突触形成的最初阶段至突触成熟的电生理学研究

突触发育是神经生物学中的一个重要课题,对发育全过程的了解必定会对了解成熟突触可塑性有重要的启示.胚胎神经肌肉接点是研究这一课题的理想标本.我们曾研究了突触形成的最初阶段,发现突触后膜能诱导突触前膜自发释放神经递质.此工作后来由Haydon等人在神经元间突触标本上重复.我们还证明突触后细胞的高频电活动能促进突触发育,而低频电活动能逆转突触发育.前者逆向信使为一种神经生长因子,后者为一氧化氮.上述工作都强调了突触后膜在发育过程中的能动作用,而不只是被前膜支配的靶标,与前膜具有复杂的双向信息交流,相互识别,相互作用,从而逐步形成特异的突触结构.本文用单通道技术研究了突触形成的全过程,强调了突触后膜能诱导突触前神经元在与后膜接触部位堆积神经递质.     

学习和记忆的突触模型:长时程突触可塑性

人类大脑是由上千亿神经元相互连接而组成一个高度复杂的神经网络,是认知、学习和意识等高级功能的重要基础。神经元之间通过特化的连接结构--“突触”而相互通讯。外界输入触发的神经元活动可特异性地持续改变突触的结构和功能,这种神经活动依赖的突触变化称之为长时程突触可塑性。大量实验证据表明突触可塑性是大脑学习和记忆的分子细胞学机制,了解突触可塑性的机制对阐明中枢神经系统性相关疾病（如老年痴呆症、药物成瘾等）的机理具有重要意义。本文简要地小结了长时程突触可塑性研究中的基本发现和新近进展。     

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.     

氧化锌微腔激光的模式调控

振荡模式的调控与单模激光的实现是微腔激光器走向实际应用所需解决的关键问题.本文从微腔模式的基本理论出发,按不同的调控机理梳理了ZnO微腔激光在模式调控方面的主要进展.首先,阐述了分布布拉格反射(DBR)或分布反馈(DFB)结构、腔体尺寸控制、游标效应等传统静态调控方式在ZnO微腔激光模式调控中的结构设计与研究进展;进一步讨论了通过压电、电光等物理效应调制折射率来实现ZnO微腔激光模式的动态调控;最后,综述了表面等离激元效应在实现纳米激光调控方面的最新进展,并系统分析了相关调控手段在ZnO微腔激光模式调控中的优点及存在问题.这些模式调控的方法不仅适用于ZnO紫外激光,同时也为其他材料、其他波段的微腔激光提供了参考.     

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.     

5-羟色胺易化交感神经节突触传递的作用机理

我们过去的工作表明,5-羟色胺(serotonin,5-HT)除作为豚鼠椎前神经节非胆硷能迟慢兴奋性突触后电位(late slow excitatory postsynaptic potential,ls-EPSP)递质以外,还对N型胆硷能快兴奋性突触后电位(fast excitatory postsynaptic potential,f-EPSP)传递过程有明显的易化作用,并对其易化作用进行了定量和介导受体的研究。 本工作旨在应用细胞内记录技术,在离体豚鼠腹腔神经节上研究5-HT易化交感神经节突触传递过程的作用机理,以期进一步阐明5-HT在交感神经节突触传递中所起的作用。     

细胞体积对细胞生理功能的调控作用

细胞作为一个动态的开放系统,可以与周围环境不断进行物质和能量交换,因而细胞体积可以发生很大的变化.研究发现,细胞体积的变化能够调控细胞的力学性质、代谢活动、细胞活性、细胞繁殖和基因表达等生理活动.但是细胞体积和压力调控的力学机制,以及细胞体积的变化对各种生理过程产生影响的物理机制仍有待研究.本文将介绍相关的研究进展,特别是关于动物细胞体积和压力调控机制的基本力学生物学模型,并讨论细胞体积变化对癌细胞迁移以及细胞黏附和脱黏的影响机制.     

粒子物理标准模型是否建立在坚固的数学基础上?

随着欧洲核子中心发现希格斯粒子,粒子物理标准模型的最后一块拼图得到确实.粒子物理标准模型是建立在Yang-Mills理论的基础之上,它把粒子的行为和几何结构优美地连接起来.然而,没有人证明量子规范理论是建立在牢固的数学基础之上.本文介绍了建立量子规范理论数学基础面临的困难和挑战.     

基于平面晶体管型器件的突触可塑性模拟

在数据信息膨胀的大背景下,传统的冯诺依曼体系结构的计算机早已无法满足灵活处理和存储大量信息的需求.与之相比,大脑高度并行的非线性信息处理能力展现出了明显的优势.突触是大脑神经元之间信息交换的连接渠道,突触可塑性是生物学习和记忆的分子基础,为了模拟大脑,必须研究出具有生物突触功能的物理器件,从而实现能够在功能上模拟类脑行为的神经形态电路.研究表明,对于场效应晶体管,把具有可调忆阻特性的场效应晶体管的传导沟道和栅极作为信号传输和调节模块,可以分别对应于生物突触中的离子传导和神经递质释放的过程;对于电子型晶体管,可以利用电操作模式中的OFF(ON)状态的弛豫倾向来模拟生物兴奋(抑制)过程,因而在晶体管中可以实现对突触功能的模拟.本文总结了近年来研究人员用平面晶体管结构的突触器件模拟的突触可塑性功能,包括:短时程突触可塑性(包含双脉冲易化和双脉冲抑制,动态过滤(高通滤波/低通滤波),处理时空关联的脉冲,适应等)、长时程突触可塑性、短时程向长时程的转变、放电时间依赖可塑性、分流抑制等,详细说明了这些功能的特点及模拟方法并对其未来发展进行了展望.     

纳米结构对稀土离子及分子类发光中心荧光性质的调控

无论是对有机荧光分子还是稀土离子掺杂的纳米发光体系,其荧光调控和探测灵敏度的不断提高是基础和应用研究者一直关注的焦点.在发展传统的调控理论和技术的同时,以金属纳米结构为载体的表面等离激元和"热点"增强区域的形成,为荧光调控和增强研究提供了新的机遇.本文针对稀土离子掺杂纳米材料和有机分子发光体系,阐述常见的荧光调控途径,并就金属纳米结构相关的表面增强荧光效应及其现状进行讨论,开拓实现高效荧光调控的思路.通过探索荧光调控的机理和技术路线,以期引发对光谱增强和荧光调控基本理论和技术发展的深入思考和探索.     

部分相干光束位相调控及应用基础研究进展

近年来,部分相干光束由于其独特的光学特性和丰富的物理内涵而受到广泛关注.部分相干光束在许多应用领域具有独特的优势,不同的应用对其光束特性具有不同的需求,因此需要对部分相干光束进行调控.本文介绍部分相干光束位相调控及应用基础研究进展,着重阐述携带涡旋位相以及扭曲位相部分相干光束理论模型、实验产生、光学特性以及相关应用基础.研究表明位相调控对部分相干光束传输特性起到重要调制作用,在光束整形、微粒俘获、大气激光通信、光学成像以及非线性光学等领域具有重要的应用前景.     

铣削过程稳定性分析的时域法研究进展

高速铣削是高性能加工的重要支撑技术,获取无颤振铣削工艺参数是保证铣削加工精度、提高加工效率的前提.再生颤振是引起铣削过程失稳的主要因素,考虑再生效应的动态铣削过程可以表述为含周期系数矩阵的时滞微分方程组.本文从时滞动力系统的动态响应数值求解的角度,对基于动力学模型的铣削颤振稳定性时域(半)解析方法以及应用进行了综述,着重介绍了基于积分方程的半解析方法,并展望了铣削过程稳定性分析的发展趋势.     

基于离子型忆阻器的神经形态系统:从材料、器件到芯片

现有的“冯·诺依曼”体系因其计算与存储分离的特点难以满足人工智能、物联网等新技术在能耗和速率方面的发展需求,而存算一体化的类脑计算方案有望突破这一瓶颈.忆阻器是一种新型微电子基础器件,其电阻可通过外界电场调节,而且忆阻器在结构与功能上接近于生物大脑中的突触和神经元,利用其构建的忆阻神经网络具有小尺寸、高速和低能耗等优良特性,有助于实现更接近生物大脑的人工智能.本文对忆阻器领域近年来的研究进展进行了全面的综述:在材料层面,根据阻变机理介绍了忆阻器的不同类型;在器件层面,结合当前忆阻器的应用背景论述了基于离子型忆阻器的性能要求及优化措施;在系统层面,讨论了离子型忆阻器作为忆阻突触、忆阻神经元的应用,并进一步概述了忆阻神经网络的网络结构、学习算法和硬件实现,最后对基于离子型忆阻器的神经形态芯片所面临的挑战和未来前景进行了总结与展望.     

科学信息

·Trends in Neurosciences《神经科学进展》Vol.14,No.10,1991年 1.一种生物学疾患的认知基础本文综合了最近有关孤独症的研究证据。这些患孤独症的病人在认识方面存在特殊的问题,这些问题的产生具有来自思维方面的障碍。 2.中枢神经系统中突触的效益在中枢神经系统中,神经元之间联系取决于突触之间的信息传递,近期的研究致力于用直接或间接的方法来考察突触前、后部位的活动。 3.视觉的神经活动模型人脑是如何来处理、分析分别来自左眼与右眼的     

聚合物囊泡及其形成机理

聚合物囊泡因其独特的结构和应用背景以及作为高分子物理和软物质物理的理想模型体系得到了人们的广泛关注.本文综述了嵌段共聚物通过自组装所形成囊泡的结构、性质及其应用,并重点介绍了囊泡形成的动力学过程及其物理机制,其目的是使人们更有效地通过物理手段调控聚合物囊泡的结构及其形成过程.     

复杂疾病的系统医学视角:内源性网络理论

随着分子生物学的发展,对表型背后复杂的分子调控机制进行系统和定量分析成为当前重要研究方向之一。内源性网络理论提供了一种可行的方法,可以通过总结已有的生物学知识构建系统核心调控网络,并利用非线性随机动力系统对网络进行定量分析。本文主要回顾了内源性网络理论的核心内容及迄今为止基于该理论框架下所取得的成果。在内源性网络理论框架下,我们可以利用功能性景观理解复杂疾病的发生发展过程,作出可验证的全新预测,进而为复杂疾病预防、诊断、治疗提供一系列潜在的思路和方案。     

Ca2+及cAMP调控的神经递质与激素释放

神经递质和激素的释放受胞内诸多信号通路的调控。这两种内源物质的释放都由依赖于Ca²⁺浓度的快速引发机制介导,相对于其他介导因素,[Ca²⁺]占主导地位。神经递质和激素释放的调控大多是通过调节释放小泡数量实现的。尽管在处于静息状态的神经末梢中,释放小泡的数量相对恒定,但当释放小泡被胞吐作用“消耗”后,其再生速度受调控作用介导而发生改变,从而导致小泡数量“稳中有变”的动态调控过程。这一动态调控作用表明了“消耗”与“再生”之间的平衡机制。     

自动机网络和交通的模拟研究

自动机网络是空间变量、时间变量和状态变量皆为离散集的动力系统，由于计算机科学的发展，自动机网络已经在基础和工程应用中的显示出它的广泛适用性和重要性，本文介绍自动机网络和元胞自动要的理论和应用，元胞自动机交通模型以及对多种交通因素进行的模拟研究。     

燃料电池汽车动力系统过程模拟

建立了包括燃料供应模块、燃料电池堆模块和水热平衡模块在内的质子交换膜燃料电池汽车动力系统数学模型. 运用Matlab/Simulink软件进行模型构建和系统仿真, 研究了主要操作条件对系统性能的影响. 通过仿真结果与实验数据的对比, 表明该模型能较为准确地反映动力系统的特性, 为燃料电池汽车动力系统的研究和设计提供理论依据.