多电极阵列上神经元自发放电序列的时间编码

根据多电极阵列上培养的海马神经元不同自发放电模式,研究神经元发放序列的时间编码规律。采用锋电位间隔(ISI)时域图、锋电位间隔直方图(ISIH)、联合锋电位间隔分布图(JISI)对3种典型自发放电模式(爆发、持续单发、爆发与单发交替)进行时间编码分析.结果表明3种放电模式编码规律在ISI时域图中呈现分层结构,分别是两层,一层和近似三层;编码在ISIH中符合指数分布、正态分布、χ~2分布;在线性尺度JISI图中信号编码分别表现为"L"型、集聚型和伴随散点的"L"型,而对数尺度的JISI编码规律则按照三簇、一簇和四簇分布.可见ISI随时间变化能反映自发放电模式时间编码整体趋势;不同放电模式的ISIH编码规律可用数学分布函数描述;JISI可从时空角度体现放电模式的特定时间编码.     

FluxExplorer:一个通用的基于化学计量矩阵的代谢网络建模和分析平台

近年来基于化学计量矩阵的生物代谢网络分析在系统生物学研究领域备受关注. 为该领域的研究者开发更加方便和友好的硅上模拟平台已成为一项重要工作. 这种平台应提供图形化的操作方式, 整合强大的分析模块, 帮助生物学研究者更深入地理解代谢系统的特性和行为. 基于这种需求, 我们开发了一个免费共享的计算机模拟平台FluxExplorer. 它整合了多种基于化学计量矩阵的分析方法, 如流平衡分析 (flux balance analysis, FBA)等. 这些分析方法可对代谢网络的各种特性进行全面而深入的刻画. 在该平台上, 用户只需通过简单的图形化建模过程, 就能直观构建并分析自己的目标网络. 同时, 该平台能自动地查找模型中不符合建模规则的结点, 以便用户修改. 此外, 该平台支持系统生物学建模语言 (systems biology markup language, SBML). 利用该平台成功地构建了哺乳动物线粒体的代谢网络, 并得到了一些有生物学意义的模拟结果. 可以说, 该平台是一个分析功能强大且使用方便的代谢网络模拟工具.     

组织诊断光谱学研究

对在激光作用下，生物组织再发射光谱及其与组织光学特性多数之间的关系进行了深入研究，重点讨论了稳态情况下，总漫反射率Ｒｄ及其径向分布Ｒｄ（ρ）与组织光学特性参数的关系，研究结果表明，总漫反射率Ｒｄ与Ｎ′＝μｓ（１－ｇ）／ａ之间具有对应关系，漫反射光的径向分布Ｒ（ρ）与有效注入深度δ之间也存在对应关系。由Ｒｄ和Ｒ（ｐ）的测量结果可推知（１－ｇ）μｓ和μｓ．     

飞秒激光声光扫描

飞秒激光的声光扫描具有快速、高精度和高重复性的优点，在显微成像、微细加工和光存储等领域具有广泛的应用前景，但受到严重色散效应的制约．该文综述了飞秒激光声光扫描研究的最新进展，给出了飞秒激光经声光扫描后的时空间色散与时间色散效应基本描述，介绍了飞秒高斯脉冲经声光扫描后脉冲宽度演化的理论进展，分析了各种用于飞秒激光声光扫描的色散补偿技术的特点，最后介绍了目前面临的挑战．     

飞秒激光刺激诱导星形胶质细胞调控海马神经元同步钙振荡

大量证据表明星形胶质细胞通过钙信号积极参与脑功能. 在星形胶质细胞的功能研究中, 诱导其产生钙信号是一项关键技术. 然而, 传统的刺激方法不能同时满足非接触、无损、高时空精度的要求, 本研究小组提出的飞秒激光刺激星形胶质细胞的方法能够弥补这些不足. 在此基础上, 验证了该方法在海马神经网络水平上研究星形胶质细胞功能的应用. 混合培养的海马神经网络中, 星形胶质细胞被飞秒激光刺激后: (1) 诱导神经元同步钙振荡; (2) 即时性干预神经元自发同步钙振荡; (3) 调制神经元的高频自发同步钙振荡. 因此, 通过演示光诱导的星形胶质细胞钙信号调控海马神经元同步钙振荡, 证明飞秒激光刺激方法能够为星形胶质细胞在神经网络中的功能研究提供强有力的工具.     

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.     

高分辨数字人体三维结构数据集的构建与可视化

中国数字人研究是将人体解剖结构数字化和可视化, 建立具有组织形态、物理功能和生理功能的人体信息系统. 在获取的中国数字人体断层切削照片的基础上, 本研究对中国数字人体断层切削照片进行了预处理, 完成了中国男性数字人体生理系统主要器官和组织的分割、标识和命名; 用高性能计算集群, 对海量的分割数据进行并行快速三维结构重建, 构建了国际上分辨率最高的人体三维解剖结构数据集(体素0.1 mm × 0.1 mm × 0.2 mm); 在三维结构数据集的基础上, 开发了二维断层图像和三维结构可视化软件; 建立中国数字人体网站(www.vch.org.cn)进行数据集的共享、发布和推广. 该数据集是国家信息数据库和医学基础建设的重要组成部分.