心理机制成为创造力研究的热点之一.但时至今日关于两者关系的认知神经机制和基因机制尚未完全明晰.本文结合行为、神经影像学和遗传学的研究证据,梳理和评述了有关创造力和精神疾病关联的实证研究和若干理论观点,系统探讨了创造力和精神疾病的深层关系.未来研究应加强创造力与精神疾病关系的理论整合与构建,并利用影像遗传学方法及大数据方法,在"基因-脑-环境-行为"的框架下,从微观、中间和宏观层次开展多层面、多学科的交叉整合研究,同时加强对亚临床人群的多中心联合、大样本研究并尝试纵向研究设计,以更深入地对创造力与精神疾病的关系、影响因素及深层生物学机制进行探索.     

微管解聚驱动蛋白Kinesin-13的研究进展与展望

微管是细胞骨架的重要组成成分,其在细胞内的动态调节关系着细胞正常生理功能的发挥和维持.目前发现多种参与细胞内微管组装与解聚调控的蛋白,其中发挥微管解聚功能的Kinesin-13驱动蛋白家族被广泛地研究,该蛋白具有控制有丝分裂,调控纤毛组装与解聚和神经轴突发育与修复等功能.本文主要对Kinesin-13微管解聚机制,以及在主要的模式生物中生物学功能与调控机制进行比较与分析.     

小脑间位核对下丘脑外侧区神经元电活动的影响

许多研究表明,刺激或损毁小脑某些部位可引起一些内脏和情感活动的变化,提示小脑除具有躯体性运动调节功能之外,还参与了机体非躯体活动的调节.但是,小脑实现其非躯体功能的神经通路至今还不明了.近年来的神经解剖学研究揭示,小脑与下丘脑之间存在着双向的纤维联系.其中的小脑-下丘脑投射纤维由所有三个小脑核团(顶核、间位核和齿核)发出,终止于对测下丘脑外侧区(lateral hypothalamic area,LHA)、后区和背区及背内侧核(?)推测小脑-下丘脑通路可能是小脑实现其非躯体功能的一个途径.本研究观察刺激小脑间位核(interpositus nucleus,IN)对LHA神经元活动的影响,以探讨小脑在参与机体某些非躯体功能调节过程中的作用机制.     

基因调控网络的生物信息学研究

DNA微阵列技术和蛋白质质谱技术为基因调控网络的研究提供了可能的技术装备.基因调控网络的研究试图以系统的观点为出发点,从基因之间相互作用的角度揭示复杂的生命现象.基因调控网络是功能基因组学研究的重要内容,也是当前生物信息学研究的前沿.本文着重从生物信息学的角度对基因调控网络的研究从源起内容到方法进行了全面的回顾和总结.     

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.     

突触骨架重塑调控吗啡戒断负性记忆的分子机制进展简

成瘾性药物戒断所产生的负性情绪记忆被认为是导致强迫性用药的主要原因. 戒断会引起相关脑区发生诸如突触传递和神经结构可塑性等适应性变化,这种适应性变化最终会引起病理性记忆的形成. 研究表明,肌动蛋白actin骨架重塑与突触可塑性以及记忆的形成关系密切,然而对其调控记忆的分子机制知之甚少. 最近,本研究小组围绕吗啡戒断负性情绪记忆的形成机制展开研究,在整体水平上阐述了突触骨架actin及其一系列下游信号参与调控吗啡戒断负性记忆的分子机制. 本文将讨论近年来突触结构可塑性参与调控成瘾性药物负性记忆形成的最新进展,着重探讨阿片类物质成瘾负性动机的形成机制,有助于深入了解成瘾形成的分子机制,为成瘾的研究和治疗提供新思路.     

突触骨架重塑调控吗啡戒断负性记忆的分子机制进展

成瘾性药物戒断所产生的负性情绪记忆被认为是导致强迫性用药的主要原因.戒断会引起相关脑区发生诸如突触传递和神经结构可塑性等适应性变化,这种适应性变化最终会引起病理性记忆的形成.研究表明,肌动蛋白actin骨架重塑与突触可塑性以及记忆的形成关系密切,然而对其调控记忆的分子机制知之甚少.最近,本研究小组围绕吗啡戒断负性情绪记忆的形成机制展开研究,在整体水平上阐述了突触骨架actin及其一系列下游信号参与调控吗啡戒断负性记忆的分子机制.本文将讨论近年来突触结构可塑性参与调控成瘾性药物负性记忆形成的最新进展,着重探讨阿片类物质成瘾负性动机的形成机制,有助于深入了解成瘾形成的分子机制,为成瘾的研究和治疗提供新思路.