鸟类的发声器官及其调控机制

鸟类是具有复杂声行为的动物,其拥有特殊的发声器官--鸣管.尽管鸣禽与非鸣禽的发声特性和发声器官解剖学差异较大,但是两者发声运动控制模式相似.文章综述了近年来鸟类鸣声研究的新进展,重点比较了鸣禽和非鸣禽发声器官的结构功能特点和发声特性调控的异同.作为一种动物模型,鸟类发声系统能为人类语言学习等研究提供借鉴.     

跨通道学习及其认知神经机制

跨通道学习是指涉及从多个通道获取信息,对这些多通道的信息进行整合并加以利用的学习.多通道信息整合是跨通道学习的重要基础.尽管跨通道学习条件更接近人类学习的真实环境,但是目前多数研究依然采用单通道刺激,跨通道学习相关研究的结果还显得有些凌乱、不够系统.为了较好地概括跨通道学习的特点和机制,本文首先介绍了多通道信息整合的产生与影响因素,以及初级皮层具有通道非特异性的实验和理论研究,之后,系统梳理了跨通道学习的意识性、表征类型和迁移效应的相关研究,整理了采用神经元记录、ERP和f MRI等技术探讨跨通道学习神经机制的研究进展.最后,我们对目前跨通道学习的研究成果进行了总结,并对这些研究成果的潜在应用以及这一领域未来的研究方向进行了展望.     

时间结构信息在人类知觉中的作用及其脑机制

外界信息包含了丰富的时间结构,提取这些时间结构信息对于人类适应动态变化的环境具有重要的意义。然而,纵观认知科学领域,目前尚缺乏对这一问题的系统探讨。本文总结了时间结构信息的类型及特性,综述了视觉和听觉过程中,不同类型的时间结构信息广泛参与并调节认知活动的行为证据,及产生这些现象的神经基础。据此,本文提出对时间结构信息的提取和利用是人类认知的基本特点。来自不同通道、源于不同规律的时间结构信息不但可以通过调制神经振荡及诱发预期编码等机制在大脑中得到表达,还可以在此基础上有效调节知觉、注意甚至无意识信息加工等过程。同时,不同的时间结构信息也可能通过各自特异性的加工机制对认知产生影响。上述观点为理解大脑如何利用多样性的时间结构信息优化动态信息处理提供了理论基础,也激发研究者对这些现象背后的脑机制展开更加深入的探索。     

在阿尔茨海默病转基因线虫模型中铜离子以浓度依赖的方式影响贝塔淀粉样多肽的毒性

贝塔淀粉样多肽和铜在阿尔茨海默病的病理发生中发挥了重要作用.从分子水平和行为水平相结合来研究贝塔淀粉样多肽和铜的毒性作用的报道较少见.本研究运用一种阿尔茨海默病的动物模型-贝塔淀粉样多肽转基因线虫(CL2006)来研究贝塔淀粉样多肽和铜的相互作用及其毒性.结果表明,线虫CL2006暴露于10-3mol/L铜离子的条件下...     

综述: 知觉相关的神经振荡-外界节律同步化现象

具有特定频率的节律性刺激能同步大脑内相应频率的神经振荡,使神经活动与外界刺激发生相位锁定,称之为神经振荡-外界节律同步化(neural entrainment).这种同步化的现象伴随着大脑内神经元集群兴奋水平的周期性波动,并与节律信息加工、知觉及注意等认知过程存在关联.得益于其非侵入、易操作以及能有效调控神经活动的特性,神经振荡-外界节律同步化成为了研究神经振荡与知觉和认知功能关系的有力手段,也为认知障碍诊断及干预提供了新的思路和方法.     

综述: 渐近优先性及其机制

对渐近信号的优先加工被称为渐近优先性,该效应普遍存在于人类和动物的视觉、听觉和跨感觉通道中.人类神经影像学研究发现负责加工渐近信号的脑区涉及一个大规模相互协作和沟通的分布式神经网络,包括颞上沟、颞顶叶连接处以及一些运动区.对多种动物的细胞水平研究也发现了对渐近信号选择性敏感的神经元和神经通路.威胁论、注意捕获理论和自动加工理论从不同角度解释了渐近优先性产生的原因.未来研究可进一步考察刺激的社会、情绪等属性对渐近优先性的影响,探索多通道渐近渐远信息的整合和注意分配机制.     

综述: Hippo通路在神经发育和神经系统疾病中的功能

Hippo通路是一个调控组织器官大小、细胞增殖、分化和凋亡的高度保守的信号通路.我们研究了氧化压力条件下Hippo通路在神经细胞中的作用,并发现哺乳动物STE20样的丝-苏氨酸蛋白激酶(MST1)可参与氧化应激诱导的神经细胞凋亡,其上游受非受体酪氨酸激酶c-Abl的调控.近期,我们研究发现MST1参与脑缺血引起的神经炎症,还发现Yes相关蛋白1(YAP)参与神经干细胞的自我更新.本文将介绍Hippo通路在中枢神经系统疾病和神经发育中的作用和机制研究的相关进展.     

出声阅读中语音通达的双通路模型

双通路模型理论认为语音的通达存在两条通路,即词典通路和非词典通路。该理论不仅可以解释大量正常人的阅读现象,比如频率效应、规则性效应等,而且得到了许多来自失语症病人资料的支持,比如表层失语、语音性失语等。双通路模型成功地实现了计算化,目前研究者们已经开始从脑加工机制方面对双通路模型进行检验。该文系统论述了双通路模型理论的发展过程及目前发展状况和趋势。     

甲醛导致细胞周期异常的浓度选择性

一定浓度的甲醛可以引起蛋白质的异常修饰、功能丧失、细胞死亡。虽然甲醛的细胞毒性已见报道,但甲醛影响神经细胞周期及其分子机制等尚不明确．本文采用不同浓度甲醛与神经母细胞瘤细胞系SH-SY5Y共孵育,观察到甲醛对细胞周期的影响取决于甲醛的浓度．当甲醛浓度([FA])≤0.1 mmol/L(细胞培养48 h),细胞周期与对照相比,无显著性差异．当甲醛浓度增加(0.1 mmol/L <[FA]≤0.2 mmol/L),S期和G2/M期细胞比例显著增加;当[FA] = 0.3 mmol/L时,细胞增殖被显著抑制,大量细胞滞留在S期(46.28%),G2/M期细胞仅占16.05%．将细胞同步到G2/M期,用0.1～0.3 mmol/L甲醛孵育,尽管G2/M期细胞都有一定程度的减少,但S期细胞显著增加;将细胞同步化到S期,与0.1 mmol/L甲醛孵育,则G2/M期细胞有一定程度的减少;与0.3 mmol/L甲醛孵育,表现为G2/M细胞显著减少,S期细胞极度增加．在相同条件下,Sprague-Dawley (SD)大鼠原代皮层神经元,也表现出G2/M期细胞比例随甲醛浓度升高而降低,S期细胞比例随之增加的现象．当0.1 mmol/L≤[FA]≤0.2 mmol/L时,细胞出现明显的早期或晚期凋亡;当[FA]≥0.3 mmol/L时,DNA损伤明显,细胞出现凋亡和部分坏死．以上结果提示,低浓度甲醛(0.1 mmol/L≤[FA]≤0.2 mmol/L)主要通过引起DNA超甲基化而抑制S期DNA的合成,高浓度甲醛([FA]≥0.3 mmol/L)则造成DNA的损伤,从而影响细胞周期的进程．     

编者按:老年性痴呆研究的窗口前移

中国已经进入不可逆转的老龄化社会,老年性痴呆(Alzheimer's disease,AD)已经成为影响我国人口健康和生活质量、阻碍经济持续发展的公共健康问题．认知功能损伤是老年性痴呆的主要表现,其发病原因不明、病理机制不清、早期诊断困难、治疗效果差．然而,既往关于AD的研究多集中在痴呆阶段,这一阶段神经元已经大量死亡,针对此阶段所开发的药物往往效果不佳,难以逆转病程. 国内外学术界逐渐认识到,AD的发生是一个连续的病理生理过程, 经历了轻度认知障碍前期(preMCI)或称前临床期(preclinical AD)、轻度认知障碍期(MCI)以及痴呆期(AD)[1]．如图1所示,将基础和临床研究的窗口前移,早期干预,就有可能实现延缓或阻止老年性痴呆的发展进程． 在此,本刊邀请了我国AD领域的部分专家学者撰写论文20篇(包括1篇“要文聚集”),汇集成为《阿尔茨海默病研究专刊》．专刊作者从各自从事的研究工作角度,讨论和阐释了AD早期发生发展机制、早期诊断和早期干预等问题,如基因变异[1]、RNA剪接[2]、BACE1调控机制[3]、星形胶质细胞与β -淀粉样蛋白(Aβ)[4]、中性内肽酶与AD[5]、细胞 自噬与AD[6]、靶向(Aβ)的药物研发[7]、脑老化与AD[8]、羰基应激与老化学说[9]、金属离子代谢与氧化应激[10]、内质网应激与白质变性[11]、Tau蛋白的异常磷酸化[12]及其影响因素[13]、雌激素与线粒体代谢[14]、2型糖尿病与AD[15]、生物节律[16]、神经损伤心理学[17]、神经影像学[18]、中药治疗AD的特点[19]. 二十世纪八九十年代,AD的研究在我国陆续开展起来．北京医科大学李格、沈渔等(1988年)采用MMSE对北京市(西城区)1090名60岁及以上老年人群进行了痴呆的筛选[20]．张明园、瞿光亚等(1989年)对上海市(静安区)1941名老年人进行了痴呆和AD发病率的调研[21]．盛树力、张振馨、王鲁宁、王荫华等倡导并进行了AD的基础、临床以及流行病学研究．与此同时,一些国内学者和留学归国学者开始从事AD的研究．肖世福、昂青秋等在轻度认知功能损害神经心理测验以及脑磁共振显像三维测量等方面开展了工作[22-23]．宋守君等观察了甲状腺激素水平与老年轻度认知障碍之间的相关 性[24]．李曙光(1995年)对30例55～95岁门诊和社区老年人进行7年的追踪,观察了轻度认知障碍与老年痴呆的关系,强调“如果能早期筛选出MCI患者,进行预防性干预,将可能提高患者的生存质量”[25]．唐牟尼、邱昌建等(2000～2001年)对成都地区55 岁及以上人群轻微认知功能损害患病率进行了调研[26]．贾建平等系统开展了痴呆和认知障碍疾病的临床和基础研究,他强调MCI与老年性痴呆关系研究的重要性[27],主持制定了中国首部痴呆行业标准——《中国痴呆与认知障碍诊治指南》(2010年),在痴呆和认知障碍疾病遗传机制和人群遗传风险研究中做了大量工作[28-30],其创新性成果促进了国内临床痴呆研究相关领域的发展． β-淀粉样蛋白的形成、聚积及其相关药物研发是国内AD研究最活跃的领域之一．厦门大学许华曦、张云武等在βAPP与PS1蛋白的正常生物学功能及其基因突变引发老年性痴呆的机理研究方面获得了重要进展[31-32]．国家纳米科学中心王琛、杨延莲等利用扫描探针显微技术实现了对β淀粉样多肽等的实空间、高分辨结构分析,并确定了其发卡型结构的折叠位点,在单分子水平上研究了淀粉样多肽与染料等标记分子相互作用模式的识别[33-35].在此基础上,研究了小分子对淀粉样多肽的聚集调控,从而有效降低淀粉样多肽的细胞毒性．此项研究从分子水平上揭示了多肽的组装机制及其调控机理,为与淀粉样蛋白聚集有关的疾病的预防、药物设计和治疗提供了潜在的途径[36-38]．崔德华等验证了镁微量元素稳态失衡影响脑内Aβ代谢,发现中药提取物XG 抗氧化下调 NF-κB 炎症信号通路,进而可以保护神经细胞[39-40]．孙秀莲等在AD相关的基因及蛋白质水平的调控方面,如钙调磷酸酶调节因子1的蛋白降解机制,以及双底物特异性酪氨酸激酶1A的转录调控机制方面,获得了一些新的发现[41-42]．印大中等根据脂褐素及老年色素形成的共性生化机制,提出了生物体衰老过程的生物物理及生物化学学说——即所谓广义衰老学说,把应激、疲劳、亚健康、衰老和AD等老年退行性疾病从亚分子水平有机地结合起来[43-44]．清华大学李艳梅等发现,铜离子等金属离子含量升高会导致一些疾病相关蛋白(如amylin)产生错误折叠,其中形成的小尺寸聚集体是其毒性的关键,而不是通常认为的氧化压力[45-46]．赵保路等证明了“铁、铜等金属离子缺乏与AD早期发病关系密切”而“铁、铜等金属离子过载可能主要与AD后期损伤关系密切”,提出天然抗氧化剂可以调节铁、铜等金属离子代谢失衡,可能在预防AD的发生和延缓AD进程中起作用[47-48]．龙建纲等发现,在女性AD患者脑中雌激素受体β水平显著降低,线粒体功能受损,在雌激素受体β缺失的模型小鼠脑内也证实了线粒体功能障碍这一现象,他们的工作为阐释女性AD患者脑内线粒体功能失调提供了新的研究线索[49]．李林等长期从事AD防治新药的研究,自行研制的中药新药能够作用在AD复杂发病机制的多靶点和多途径,尤其在神经保护、神经营养与再生作用方面具有明显的特点．他们研制的一种用于治疗MCI和轻中度AD的新药,已完成3期临床试验[50-51]． Tau蛋白异常磷酸化也是我国AD研究的热点领域．王建枝等研究了GSK-3β和PP2A在Tau蛋白过度磷酸化中的作用和调节机制[52-53],原创性地提出 “Tau蛋白过度磷酸化在神经元逃逸凋亡和发生退行性变中起双重作用”学说[54],对诠释AD发生与发展的机制以及探索临床干预新方法都具有重要的意义．吴瑛等利用自主建立的tau基因(MAPT)外显子10可变剪接的报告基因检测方法[55]和鉴定可变剪接调控因子的生物化学方法,发现了一系列在调节tau基因可变剪接中起重要作用的RNA结合蛋白,包括SR蛋白家族剪接因子如Tra2, SRp54[56-57],含有RNA识别结构域的RNA结合蛋白如RBM4和PSF[58],以及与非编码RNA结合的RNA解螺旋酶DDX5[59]．在这些调控因子中,有可能存在治疗AD的潜在药物靶点．中国科学院生物物理研究所在AD病因研究方面也取得了进展,即随着人群的老龄化,机体的内源甲醛有逐渐升高的趋势[60-61],异常升高的甲醛导致Tau蛋白异常磷酸化、蛋白质聚积,从而造成中枢神经系统和认知功能的慢性损伤[62-63]．北京朝阳医院岳云等发现老年患者术后认知功能障碍(post-operative cognitive dysfunction,POCD)的发生与内源甲醛在手术后的持续性升高相关,该成果为研究POCD发生机制提供了新的线索[64]． 在行为和心理学神经机制研究方面,周江宁、刘雅静等发现,松果体素昼夜节律紊乱是阿尔茨海 默病患者的早期事件,并与其早期病理改变密切相关[65-66],他们系统研究了生物节律与AD之间的可能关系,为AD的早期诊断和干预提供了新的策略与方法．李娟等在MCI认知干预方面开展了元分析研究,共纳入17项研究,包括MCI患者345人,正常控制组337人．发现“认知干预对MCI患者的综合认知能力的客观评定和主观报告,以及情节记忆和执行功能均有促进作用,并且这些促进在后期追踪中仍有不同程度的保持”[67]．贾建平等发现了中国人AD家系早老素1基因新的V97L突变位点,基于该突变位点成功建立了具有Tau蛋白异常磷酸化表现型的转基因小鼠模型[68]．胡新天、马原野等在非人灵长类动物模型建立方面做出了有特色的工作,AD非人灵长类模型的建立将推动我国在相关方面基础理论和干预方法的研究． 贺永、蒋田仔、张志珺、李坤成等采用多模态神经影像技术研究了AD/MCI脑区的结构和功能连接的变化模式,这些工作为探索AD早期脑内的神经环路改变提供了方法[69-73]．黄绍宽等开展了定量瞳孔光反射在临床上筛选老年性痴呆病人,该方法不失为一种简单易行的方法,值得进一步研究[74]．童志前等发现尿甲醛浓度与AD住院病人认知功能损伤程度呈正相关,配合认知量表等,尿甲醛的测定可能成为进行大样本筛选老年认知功能损伤的方法之一[75]． 中国科学院上海神经科学研究所同行在神经可塑性与神经发育的机理研究方面工作优异,成果显著[76-81]．他们的工作为我国从事AD相关领域的同行提供了理论基础和方法的参考．上海交通大学医学院陈生弟等在AD发病机制及流行病学等研究方面也获得了有意义的成果[82]．美国纽约基础研究院龚成新、刘飞与南通大学医学院合作,在国内开展了有关糖基化及相关激酶机制的研究[83-84]．海外华人学者申勇、宋伟宏、章京等在促进国内AD研究事业方面也做出了一定的成绩．我国同行在老年性痴呆 的流行病学、病因、病理、干预等方面都开展了工作[85-90],特别是2012年科技部国家重点基础研究发展规划(973计划)设立了“老年性痴呆症的发病机制及诊疗的基础研究”项目,该项目的实施将吸引越来越多的人投身于AD的研究,我国AD领域的研究将取得更加引人瞩目的成果．由于本专刊篇幅有限,我们未能提及更多国内同行在国内开展的工作,在此表示歉意．