科研快讯

Science：科学家揭秘大脑神经元网络形成的复杂机制 机体的神经元如何产生以及其如何互相连接至今都是生物学上的一个谜团。近日，来自法兰德斯大学联办生物技术研究院的科学家揭开了这一谜题，相关研究刊登于国际杂志Science上。文章揭示了大脑网络中这种高度分叉的神经元之间是如何连接的。这为理解大脑中复杂神经网络的形成及开发治疗神经性疾病提供了新希望。     

表观遗传可调节神经元的迁移

Friedrich Miescher生物医学研究所的神经生物学家首次发现了大脑发育过程中神经元细胞定向迁移的表观遗传学调控机制.他们发现机体可通过在表观遗传学层面上调控基因表达,影响神经元以及细胞外环境信号,从而调节神经元迁移的过程.这一成果进一步揭示了表观遗传学与神经生物学间的联系,并发表在《Science》杂志上.我们的大脑是由多达1 000亿个细胞通过精巧的连接构成的.虽然细胞数量庞大,但是形成的整个过程,包括神经元分裂,呈现明确的特性,迁移到神经网络中的正确节点,沿预定路径发送轴突并与特异的靶神     

《自然》:脑神经元连接同步定位首获成功

来自伦敦大学威康信托基金会神经科学学院的研究人员研发了一种新型技术,首次可以同时定位大脑中神经元之间的连接,以及功能,这对于未来研发计算机模拟大脑具有重要意义。这一研究成果公布在Nature杂志上。领导这一研究的是伦敦大学神经科学学院ThomasD.Mrsic-Flogel博士,其研究组主要兴趣在于大脑是如何编码信息,如何从一个或多个神     

赢家通吃:神经环路修剪的竞争机制

人类的大脑约由一千亿个神经元组成,它们通过位于树突棘结构上的突触相互连接,形成庞大的神经网络,主宰着人们的感觉、运动、记忆与情感。这个神经网络并不是一成不变的。发育早期,神经元之间的连接迅速建立;而在个体经由青少年期向成年期转变的过程中,多余的连接经由树突棘的修剪得到清除,神经环路得到优化,从而达到最佳的信息传递与储存效果。树突棘修剪对于大脑的正常功能至关重要,在多种发育性神经系统疾病中均发现了树突棘修剪的异常,但介导该过程的分子机制是基本未知的。中国科学院神经科学研究所于翔研究组的工作发现,发育过程中小鼠感觉皮层的树突棘修剪和被保留树突棘的成熟同时受到感觉经验的双向调控,并协同变化。通过在单个树突棘的水平精细操控细胞黏附水平和神经电活动水平,于翔实验室进一步发现这种协同的成熟/修剪变化是由相邻树突棘间对一类细胞黏附分子——cadherin/catenin复合物——的竞争所介导:竞争到更多此类复合物的树突棘变得稳定、成熟,而失败的一方则被修剪。这一"赢家通吃"的竞争模型为发育过程中神经网络的优化提供了分子机制的解释,拓展了人们对于大脑可塑性的理解,并可能代表了生物系统发育的普遍策略。鉴于树突棘修剪的异常与孤独症、精神分裂症等发育性神经系统疾病密切相关,阐明其分子机制对解析上述疾病的致病机理有重要的理论与临床意义。     

2000年诺贝尔生理学／医学奖与神经科学发展

20 0 0年 1 0月 9日 ,ＫａｒｏｌｉｎｓｋａＩｎｓｔｉｔｕｔｅｔ诺贝尔委员会决定将 2 0 0 0年诺贝尔生理学 /医学奖授予ＡｒｖｉｄＣａｒｌｓｓｏｎ ,ＰａｕｌＧｒｅｅｎｇａｒｄ和ＥｒｉｃＫａｎｄｅｌ三位科学家 ,作为对他们在“神经系统信号转导”方面至关重要发现的奖励[1] 。人大脑中有超过一千亿个神经元 ,他们通过极其复杂的神经网络彼此相连。从一个神经元发出的信息通过不同的化学神经递质传递给另一个神经元 ,这一过程发生在神经元间相接的特殊位点 ,称为“突触” ,一个神经元可以有数以千计这样的突触和其它神经元接触。三位诺…     

人工神经网络处理器

正通过计算来实现识别、理解、推理、记忆、学习、联想等一系列认知任务,是计算机科学的一个核心问题,同时也是一个公认的难题.幸运的是,自然界已经提供了一个上述问题的参考答案,那就是由大量神经元组成的系统—大脑.自然而然地,科学家通过借鉴大脑中神经元的组织方式,提出了人工神经网络这样一种计算模型,来解决各种认知任务.人工神经网络是一类模仿生物神经网络而构建的计算机算法的总称,由若干人工神经元结点(以下简称"神经元")互联而成.神经元之间通过突触两两连     

Izhikevich神经元网络的同步与联想记忆

联想记忆是人脑的一项重要功能。以Izhikevich神经元模型为节点,构建神经网络,神经元之间采用全连结的方式;以神经元群体的时空编码（spatio-temporal coding）理论研究所构建神经网络的联想记忆功能。在加入高斯白噪声的情况下,调节网络中神经元之间的连接强度的大小,当连接强度和噪声强度达到一个阈值时网络中部分神经元同步放电,实现了存储模式的联想记忆与恢复。仿真结果表明,神经元之间的连接强度在联想记忆的过程中发挥了重要的作用,噪声可以促使神经元间的同步放电,有助于神经网络实现存储模式的联想记忆与恢复。     

痒觉的中枢环路机制

痒觉是一种诱发抓挠行为的不愉快的感受。近年来,我们对痒觉信息在脊髓水平处理的分子和细胞机制已经有了较为深入的认识。然而,痒觉信息如何从脊髓传递到大脑并不清楚。我们发现,在痒觉诱发抓挠的过程中,脊髓中投射到臂旁核的神经元被激活,光遗传学抑制这条环路的活性可以减少痒觉诱发的抓挠行为。脊髓中痒觉特异的胃泌素释放肽受体阳性神经元与投射到臂旁核的脊髓投射神经元形成兴奋性突触连接。我们进一步研究了臂旁核在痒觉行为过程中的活性变化和功能。我们发现,臂旁核神经元的兴奋性与痒觉诱发的抓挠过程具有很强的相关性。整体抑制臂旁核神经元的活性或者选择性阻断兴奋性神经元的突触传递可以显著降低急性痒引起的抓挠行为,并减缓慢性痒模型的建立。我们的工作揭示了痒觉从脊髓传递到大脑的一条重要环路,并且提示臂旁核是参与痒觉信息处理的重要脑区。该研究为深入阐明痒觉信息加工的脑内环路机制提供了重要基础。     

脑内定位系统的发现及意义

位置感知和导航是大脑最基本的功能,然而多年来,科学家一直未能揭示这一功能的机制。约翰·奥·基夫和莫泽夫妇的研究成功解决了这个难题,他们分别发现了定位系统的位置细胞和网格细胞,发现了大脑如何创建周围空间的"地图",以及如何在复杂环境中定位的路径。这一成果对于研究人脑的定位系统及神经系统的相关疾病提供了理论基础,因此获得了2014年的诺贝尔生理学或医学奖。     

体内跟踪单个冲经细胞及其突触分布

近日,科学家开发了一项能够在成体水平小鼠脑区的复杂神经网络系统中特异性标记单个神经元细胞及其神经突触分布形式的技术。该项技术利用转基因方法在小鼠不同脑区的神经元细胞可控地表达不同的荧光蛋白和突触囊泡蛋白,应用不同分子标记对神经元细胞及其突触进行特异性标记,能够在单个神经元细胞水平上提供详尽的三维神经突触分布信息,     

科学家发现大脑胶质细胞新作用

我国科学家新近在神经科学研究中获得重要新发现:大脑胶质细胞具有抑制神经元活动的作用,可以防止神经元的过度兴奋。中科院上海生命科学研究院神经科学研究所的这一重要发现,已在最新一期国际神经科学领域顶级杂志《神经元》上刊出,杂志编辑部为其配发评论,对论文给予了高度评价。神经元的过度兴奋,容易引起癫痫、中风、脑缺血而导致的神经损伤。我国科学家的这一新发现,对于深入认识大脑神经网络具有重要的意义,也意味着对于深入探索癫痫、中风等疾病的发病机理有着重要价值。摘自《科学时报》2003年12月17日科学家发现大脑胶质细胞新作用…     

2014年度诺贝尔生理学或医学奖揭晓

<正>2014年10月6日,瑞典卡罗林斯卡医学院的诺贝尔生理学或医学奖评审委员会宣布,将本年度的诺贝尔生理学或医学奖授予来自美国和挪威的三位科学家,以表彰他们发现了大脑中构成定位系统的神经细胞。他们的工作共同解决了困扰科学家上百年的问题,即人是如何在复杂的环境中完成精确定位和路径导航的。     

锥体神经元的连接模式对突触后局部电位的依赖

脑皮层的功能连接模式与突触可塑性密切相关,受突触空间分布和刺激模式等多种因素的影响。尽管越来越多的证据表明突触可塑性不仅受突触后动作电位而且还受突触后局部树突电位的影响,但是目前尚不清楚神经元的功能连接模式是否和怎样依赖于突触后局部电位的。为此,本文建立了一个无需硬边界设置的、突触后局部膜电位依赖的可塑性模型。该模型具有突触强度的自平衡能力并且能够再现多种突触可塑性实验结果。基于该模型对两个锥体神经元的功能连接模式进行仿真的结果表明,当突触后局部电位都处于亚阈值时两个神经元无功能连接,如果一个神经元的突触后膜电位高于阈值电位则产生向该神经元的单向连接,当两个神经元的突触后膜电位都超过阈值电位时则产生双向连接,说明突触后局部膜电位分布是神经元功能连接模式形成的关键。研究结果加深了神经网络连接模式形成机制的理解,对学习和记忆的研究具有重要意义。     

兴奋性和抑制性活动平衡神经网络中的混沌现象

兴奋性和抑制性活动平衡神经网络中的混沌现象动物皮层脑片受到恒定电流刺激时,神经元放电较为规则,而行为动物大脑神经元呈现不规则的放电模式,这是否意味着完整大脑神经元的不规则放电是由其突触输入存在着强烈的时间波动所致？但对于单个皮层神经元而言,即使单个突...     

身体的情报收集员：视觉和嗅觉

科学家们曾经认为,大脑是在出生前发育完善的,构成其神经回路的几万亿个联接,是预先由基因决定的。但新的研究证明,在新生婴儿的大脑中,极大一部分神经元需要接受来自感觉的输入,才能形成正确的相互联接。     

脑发育疾病及发病机制

大脑发育是一个极其复杂又被精确调控的过程,主要包括神经前体细胞增殖和分化、神经元迁移和形态发生(包括轴、树突发育)、突触形成与修剪、轴突髓鞘化、神经网络的形成与重塑等过程,最终形成功能完善的神经系统。其中的任何过程出现问题都有可能导致大脑发育异常,造成大脑功能障碍,即脑发育疾病。儿童脑发育疾病在医疗总负担中占比最高,因此被广泛关注。脑发育疾病通常被划分为两类:一类以大脑形态结构异常为指标,即大脑皮层发育畸形(malformation of cortical development, MCD);另一类以大脑功能障碍为指标,即神经精神疾病(neuropsychopathy)。大脑皮层发育畸形中的小颅畸形(microcephaly)和神经精神疾病中的孤独症谱系障碍(autism spectrum disorder,ASD)这两种疾病具有许多共同之处,例如小颅畸形致病基因的突变高频地出现在ASD病人中。本文针对这两类具有代表性的脑发育疾病,从症状、病因、机制和相关基因等方面展开介绍,以期为疾病的基础研究和治疗提供理论指导。     

脑科学中的计算观及其最新发展

科学家们对大脑本质的认识,是物理的还是整体论的,是功能定位的还是不定位的,一直争论不休。脑科学的突破性进展澄清了争论中在概念上的混乱状态。文章着重讨论了这种进展的几个方面:计算观在脑科学中的确立与发展,大脑的实验与模型研究对计算概念的影响,联系主义模型以及生物神经网络的研究对理解大脑信息表达与处理机制的促进作用。     

每个人都可以成为天才？

科学家们发现,人的大脑还有很大的潜力可发掘。大脑皮质内拥有140亿个神经元,而其中有效工作的通常只有7亿左右,仅占总数的5%。如果能"开动"10%的神经元,人就会变得非常聪明;如果能用上20%的神经元,就可以称为天才了。能否将大脑尚未利用的潜能都开发出来,让一个普通人变成天才呢?     

Science:高风险阿尔兹海默氏症的年轻人或大脑存在异常

正最近,一项刊登在国际杂志Science上的研究论文中,来自德国神经退行性疾病中心的科学家们通过研究表示,有患阿尔兹海默氏症风险的年轻人的大脑或许在处理空间导航上相比正常个体存在一定差异。研究者指出,当然是否这种大脑改变是患阿尔兹海默氏症的先兆还不得而知,目前具体的研究机制还并不清楚,还需要进行大量的研究才可以得知。研究者Axmacher表示,如果大脑的差异的确可以帮助预测个体后期会患阿尔兹海默氏症,那么利用相关的研究信息或许就可以发现高风险     

人脑越用越灵

日本科学家在近期的研究中发现了学习能增加脑神经细胞的部分机理,使"大脑越用越灵"的说法有据可循。该研究结论发表在美国《神经元》杂志上。科学家在论文中称,人在记忆某些东西时产生的"西塔波"会传递到大脑海马区,刺激这一部位的神经祖细胞。因为神经祖细胞会发育成新的脑神经细胞,这种刺激最终将使脑神经细胞增殖。研究人员在实验中用