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.     

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。     

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。     

βCaMKII蛋白修饰转基因小鼠工作记忆的研究

利用前额叶脑区过量表达β钙离子/钙调素依赖的蛋白激酶II(βCaMKII)的蛋白修饰转基因小鼠,研究βCaMKII对小鼠工作记忆的影响.Western Blot结果显示,转基因小鼠前额叶脑区的βCaMKII过量表达.在修饰的水迷宫实验中,与对照组相比,转基因小鼠的逃避潜伏期没有发生明显变化.此外,在T迷宫实验中,转基因小鼠的正确率与对照组的正确率也基本相同.由此推测,βCaMKII的过量表达对于前额叶皮层依赖的工作记忆没有明显的影响.     

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。     

Long-term potentiation of prefrontal cortex in NR1 knockout mice

利用前脑特异性NR1基因敲除小鼠,采用离体脑片场电位技术,研究了NR1亚基在前额叶脑区突触可塑性中的作用.刺激强度—反应( input-output curve)和双脉冲抑制反应(paired pulse depression,PPD)的结果表明,与同窝对照组小鼠相比,NR1基因敲除小鼠前额叶脑区的基本突触传递无明显变化.采用高频刺激(100 Hz,1 000 ms×2,间隔30 s)在小鼠的前额叶脑区诱导长时程增强( long-term potentiation,LTP),与对照组小鼠相比,NR1基因敲除小鼠前额叶脑区的LTP明显受损.以上数据提示,NR1亚基在前额叶脑区LTP的诱导中起着重要的作用.     

NR1基因敲除对小鼠前额叶脑区LTP的影响

用前脑特异性NR1基因敲除小鼠,采用离体脑片场电位技术,研究了NR1亚基在前额叶脑区突触可塑性中的作用.刺激强度—反应(input-output curve)和双脉冲抑制反应(paired pulse depression, PPD)的结果表明,与同窝对照组小鼠相比,NR1基因敲除小鼠前额叶脑区的基本突触传递无明显变化.采用高频刺激(100 Hz, 1 000 ms ×2, 间隔30 s)在小鼠的前额叶脑区诱导长时程增强(long-term potentiation, LTP),与对照组小鼠相比,NR1基因敲除小鼠前额叶脑区的LTP明显受损.以上数据提示,NR1亚基在前额叶脑区LTP的诱导中起着重要的作用.     

电刺激小脑外侧核对内皮素-1诱导运动皮层缺血大鼠模型局部场电位的影响

目的 研究电刺激小脑外侧核(LCN)对内皮素-1 (ET-1)诱导局灶性脑缺血大鼠模型的局部场电位(LFP)的影响。方法 ET-1定点注射诱导大鼠运动皮层局灶性缺血模型,造模后休息1周,安上自制刺激电极和记录电极。刺激组给予30 HZ脑深部电刺激(DBS),每天8 h,连续14 d。采用电生理记录系统分析LCN DBS前以及DBS 14 d后的前肢刺激诱发LFP。结果 ET-1诱导局灶性缺血后,患侧皮层的电生理活动显著低于健侧(P<0.001)。给予电刺激治疗后能显著提高患侧皮层诱发的LFP(P<0.001),但与健侧比仍有明显差异(P<0.01)。同时,分析不同波段LFP的数据结果显示,与电刺激前相比,电刺激后Theta波(P<0.01)、Alpha波(P<0.05)以及Beta-1波(P<0.01)患侧/健侧LFP功率的比值均显著升高。结论 ET-1定点注射诱导局灶性脑缺血后,局部场电位降低,皮层神经元活动减弱,而LCN DBS对皮层神经元的兴奋性有改善作用。     

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.     

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。     

经颅磁声电刺激下皮层钙信号及突触传递特性的仿真与实验分析

为了探究经颅磁声电刺激(transcranial magneto-acoustic-electrical stimulation, TMAES)不同磁场强度和超声功率强度对工作记忆信息编码相关的皮层神经元钙信号及突触传递特性的影响,首先通过搭建基于磁声电效应改进的皮层锥体神经元模型,引入钙依赖神经递质释放的计算方法以计算TMAES引起的兴奋性突触后电位(excitatory postsynaptic potential, EPSP),以EPSP作为评价指标来评估不同TMAES磁场强度和超声功率强度下突触传递的短时程可塑性.随后使用光纤光度检测技术实时记录TMAES下小鼠前额叶皮层神经集群的钙信号,以揭示TMAES下钙依赖神经信息传递机制.仿真结果表明：TMAES不同磁场强度和超声功率强度对突触后响应的大小具有双向调节作用,其中,突触传递产生的短时程增强和抑制是由于TMAES下胞内钙浓度的变化引起的囊泡释放和囊泡耗竭.实验结论表明：TMAES对前额叶皮层神经元集群钙信号幅度和频率均有明显的调节作用,TMAES可以通过调节神经钙浓度进而影响突触间的信息传递.     

我国科学家得到完整的大脑(mPFC)远程投射图谱

<正>内侧前额叶皮层(mPFC)包含GABA能中间神经元群体,其在认知和情绪中起不同作用。mPFC中的GABA能神经元在调节工作记忆,决策和与动机和厌恶行为相关的情绪方面发挥重要作用,其功能障碍与各种疾病有关,包括重性抑郁症,精神分裂症和癫痫。mPFC中GABA能神经元的亚型包括表达小白蛋白(PV+),表达生长抑素(SST+)和表达血管活性肠肽     

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.     

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。     

基于spike-LFP同步的神经元朝向选择性分析

局部场电位(local field potential,LFP)与神经元发放的锋电位(spike)之间的同步关系揭示了重要的神经编码信息。为了研究不同对比度的光栅刺激下猕猴视皮层V1区和V4区神经元的朝向选择性,本文将锋电位触发的相关矩阵同步方法应用于在猕猴视皮层V1区和V4区记录的微电极信号,发现spike与gamma频段LFP之间的同步与光栅朝向之间存在较强的相关性,反映了视觉刺激的基本特征信息。另外,神经元spike的发放速率虽然会受到光栅朝向的影响,但是在不同对比度下发放速率并无明显区别,而spike-LFP同步会随着对比度的增加而增加,能够反映出同一朝向下对比度的变化。本文还利用圆方差来量化spike-LFP同步的朝向调谐曲线,发现对比度越大,V1区和V4区神经元的朝向选择性越强,V1区神经元比V4区神经元具有更强的朝向选择性。总之,spike-LFP同步能够更深入地揭示视皮层神经元的朝向调谐特性,为研究朝向选择性的形成机制提供新的方向。     

国家自然科学基金重点项目“大脑皮层中兴奋和抑制的动态平衡机制研究”介绍

<正>大脑皮层是由神经元通过突触连接形成的超级神经网络,网络中的各种神经环路是实现大脑认知活动的功能模块。皮层网络主要由兴奋性锥体细胞和抑制性中间神经元组成,这些神经元介导的兴奋性和抑制性信号是相辅相成的,两者间的平衡是大脑发挥正常功能的前提,当平衡被打破时会导致皮层网络活动异常以及脑疾病的发生,如焦虑、精神分裂症、癫痫等。因此,研究大脑皮层中兴奋和抑制的动态平衡机制对了解正常脑功能的神经基础和     

自闭谱系障碍的大脑功能性连接研究进展

自闭谱系障碍是一种以早期社会交往上的广泛性异常、缺乏与人进行沟通的能力、异常局限的兴趣以及刻板重复性行为为特征的复杂的神经发育障碍．自闭谱系障碍的大脑功能性连接研究表明,自闭谱系障碍存在着大脑功能性连接的显著降低,这种神经同步性活动的异常与自闭谱系障碍的社交和沟通障碍的严重程度呈负相关．实验研究采用功能性近红外光谱成像技术,对自闭谱系障碍儿童静息状态下大脑皮层的功能性连接性进行测量,结果发现,自闭谱系障碍儿童的额叶和颞叶左右半球之间的功能性连接是显著降低的,而额叶和颞叶在语言加工和社会认知过程中起着重要作用．功能性近红外光谱成像技术作为一种光学脑成像技术,能够有效且可靠地揭示自闭谱系障碍的大脑异常功能性活动．     

孤独症儿童静息态脑电Gamma频段功能网络研究

有研究表明,孤独症儿童的功能障碍可能和脑电中的Gamma频段异常有关。通过采集17例孤独症儿童和17例正常儿童睁眼静息态脑电,利用定向传递函数方法计算导联间的因果连接,构建Gamma频段(35~50 Hz)功能网络。用图论方法分析两组差异。结果表明相同阈值下,孤独症儿童脑功能网络全局效率、局部效率以及节点度均低于正常对照组儿童。提示孤独症儿童认知、行为异常可能与其大脑Gamma频段连接较弱、信息整合效率较低有关。     

脑运动神经系统的非线性建模与辨识

针对大脑运动皮层群体神经元信号与运动轨迹关系的辨识,分别建立了基于人工神经网络(ANN)和基于最小二乘支持向量机(LS-SVM)的非线性具有外部输入的自回归NARX模型.在三维虚拟空间中对猴子手臂运动实验记录的多通道神经元信号进行分析,通过与线性ARX模型的比较,说明非线性模型比线性模型能够更好地描述脑运动神经系统,并且用最小二乘支持向量机建立的模型比人工神经网络建立模型的预测精度更高,泛化能力更强,适用于大脑皮层神经元信号的分析,有利于实现性能更高的脑机接口系统.     

视、听、嗅感知过程

<正>视感知过程:光进入肉眼后,引起视网膜上的视觉感受器细胞的兴奋,而后产生视觉神经信号,通过视神经传导,经由外侧膝状体(LGN),然后到达初级视觉皮层(V1),并通过背侧和腹侧两条通路逐级传导至其他更高级的视觉脑区(V2、V3、V4、MT、ITC等),使得视觉信息得到层级式的加工。听感知过程:声音进入双耳后,经由双侧耳蜗、耳蜗核、上橄榄复合体、下丘、内膝体以及位于大脑颜叶的听觉皮层进行层级式信息加工,并进一步传递至大脑顶叶和额叶等更高级的认知脑区,结合已有的知识和经验