恒河猴,懒猴和树Qu的短时空间记忆功能与前额叶背侧部进化水平的相关性

本文研究探讨了进化地位不同的三种动物的短时空间记忆功能及其与前额叶背侧部进化水平的相关性。结果表明,在延缓反应作业中,经1000次训练后,7只恒河猴对空间位置的记忆时间平均为7.7±3.2 min,懒猴为3.8±0.44 min,而树qu即使在延缓时间几乎为零秒的延缓反应中,其正确反应率也未达到90%标准。一种延缓时间仅测试一个单元,即不经训练的实验表明,恒河猴在延缓期为“0”-5 min的各测试单元中,正确反应率稳定在80%以上;懒猴在延缓时间为“0”-4 min的各测试单元中,平均正确反应率与恒河猴无明显差异,而当延缓时间增加到5 min时,在延缓反应作业中取得的成绩显著下降;树qu在延缓时间为1-5 min的作业中取得的正确反应率在70%以下。3种动物在视觉辨别学习作业中却无明显差异。形态学研究表明,灵长类大脑前额叶的面积和结构的复杂性在进化过程中逐渐增大,如恒河猴大脑前额叶的表面积占大脑半球表面积的11.5%（Brodmann,1929）,其内颗粒层发达,背侧部明显凸起,主沟区发达;懒猴的前额叶表面积占其大脑半球表面积的8.3%,背侧部凸起不显著,主沟未形成,额极内颗粒层分化明显,背侧部的内颗粒层较内侧部的发达程度差（Sanides,1967）;树qu的前额叶表面积占7.5%,额极的内颗粒层分化不明显,为非颗粒化区,此区之后为颗粒区和运动前区,颗粒区背侧部的发育程度明显较内侧部差。恒河猴前额叶损伤研究结果表明,短时空间记忆功能依赖前额叶背侧部的完整性。本研究提示,短时空间记忆功能的发达程度与大脑前额叶背侧部的进化程度有相关性。     

恒河猴、懒猴和树鼩的短时空间记忆功能与前额叶背侧部进化水平的相关性(英文)

本文研究探讨了进化地位不同的三种动物的短时空间记忆功能及其与前额叶背侧部进化水平的相关性。结果表明,在延缓反应作业中,经1000次训练后,7只恒河猴对空间位置的记忆时间平均为7.7±3.2min,懒猴为3.8±0.44min,而树鼩即使在延缓时间几乎为零秒的延缓反应中,其正确反应率也未达到90％标准。一种延缓时间仅测试一个单元,即不经训练的实验表明,恒河猴在延缓期为“0”—5min的各测试单元中,正确反应率稳定在80％以上;懒猴在延缓时间为“0”—4min的各测试单元中,平均正确反应率与恒河猴无明显差异,而当延缓时间增加到5min时,在延缓反应作业中取得的成绩显著下降;树鼩在延缓时间为1—5min的作业中取得的正确反应率在70％以下。3种动物在视觉辨别学习作业中却无明显差异。形态学研究表明,灵长类大脑前额叶的面积和结构的复杂性在进化过程中逐渐增大,如恒河猴大脑前额叶的表面积占大脑半球表面积的11.5％(Brodmann,1929),其内颗粒层发达,背侧部明显凸起,主沟区发达;懒猴的前额叶表面积占其大脑半球表面积的8.3％,背侧部凸起不显著,主沟未形成,额极内颗粒层分化明显,背侧部的内颗粒层较内侧部的发达程度差(Sanides,1967);树鼩的前额叶表面积占7.5％,额极的内颗粒层分化不明显,为非颗粒化区,此区之后为颗粒区     

前额叶下侧面切除对猕猴延缓比配防御反应的影响

1.在猕猴上建立了纯音延缓比配防御反应。这是一种难度较大的延缓反应。先建立两短纯音信号的频率分辨防御反应,在此基础上,逐渐延长两短纯音之间的间隔形成延缓比配防御反应。猕猴一般能完成9秒的延缓比配防御反应。个别动物能完成15秒。2.切除猕猴前一额叶下侧面皮层,对于纯音延缓比配防御反应有显著的影响。单独切除额洶区皮层没有影响。3.切除前额叶下侧面皮层对于增多延缓比配的纯音样品的延缓比配防御反应便没有影响。     

与作业无关的新异刺激对猕猴额叶神经元延缓期反应的作用

在猕猴执行延缓辨别作业和单纯辨别作业时,观察了与作业无关的新异刺激对额叶神经元延缓期放电的影响。在这两种作业中,延缓期在1—4s之间随机变化。此时,动物必须高度注意信号的变化,稍不注意即导致操作错误。此外,在延缓辨别作业中,动物在延缓期还要暂时记住暗示期的信号,单纯辨别作业则无此要求。在203个与作业相关的神经元中,有70个神经元在延缓期出现放电频率变化,其中见于延缓辨别作业者41个,见于单纯辨别作业者29个。实验结果表明,在这两种作业的延缓期所出现的神经元放电增多的反应,有着许多相同的特点。与课题无关的声、光、触、痛等刺激引起分心时,神经元的延缓期反应出现明显的变化,随之出现操作错误。多数神经元的反应受到抑制,但也有出现反应增强者,而且同一神经元对不同感觉模式的无关刺激可出现不同的效应,表现出不同程度的感觉模式特异性。此外,无关刺激在延缓期和在测试间歇期可产生不同甚至相反的效应。上述在延缓期出现反应的神经元主要位于额叶弓状沟上支内侧部的一定范围内。本文对实验结果进行了讨论,认为额叶神经元的延缓期反应,可能在很大程度上与注意有关。额叶神经元感觉模式各种程度的特异性可能是注意的通道选择性的神经基础。额叶的背内侧部,包括前额叶后部和运动前区前部     

猕猴执行痛、热延缓辨别作业时额叶神经元及肌电活动的观察

为研究额叶神经元对躯体痛、热刺激出现反应的机能意义,设计了痛、热延缓辨别作业对猕猴进行实验。痛和热仅在暗示期给予,要求动物对此不立即作出行为反应。而是暂时记住这个信号,等到行动期再作出反应。待作业正确率连续三天达90%以上,记录额叶神经元和两侧上肢肌肉的电活动.以观察神经元活动与信号刺激以及肌肉活动之间的关系。在记录的142个作业相关神经元中,与痛、热刺激相关者87个(66.4%)。其中22个仅对痛刺激、18个仅对热刺激起反应,47个对痛、热刺激都起反应(其中4个反应方向相反)。此外,有21个对痛、热、视都出现反应。其余仅对视觉刺激起反应。这些神经元主要位于额叶弓状沟上支内侧,包括前额叶和运动前区皮层。在两侧上肢12块肌肉中,除操作侧指总伸肌、尺侧腕屈肌和桡侧腕屈肌在压放杠杆时,可记录到短暂的肌电活动外,在作业的其它时期和其它肌肉均未记录到规律的肌电活动。这表明痛热刺激在暗示期引起的神经元反应与行为动作的发动没有直接关系,从而支持关于额叶皮层这一区域的神经元在对刺激物信号意义的辨别机制中,可能起着重要作用的假说。     

去甲肾上腺素对猕猴额叶延缓辨别作业相关神经元活动的效应

为了研究去甲肾上腺素在大脑认知功能中的作用,在3只猕猴进行延缓辨别作业的同时,在额叶弓状沟上支内侧部的皮层区,记录了230个作业相关神经元的电活动。对其中159个神经元观察了微量电泳去甲肾上腺素、妥拉苏林或心得安的效应。这些神经元在作业各期的分布是:开始期11个,暗示期28个,延缓期66个,反应期54个。约2/3的神经元在作业中出现兴奋反应(放电增多),1/3为抑制反应(放电减少)。在延缓期出现抑制反应的神经元,绝大多数对去甲肾上腺素敏感。在电泳去甲肾上腺素时,神经元的自发放电减少,延缓期的抑制加深。电泳妥拉苏林或心得安则出现相反的效应,即自发放电增多,延缓期的抑制减弱或不出现抑制,并可拮抗电泳去甲肾上腺素的抑制效应。实验结果提示,在额叶弓状沟上支内侧皮层神经元的注意、短时记忆等认知功能中,可能有去甲肾上腺素参与作用,主要参与神经活动的抑制过程。     

α2肾上腺素受体与前额叶皮层认知功能

灵长类动物上的一系列研究表明,去甲肾上腺素通过作用于前额叶皮层突触后α２Ａ受体增强前额叶皮层的认知功能,如注意力调节,工作记忆及反应抑制等。这些基础性的研究结果有助于开发新的药物治疗方法,用于治疗前额叶皮层认知功能障碍（如注意力缺损多动症）。     

β-淀粉样蛋白注入大鼠NBM引起的胆碱能传递变化及记忆损伤

在以β-淀粉样蛋白(β-amyloid protein,β-AP)注入基底巨细胞核(nucleus basalis magnocellularis, NBM)造成记忆功能缺损的大鼠上,用脑内微透析采样结合高效液相分析技术研究了其额叶皮层胆碱能传递的变化.记忆能力的测试采用了一次性被动回避平台测试和食物性交互延缓任务.结果表明,将β-AP_1~40注入NBM引起的记忆功能损伤,主要表现为短时工作记忆能力的减退.在向NBM内注入β-AP_1~40 1周后,自由活动大鼠额叶皮层的乙酰胆碱(ACh)释放明显减少,额叶皮层的胆碱能末梢对高钾溶液的反应也减弱.正常大鼠在行为测试过程中额叶皮层的ACh释放可增加约57%,而NBM内注入β-AP_1~40的大鼠只增加34％.当NBM内注入β-AP_1~40大鼠被放到全新环境中,其额叶皮层的胆碱释放的瞬时增加明显减少.上述实验结果表明,将β-AP_1~40注入NBM内损伤了额叶皮层胆碱能传递功能,而这种胆碱能传递功能的损伤很可能是造成短时工作记忆能力减退的原因.     

猕猴前额叶皮层神经元在视觉延缓分辨活动中的放电活动

在已学会颜色延缓分辨的3只猕猴上,用钨丝微电极记录前额叶背外侧部皮层神经元的放电活动,着重分析神经元放电活动与颜色延缓分辨活动的各个时期之间的相互关系。延缓分辨任务开始时,同时把红色光和绿色光分别投射在测试板上的两个显示窗上,约持续1.2s(暗示期)。颜色光熄灭后2—4s(此为延缓期),各自位于每一显示窗下的两个反应键同时向猴方推出。自此,反应期开始,动物应马上有选择地作出按键反应。如果动物作出正确选择按红色光下的反应键,则给少量桔子汁作奖励。共记录了155个前额皮层单位。其中40个单位的放电频率在动物完成视觉延缓分辨作业过程中没有明显变化,另外115个单位与该任务的某些时期有关。大多数单位(n=99)在反应键推出时,或者在按反应键的前后有放电频率变化。这99个单位中,15个在暗示期和反应期内放电活动有变化(CR 型单位),13个在延缓期和反应期内放电活动有变化(DR 型单位),42个只在反应期内或反应期后放电频率出现变化(R 型单位),其余29个单位则在分辨任务的各个时期都显示出放电活动变化(CDR 型单位)。上述这些单位中,有少数单位在动物作出正确反应时的放电型式与动物作出错误反应时的放电型式有明显不同。此外,即使动物对任务测试不作出按键反应时,也观察到16个单位的放电活动在任     

吗啡与安定对清醒猕猴前额叶皮层神经元自发放电活动的影响

本实验采用慢性微电极技术,对清醒猕猴前额叶皮层神经元自发放电活动进行了观察。并结合动物行为观察了吗啡与安定对该脑区电活动的影响。在14只对伤害性刺激有反应的神经元中,观察了9只神经元对静脉注射吗啡的效应,其中8只被激活;对伤害性有反应的7只神经元,注射安定后,仅有2只神经元的活动受到抑制,其它无变化。看来吗啡与安定对前额叶皮层的活动在一定的影响。     

重度OSAS患者前额叶皮质及岛叶1H-MR波谱研究

目的:利用氢质子MRS(1H-MRS)探讨重度阻塞性呼吸睡眠暂停综合症(Severe obstructive sleep apnea syndrome,S-OSAS)患者前额叶皮质及岛叶脑代谢产物特征。方法:选择18例S-OSAS患者(S-OSAS组)和15名健康志愿者(HC组)行左侧前额叶皮质及岛叶1H-MRS检查,测量两组左侧前额叶皮质区及岛叶N-乙酰天冬氨酸/肌酸(NAA/Cr)、胆碱/肌酸(Cho/Cr)值。对患S-OSAS累计时间与前额叶皮质及岛叶NAA/Cr作直线相关分析。结果:与正常对照组相比,S-OSAS患者左侧前额叶皮质、岛叶NAA/Cr比值降低,分别为1.43±0.47、1.34±0.06,对照组分别为1.51±0.65、1.45±0.07;S-OSAS组患者左侧前额叶皮质、岛叶Cho/Cr分别为0.90±0.08、1.19±0.13,对照组分别为0.87±0.07、1.09±0.02,两组差异有统计学意义。前额叶皮质及岛叶代谢物NAA/Cr与患S-OSAS累计时间成负相关性(r值分别为-0.965、-0.955,P<0.01)。结论:1H-MRS显示S-OSAS患者前额叶皮质及岛叶病理生理变化,从该区代谢物的改变反应出S-OSAS患者执行及情感功能的异常,其NAA/Cr改变程度与患S-OSAS累计时间相关。     

睡眠剥夺对脑电活动相位相干性的影响研究

将小波变换和相位相干分析应用到事件相关电位实验的脑电信号中。在正常状态和一夜睡眠剥夺状态下提取12名受试者的视觉ERP,进行30～60Hz的小波变换,以此计算前额叶区域的导联内相位相干,以及枕叶和前额叶之间的相位相干性。发现睡眠剥夺引起前额叶的导联内相位相干活动减少和延迟,表明大脑维持完成任务的能力下降;枕叶与前额叶之间的gamma波段相位相干活动减少,表明功能区域之间的电活动传递效应减弱。基于小波变换的相位相干分析可以得到脑电的同步活动,为更好地理解睡眠的机制和评价睡眠剥夺对认知的影响提供了一条思路。     

睡眠剥夺影响恐惧记忆巩固的认知神经机制:静息态低频波动振幅分析

恐惧是人类的基本情绪,在人类生存和适应中发挥着重要的作用.先前的研究表明,睡眠剥夺会对恐惧记忆巩固过程产生影响,然而睡眠剥夺影响恐惧记忆巩固的认知神经机制并不清楚.为此,本研究采用了功能性磁共振技术探究睡眠剥夺影响恐惧记忆巩固的认知神经基础.行为结果发现,相对于控制组,睡眠剥夺组在恐惧习得过程中有更大的主观恐惧和皮肤电反应;脑成像结果发现,恐惧记忆巩固中,睡眠剥夺组增强了杏仁核的活动,减弱了腹内侧前额叶的活动;进一步的相关分析表明,睡眠剥夺组杏仁核活动变化程度与个体恐惧习得效果呈现显著的正相关,而控制组腹内侧前额叶活动变化程度与个体恐惧习得效果呈现显著的正相关.这些结果表明,睡眠剥夺可能削弱了恐惧记忆巩固过程中腹内侧前额叶对杏仁核自上而下的调节能力.     

猕猴额叶神经元视辨别机能可塑性的研究

我们曾经提出,额叶神经元的反应,主要不是取决于刺激物的物理属性,而是与信号意义有密切的关系。为了验证这一看法,设计了两套作业,即视延缓辨别作业(作业Ⅰ)和视辨别反应作业(作业Ⅰ),对4只成年猕猴进行实验。两套作业都由1—4期组成,在第2期都有伪随机出现的红绿灯光信号,在第3期都要求动物密切注意随后的灯光信号变化。但是,作业Ⅰ要求动物对第2期出现的红绿灯光进行辨别,作业Ⅰ则要求对第4期的红绿灯光进行辨别。待动物学会作业,正确率达90％以上,在动物进行作业的同时引导额叶神经元放电。共记录作业相关神经元163个。其中作业Ⅰ98个,作业Ⅱ 65个。在作业Ⅰ中,神经元的反应多数出现在第2、3期,占该作业反应总数的70％。而在作业Ⅱ中,反应多数出现在第3、4期,也占该作业反应总数的70％。其次,作业Ⅰ第2期的神经元反应绝大多数对红、绿灯光有明显的特异性,而作业Ⅱ第2期的则没有,只有第4期的反应才有明显的特异性。本实验结果进一步支持了我们的上述看法,并且表明,额叶神经元对信号的反应主要是在学习中逐渐形成的,有很大的可塑性。     

海马-前额叶神经回路与工作记忆

学习和记忆是神经科学研究的热点。已证实大脑中的海马、前额叶和海马&#8722;前额叶回路均参与工作记忆功能。本文对海马&#8722;前额叶回路的解剖和生理特性以及海马、前额叶和海马&#8722;前额叶回路在工作记忆中的作用的研究进展做一概述。     

慢性间断性低氧大鼠认知功能和脑胆碱能神经元的进行性变化

目的：探讨慢性间断性低氧（CIH）大鼠认知功能的进行性变化及其与脑胆碱能神经元变化的关系。方法：成年雄性SD大鼠40只,随机均分为对照组、慢性间断性低氧1,3,5周组。应用Morris水迷宫检测认知功能的变化;利用HE染色在光镜下计数前额叶皮层和海马坏死神经元数;利用免疫组化方法检测前额叶皮层和海马胆碱乙酰转移酶（ChAT）阳性表达。结果：CIH各组大鼠学习记忆能力呈进行性下降趋势;与对照组比较,CIH5w组出现明显学习记忆功能障碍（P〈0.05）。CIH各组前额叶皮层和海马变性坏死神经元数增多,且随低氧时间延长,上述改变呈慢性进行性加重趋势。CIH各组前额叶皮层和海马ChAT阳性表达逐渐下降;与对照组比较,CIH3w组和CIH5w组前额叶皮层和海马ChAT阳性表达明显减少,差异具有显著性（P〈0.05）。结论：慢性间断性低氧大鼠认知功能进行性下降与前额叶皮层和海马神经元病理性损伤、ChAT表达进行性减少有关。     

大脑前额叶是怎样处理空间信息的

我们的大脑可能使用多个参考系来处理空间信息,比如使用"自我为中心的参考系"和"以大环境为参考系"来处理空间信息。灵长类大脑前额叶位于大脑皮层额叶的前端,尽管对前额叶在脑高级功能中的作用谁都不会怀疑,但很多具体的细节还是不甚清楚,比如背侧大脑前额叶在处理工作记忆信息时,是否处理所有的空间工作记忆信息?该文首先回顾对前额叶的研究情况,然后讨论背侧前额叶在处理自我为中心的空间信息中的作用,最后指出背侧前额叶仅对自我为中心的空间信息处理负责,而与大环境为中心的空间信息处理无关。     

本刊编委FraserA．W．Wilson博士简介

Fraser A.W.Wilson博士1983年毕业于牛津大学实验心理学系,后到耶鲁大学医学院,从师于著名的神经科学学家Goldman-Rakic研究员,长期从事非人灵长类前额叶功能的研究。1996年到美国Arizona大学心理学系就职。其间,发表了很多实验论文。其中,1993年以第一作者在Science发表有关前额叶功能的论文,该文至今仍是前额叶研究的经典文献。1997年,与其他研究人员合作,再次在Science上发表另一篇有关前额叶的研究论文。他的主要发现是:背侧前额叶主要涉及到“以头为中心”的空间坐标系。在猕猴前额叶研究中作出了突出贡献。2005年1月,Wilson博士从…     

猴前额叶皮层内注射α_2肾上腺素能拮抗剂损害延缓GO／NO－GO任务操作

训练两只猕猴进行延缓ＧＯ／ＮＯ－ＧＯ任务操作。猴坐在定制的猴椅中，正前方４０ｃｍ处放着计算机显示器。显示器下方装有一压板。猴按压板０．５ｓ后，显示器屏幕右下角或左下角出现一白色方块信号（１．５ｃｍ×１．５ｃｍ），持续０．５ｓ。这一信号为暗示信号。暗示信号消失后，延缓０．０－４．０ｓ，然后在显示器屏幕的下方正中处出现一红色方块信号（１．５ｃｍ×１．５ｃｍ）。这一信号为反应信号。如果暗示信号出现在右边，则要求猴在０．８ｓ内放开一直按着的压板（ＧＯ反应）；如果暗示信号出现在左边，则要求猴继续按住压板１．２ｓ（ＮＯ－ＧＯ反应）。正确操作后，猴得到一滴水的奖励。在这一行为任务中，延缓期内的短时工作记忆是“非空间表象”（ｎｏｎ－ｓｐａｔｉａｌｌｙｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏａｌ）短时工作记忆。前额叶皮层背外侧部（Ｗａｌｋｅｔ４６区、９区）内注射α２受体拮抗剂ｙｏｈｉｍｂｉｎｅ（１０μｇ／２μｌ）使猴的任务操作正确率下降。延缓期越长，下降的幅度越大。注射Ｙｏｈｉｍｂｉｎｅ后，猴的操作错误率升高主要表现在“交叉”反应率升高，即应该作ＧＯ反应时作ＮＯ－ＧＯ反应，反之亦然。注射α１受体桔抗剂Ｐｒａｚｏｓｉｎ（１０μｇ／２μｌ）或     

条件性运动学习的神经基础

人和动物形成多样的、快速可变的刺激－反应联合关系的过程被称为条件性运动学习。条件性运动学习使得人和动物具有很强的适应优势。损毁或行为电生理研究表明：运动前区背外侧部、基底神经节以及前额叶皮层腹侧部在条件性运动学习中起至关重要的作用;海马在条件性运动学习中也起着一定的作用;而杏仁核等一些结构在条件性运动学习中不起作用。