我国科学家在脑科学领域取得重大突破

正在973计划的支持下,我国科学家在脑科学领域取得重大突破,首次绘制了人脑前额叶发育的单细胞图谱并揭示神经干细胞的重要作用。人脑前额叶皮层是人类大脑高级功能的关键组成部分,参与记忆形成、短期储存以及调取功能、语言功能、情绪调节等功能。前额叶皮层的细胞组成是其形成神经网络和执行丰富功能的生物学基础。但是人脑前额叶皮层由哪些细胞构成,这些细胞是如何在胚胎发育过程中产生的,这些关键科学问题之前研     

利用多模态光学脑成像研究前额叶静息态功能连接

多模态光学脑成像包括近红外光谱及漫射相关谱,前者探测大脑皮层的血氧代谢水平,而后者测量皮层的脑血流.皮层血氧代谢和血流是不同的两类血液动力学参量,可以从不同方面反映大脑的神经活动强度. 本研究利用多模态光学脑成像测量了人脑前额叶的静息态功能连接. 10个正常成年人参加了实验测量,分别用近红外光谱和漫射相关谱在前额叶的相同位置记录了大脑8分钟的自发波动信号,测量覆盖区域包括左侧额下皮层及左背外侧前额叶. 低频段血氧代谢信号（包括含氧血红蛋白、脱氧血红蛋白及总血红蛋白浓度）用来揭示基于血氧信号的静息态功能连接,而相同频段的脑血流信号用来确定基于脑血流的静息态功能连接. 两类血液动力学参量的静息态功能连接均揭示:背外侧前额叶区域内的连接大于背外侧前额叶与额下皮层之间的区域间连接,显示相邻的背外侧前额叶和额下皮层是不同的功能区域. 此外定量比较基于两类血液动力学参量的功能连接发现,基于血氧代谢的连接有更大的连接强度,表明在同一个功能区内,静息时血氧代谢信号的时间同步性更高.     

前额叶皮层和纹状体间功能性连接的量化分析

奖励预测对于大脑的学习记忆、行为决策等高级认知功能具有至关重要的意义。前额叶皮层(Prefrontal Cortex,PFC)和纹状体(Striatum)是大脑中的两个重要脑区,以往的研究发现,前额叶皮层和纹状体中的神经元都参与了对奖励信息的编码,然而,对于这两个脑区之间信息交流、相互影响的具体方式仍然不够明确。为了研究这一问题,在对猴子进行非对称奖励预测实验的过程中,用多通道电极同时记录了其前额叶皮层和纹状体两个部位的局域场电位(Local Field Potentials, LFP)信号。通过计算非线性相互依赖性(Nonlinear Interdependence,NLI)来量化分析前额叶皮层和纹状体之间功能性连接的强度。结果显示,在β频段(15～30 Hz),小水奖励条件下前额叶皮层和纹状体间的功能性连接强度显著高于大水奖励条件下的结果,同时,前额叶皮层和纹状体间不同方向的连接强度也有显著差别。实验结果表明,前额叶皮层中LFP的β频段可能与纹状体神经元的活动有关,并在一定程度上调节猴子在奖励预测过程中的行为。     

额叶皮层损伤对大鼠基底前脑胆硷能神经元的影响

为探讨前额叶皮层局限性损伤对大鼠学习、记忆功能及基底前脑胆硷能神经元的影响。用外科手术造成大鼠 1侧前额叶皮层局限性损伤后不同时间 ,用Y型迷宫检测学习、记忆功能 ,用组织化学技术检测基底前脑含乙酰胆硷酯酶 (AchE)活性神经元。结果为前额叶皮层损伤后 1周 ,动物学习、记忆功能有所障碍 ,损伤同侧的基底前脑胆硷能神经元有所减少 ,但均无统计学意义。损伤后 2、3、4周 ,动物学习、记忆障碍明显 ,损伤同侧基底前脑胆硷能神经元明显减少 (P <0 .0 5) ,且两者变化相平行。结论为单侧前额叶皮质局限性损伤不仅可引起动物学习、记忆功能障碍 ,且可引起同侧基底前脑胆硷能神经元丢失 ,两者发展且相平行 ,提示基底前脑胆硷能神经元逆行性变性在动物额叶皮层损伤引起的学习、记忆障碍中起作用。     

颅内电极监测在儿童额叶癫痫手术中的应用

探讨颅内电极监测在磁共振(MRI)诊断阴性难治性儿童额叶癫痫手术中的应用.回顾性分析2006年6月至2008年8月期间清华大学玉泉医院癫痫中心科收治的40例儿童额叶癫病病例.根据患儿发作的症状及头皮脑电图特点,对可疑的癫痫灶起源区植入颅内电极,行皮层脑电图IECOG)监测,定位癫痫灶及功能区.结果显示,40例中单纯前额叶切除12例,前额叶切除加局限性皮层切除或/殛皮层热灼8例,局限性皮层切除加皮层热灼7例,前额叶外侧切除加局限性皮层切除或/及皮层热灼7例,前额叶内侧切除加局限性皮层切除或/及皮层热灼6例{其中3例加肼胝体切开).无手术死亡率和严重并发症.随访20个月到36个月,手术后疗效按Wilson标准评判,优良率为80%,其中8例120%)癫痫发作完全消失;14例(35%)癫痈发作次数显著减少;10例125%)癫瘸发作程度减轻;8例(20%)无明显改善.由此得出结论:应用颅内电极进行精确致瘸灶和功能区定位后,制定个体化治疗计划,选择前额叶切除、局限性皮层切除、皮层热灼、肼胝体切开,或根据需要联合两种或多种术式是治疗MRI阴性难治性儿童额叶癫痫的有效方法.     

工作记忆编码腹侧海马和内侧前额叶皮层局部场电位信号的相位同步分析

研究比较大鼠在静息状态下和工作记忆编码阶段腹侧海马和内侧前额叶皮层局部场电位相位同步的变化,分析相位在工作记忆任务相关信息处理中的作用机制。研究数据为6只SD大鼠静息状态和执行Y迷宫空间工作记忆任务时采集的腹侧海马和内侧前额叶皮层的局部场电位信号,计算两个脑区局部场电位信号之间的加权相位滞后指数值。研究结果表明,与静息状态相比,在工作记忆编码阶段,腹侧海马和内侧前额叶皮层之间的相位同步性在theta频段选择性地显著增加。腹侧海马和内侧前额叶皮层theta频段的相位同步是工作记忆编码阶段任务信息处理的一个作用机制。     

条件性视觉——运动学习的研究

大脑皮层的广泛区域参与条件性视觉－运动学习，视皮层对物体的视觉信号进行处理；运动皮层发出指令完成运动动作；联合皮层接受不同区域的信号输入后进行整合形成视知觉并通知运动皮层完成条件性运动。运用前区背外侧部（ＰＭｄ）、基底神经节和前额叶皮层腹侧部（ＰＦｖ）在条件性视觉－运动学习中起重要的作用，海马参与条件性视觉－运动学习。     

成人注意缺陷多动障碍额叶网络异质性

神经影像学研究表明注意缺陷/多动障碍(ADHD)与额叶-纹状体网络功能异质有密切关系。利用静息态功能磁共振数据,探讨成人ADHD组和健康对照组的功能连通性(FC)是否有差异。获取成人ADHD组(N=20)和健康对照组(N=20)的血氧水平依赖(BOLD)信号,以腹内侧前额叶皮质(vmPFC)为感兴趣区进行功能相关分析,使用皮尔森相关系数为衡量功能相关强度的指标。经两样本统计分析,成人注意缺陷多动障碍组左侧眶额叶、右后外侧前额叶皮层、角回与vmPFC正相关性较对照组均存在显著的增强(p<0.01,经Alphasim);成人注意缺陷多动障碍组较对照组右侧背外额中回与vmPFC负相关性有所下降(p<0.01,经Alphasim)。进一步证明了前额叶与其他脑区的连通性存在差异,成人ADHD前额叶默认网络存在功能失调。     

大脑前额叶扣带回皮层调制丘脑触觉信息的途径研究

大脑前额叶扣带回皮层是一个与感觉功能密切相关的脑区,它能够对丘脑触觉反应进行调制.实验在10只戊巴比妥钠（1%）麻醉的SD雄性大鼠上进行,采用辣根过氧化物酶（horseradish peroxidase,HRP）逆行标记的方法,对扣带皮层前部调制丘脑腹侧基底核（ventrobasal,VB）感觉信息的途径进行了研究.实验结果显示,VB核可以接受扣带皮层后部的投射,而且扣带皮层前部有纤维投射到扣带皮层后部.由此提示了前扣带皮层对丘脑腹侧基底核神经元触觉信息调制的可能神经环路是：扣带皮层前部-扣带皮层后部-丘脑腹侧基底核.     

Trichototaxis songi细胞皮层色素颗粒的显微和亚显微观察

应用微分干涉相差显微术、扫描电镜和透射电镜显微术等显示了腹毛目纤毛虫Trichototaxis songi细胞形态及细胞皮层结构,观察到：细胞皮层存在红色色素颗粒和无色颗粒两种皮层颗粒．皮层色素颗粒与纤毛虫细胞呈现红色有关,它们使细胞的颜色保持不变．作者认为,这些色素颗粒可能已成为细胞皮层结构的基本成分,与纤毛器的功能作用有关;并且它们很可能是一类共生于纤毛虫细胞皮层内及皮层表面的细菌共生体．     

母鼠注射海洛因对仔鼠大脑额叶结构及相关蛋白表达的影响

研究母鼠注射海洛因对仔鼠大脑额叶结构与相关蛋白表达的影响,选20只母鼠随机分为空白对照组和海洛因1,2,3组,从受孕第10d开始,各孕鼠分别腹腔连续注射生理盐水和2.0,4.0,6.0g·L-1的海洛因溶液,直至孕鼠分娩后15d,于仔鼠出生5d,10d和15d分别称量检测仔鼠大脑的重量,用光学显微镜观察其大脑额叶的显微结构变化,用免疫组化法检测额叶皮层NGF和Caspase-3蛋白的表达.结果表明,各海洛因组仔鼠大脑重量均显著或极显著低于空白对照组(P0.05或P0.01);海洛因组仔鼠额叶皮层组织结构有不同程度的发育缺陷,外颗粒层、内颗粒层、锥体细胞层和多形细胞层的细胞均出现空泡化和细胞凋亡现象,额叶皮层NGF表达增强,Caspase-3蛋白的表达极显著增强(P0.01).表明母鼠注射海洛因影响仔鼠大脑额叶组织的正常发育.     

广州话-普通话左额下回加工的空间分布

目的:探讨广州话和普通话左额下回激活的坐标位置及信号强度.方法:材料为黑白线条图,被试是12名广州话大学生,任务是进行图片命名,磁共振采集实验数据.结果:广州话与普通话共同激活左额下回、右枕中回和右楔前叶.广州话额外激活右额上回、右顶下回和左楔前叶.普通话额外激活左小脑嘴峰、左扣带回、左额上回和左缘上回.左额下回感兴趣区内,广州话激活左前额叶腹外侧皮层(BA47)和背外侧皮层(BA9),普通话只激活额叶背外侧皮层(BA9),广州话激活体积大于普通话.结论:两种语言左额下回有不同的空间位置,早期形成的语言在左额下回BA47区加工,晚期形成的语言分布BA47区的周围,支持早期、晚期语言不同加工脑区理论.     

运动态人脑默认模式网络脑电信息传递动力学行为分析

为探究人体进行运动相关任务时大脑默认模式网络与其他脑区间的连接规律，基于运动及运动想象脑电信号公开数据集，通过快速傅里叶变换对不同状态下的脑电信号划分频段并进行滑动加窗处理，得到静息与运动态下同皮层不同频段的平均时间序列。采用动态传递熵的构造方法，分析默认模式网络到运动皮层、默认模式网络到前额叶皮层的信息交互，并在多个数据集下进行显著性检验。将动态传递熵的分析方法结合逻辑回归、决策树、XGBoost算法对不同任务进行分类研究，结果表明：大脑不同皮层功能区在进行不同任务时具有显著差异；相较于静息态，前额叶皮层和运动皮层在运动过程中更加活跃，γ频段相较其他频段也更加活跃；相较于静息态，运动态及运动想象态下默认模式网络到运动皮层、默认模式网络到前额叶皮层的信息交互都更强烈，其结果在不同样本空间的显著性检验P值小于0.025,此方法稳健；脑电信号动态传递熵方法可以将机器学习算法的分类准确率提高20%以上。研究可为运动态脑电信号辨识提供理论参考。     

参与中文配对词语联想学习记忆的脑区和神经机制——脑功能磁共振的研究

通过脑功能磁共振技术,研究健康人参与语言的词语配对联想学习记忆任务的脑区和神经机制。对16名右利手健康志愿者进行一项词语配对联想学习记忆任务作业的同时,进行脑功能磁共振扫描。实验采用组块设计,实验任务（包括记忆编码相和记忆提取相）与对照任务（共两个相）交替进行;数据采用SPM99软件进行数据分析和脑功能区定位。结果表明：左侧额叶,特别是左侧额叶的额中下回和枕叶的18,19区在词语联想学习记忆的编码阶段中起重要作用;而左侧顶上小叶、缘上回和角回则在进行记忆提取阶段起重要作用;左侧纹状体边缘区参与了人脑词语联想学习记忆作业的编码阶段。揭示了人大脑完成语言联想学习记忆任务时,除额、顶、枕和颞叶的皮层结构参与外,还新发现有皮层下结构如纹状体参与了词语联想学习记忆。在配对词语的编码和提取阶段,激活的脑区有所变化,显示了这两个语言阶段的神经活动变化机制。     

慢性吸烟者的脑静息态fMRI局部一致性研究

为了纵向研究慢性吸烟者在未戒烟和戒烟一段时间后静息态局部脑功能活动发生的变化,本文结合功能磁共振成像(fMRI)和局部一致性(ReHo)方法,对12名慢性吸烟的健康志愿者,在未戒烟和戒烟一周后的脑静息态扫描数据进行组内比较分析,结果:与未戒烟状态相比,吸烟者戒烟一周后额叶(左侧眶内额叶、右侧额中回、右侧背外侧额叶)、左侧楔前叶、左侧后扣带皮层、左侧楔叶和右侧初级运动皮层的ReHo显著降低;双侧颞上回、左侧距状裂沟回、左侧舌回、左侧梭状回、左侧海马旁回、右侧中央后回和左侧豆状壳核的ReHo显著增强。研究表明,慢性吸烟者在戒烟一周后上述脑区的神经元活动一致性发生了变化,这为ReHo应用于戒烟疗法提供了一定依据。     

大脑皮层对飞机飞越噪声的认知机制

为了研究人类大脑皮层对飞机飞越噪声的表达机制,采用功能磁共振成像(fMRI)技术,选择25例正常健康受试者,观察在飞机飞越噪声刺激时大脑功能区的激活情况,通过对数据进行统计学处理以及脑功能区定位,结果表明:25例受试者在飞机飞越噪声刺激时大脑显著激活了视觉联合皮层、前额叶皮层、初级运动皮层以及与认知记忆相关的脑区等.飞机飞越噪声刺激下,大脑皮层听觉区域不仅参与了听觉处理,可能还涉及消极情绪、认知、注意、记忆等区域反应.     

慢性酒精中毒大鼠学习记忆及星形胶质细胞的变化

目的:研究酒精致大鼠学习记忆障碍与星形胶质细胞变化的关系。方法:将24只雄性Wister大鼠随机均分成对照组和酒精中毒组,酒精中毒组大鼠隔日胃内注入含酒精(2.5g/kg)的蒸馏水2ml共90d,对照组则注入不含酒精的蒸馏水2ml。然后采用Morris水迷宫和免疫组织化学技术,分析大鼠学习记忆能力的变化和额叶皮层、海马星形胶质细胞的改变。结果:酒精中毒组大鼠Morris水迷宫潜伏期明显延长,额叶皮层和海马的星形胶质细胞数目反应性增生。结论:酒精致大鼠学习记忆能力障碍与星形胶质细胞的改变有关。     

油橄榄叶提取物联合美沙酮对海洛因成瘾大鼠的脑组织结构及单胺递质的影响

目的:观察油橄榄叶提取物(olive leaf extract,OLE)联合美沙酮对海洛因依赖大鼠的脑组织结构及单胺递质的影响。方法:将28只健康大鼠随机分成正常组、模型组、OLE+美沙酮处理组和美沙酮处理组。按递增法采用皮下注射海洛因建立海洛因依赖大鼠模型,造模后药物处理30 d,在光学显微镜下观察大脑额叶皮层细胞结构的变化,利用荧光分光光度法检测脑中单胺类递质的含量。结果:与正常组相比,模型组海洛因依赖大鼠出现大脑额叶皮层结构不清、神经元发育不良、皮层厚度减小、脑单胺类递质含量明显增高;与模型组相比,OLE+美沙酮处理组和美沙酮处理组的大鼠大脑额叶皮层结构清晰、皮层厚度增加、脑单胺递质含量显著降低。结论:OLE联合美沙酮明显改善了海洛因依赖大鼠的戒断症状,保护了脑组织,其作用机制可能与脑内单胺递质的改变有关。     

慢性应激对小鼠空间学习记忆功能及海马和前额叶皮层BDNF表达的影响

采用多因素慢性应激动物模型,通过Morris水迷宫测试小鼠空间学习记忆能力;采用免疫组织化学方法检测脑源性神经营养因子（BDNF）在海马和前额叶皮层的表达．结果显示,与对照组相比,应激组小鼠的空间学习记忆能力明显下降（P〈0．01）;应激组小鼠海马CA1区、齿状回和前额叶皮层BDNF表达明显下降（P〈0．01）;停止应激后一周,应激组小鼠BDNF在各脑区的表达有一定恢复,但与对照组相比,仍有显著性差异（P〈0．05,P〈0．01）．结果表明,慢性应激导致小鼠空间学习记忆功能的损伤可能与BDNF表达的下调密切相关．     

30mT恒定磁场可延长神经细胞的存活时间

为了研究中等强度恒定磁场对神经细胞存活能力的影响,采用急性分离的小鼠额叶皮层锥体神经细胞暴露于30.mT恒定磁场中,应用全细胞膜片钳技术研究神经元钠离子通道电流的记录时间(细胞形成全细胞模式后的存活时间,反映细胞存活能力).实验发现,30.mT恒定磁场作用中的细胞钠通道电流的平均记录时间较未被磁场作用的细胞钠电流的平均记录时间显著增加,分别为33.77.min和15.13.min.在磁场作用中的部分神经细胞即使在全细胞模式形成60.min后仍然有20%的神经细胞可以记录到很好的钠通道电流曲线,而对照组神经细胞在形成全细胞模式后超过40.min细胞就已经失去活性.结果表明,30.mT恒定磁场可一定程度上延长皮层神经细胞钠离子通道电流的存活时间,增强了神经细胞在恶劣环境下的存活能力.