老化认知神经科学:研究现状与未来展望

人口老龄化已经成为我国乃至全球面临的一个严峻的社会问题.开展老化认知神经科学研究,从认知、脑结构和脑功能层面揭示脑老化的机制和规律,进而探索并开发出延缓认知下降的方法和工具,对保持老年脑健康及提升生活质量具有重要意义.本文从脑结构老化、脑功能老化以及脑血流量与脑老化等方面概述了认知老化的神经机制.前人从补偿和去分化角度构建了多个认知老化理论和假说,然而,这些理论和假说较少考虑到脑结构老化、静息态研究及脑血流量的研究发现.坚持规律的运动、多做一些认知参与的活动、保持健康的生活方式和饮食模式,有助于老年人保持认知功能并延缓认知与脑老化.在老化认知神经科学未来发展方向上,从认知老化理论的发展以及成人毕生发展视角,对脑老化的脑功能网络研究、脑老化与可塑性以及基因对脑老化的影响等方面进行了展望.最后,本文从建立中国成人毕生发展行为-基因-脑数据库、使用和研发新技术研究认知老化、深入探索有效的脑功能改善方法、开展农村老年人研究及临床老年群体研究等方面,对国内老化认知神经科学的发展趋势进行了展望.     

脑科学和脑功能MR成像

目的：在对大脑认知功能进行脑功能成像研究之中,随着磁共振成像技术的发展,人们现在可以对脑的认知功能,如视觉、运动、语言和记忆等功能中枢进行成像。本文首先介绍了脑科学的发展历程,并从脑功能MR成像的方法出发,分析了其成像机理,探讨了用脑功能MR成像为手段对脑科学—认知科学进行的方法研究,最后对脑功能MR成像应用于脑科学的研究作了展望。     

大脑神经联接图谱的研究进展

脑科学旨在阐明神经系统结构和功能,揭示大脑工作的神经机制.由于大脑中神经元数量庞大,神经元形态和功能种类多样,神经元之间的结构与功能联接错综复杂,使得研究脑工作原理尤具挑战.因而,在全脑尺度上绘制神经元之间的联接,即神经联接图谱,揭示大脑各脑区、核团、神经元之间的功能和结构联系,是全面理解脑工作原理的基础.近几年,多维度多模态成像、神经环路示踪与功能调控、图像处理等技术的进步,推动了神经联接图谱研究的迅速发展,使人们得以在局部脑区乃至全脑尺度上观察神经元的形态、联接与活动.本文总结近年来宏观、介观、微观脑神经联接图谱相关技术的进步和神经环路结构与功能研究的进展,对脑联接图谱研究领域面临的挑战与发展趋势加以探讨,并提出斑马鱼(Danio rerio)是目前在全脑尺度上阐释脑结构和功能神经联接图谱的理想动物模型.     

高时空分辨的脑功能光学成像研究进展

脑功能成像技术对深入分析脑的信息加工过程,揭示脑的高级功能至关重要,是目前国际研究热点,已经在神经科学研究和神经系统疾病的临床诊断方面取得了很大的进展.已有脑功能成像技术如:功能磁共振成像(fMRI)、正电子断层成像(PET)、脑电图(EEG)、脑磁图(MEG)等等,虽然已被成功用于脑功能研究,但是目前这些方法也存在着时间或空间分辨率不够的局限.比较而言,光学成像方法表现出其独特魅力.激光散斑衬比成像和内源信号光学成像由于能提供空间取样、时间分辨率及空间分辨率三者的最佳组合和不需加入外源性标记物等特点,与其他脑功能成像技术相比其优势可能更为突出.具有较高的时间和空间分辨率的这两种脑功能光学成像技术及其应用都取得了重大发展,成为研究脑皮层功能构筑和脑病理生理的有力工具.但是目前这两种成像方法也面临着一些挑战.     

人脑功能连通性研究进展

对人脑结构和功能的深入研究,已经要求脑成像技术不能仅仅局限于研究简单的脑功能定位问题,即寻找和定位与特定认知任务相关的某一块或者一组大脑皮层功能区,而必须研究分析各功能区间的动态功能连通和整合问题,即描述特定脑功能区域间的交互作用以及这些交互作用如何受认知任务的影响.已有几种非常规的脑成像技术和数据分析方法,包括时间相关性分析、心理生理交互作用(PPI)、结构方程模型(SEM)、动态因果模型(DCM)、弥散张量成像(DTI)等等,被成功用于人脑功能连通性和有效连通性的研究.脑功能连通性研究的发展,有利于深入理解人脑在系统水平上的动态运作方式,是今后认知神经科学发展的一个重要方向.     

国人汉语Stroop任务的大脑激活模式研究

目的:采用功能磁共振成像(functional MRI,fMRI)方法考察汉语Slroop任务大脑激活模式.方法:对8例正常汉族人进行了汉语Stroop色词任务实验测试,同时采用Siemens Sonata 1.5 T成像系统,采集其脑部的BOLD-fMRI数据,通过AFNI软件进行统计分析得到脑功能活动的图像,分析不同脑区的激活模式.结果:汉语Slroop任务主要激活双侧额中回、额下回、前扣带回和顶后区,双侧额上回、中央前回、基底节区和颞叶也有不同程度激活.结论:汉语Stroop任务有固定的大脑激活模式,是一种研究大脑高级认知的良好的神经心理学任务.     

基于ALFF和动态功能连接的槟榔成瘾的研究

槟榔(Betel Quid)是世界上使用最广泛的精神活性物质之一,长期嚼食会使人上瘾,给人体健康带来危害.敏感且高分辨率的神经成像技术的出现,使研究者对嚼食槟榔成瘾的神经病理学有了新的见解.本文基于静息态功能磁共振成像(rs-fMRI)数据,首次提出通过对槟榔成瘾者(BQD)和正常对照(HC)的7大脑功能网络上的低频振幅(ALFF)的幅值进行了Logistic回归以及回归系数的显著性检验来发现槟榔成瘾者存在异常的脑功能网络,该方法准确度较高且易于实现;其次,通过成组独立成分分析(Group ICA)和K-means聚类分析比较两组被试的动态功能连接的差异,由此探讨槟榔成瘾对脑功能网络和脑功能连接的影响.研究发现,槟榔成瘾者的小脑网络与正常人相比存在较为显著的差异.我们推断这可能与小脑调节躯体运动和涉及成瘾行为等生理机能有关.这一发现打破了以往人们对于小脑功能的认知,引导人们将成瘾机制与小脑网络的非运动功能结合起来进行研究,对研究槟榔成瘾这一公共健康问题以及发展针对槟榔成瘾的特异性治疗方法具有重要意义.     

针对脑内源光学信号的自适应中值滤波处理

具有高空间分辨率的脑内源性信号光学成像术是研究大脑皮层功能构筑的有力工具.针对非常微弱的内源性光学信号的提取,本文首先讨论了其噪声来源和基于生理结构原因的信号特征:然后根据由标准化处理得到的功能图像的二阶统计量分析结果,提出了自适应滤波窗口设计:使用非线性中值空域滤波,对含有不同特征的图像区域,分别采取不同的滤波窗口进...     

液压脑损伤大鼠大脑皮质突触素的动态变化

目的:探讨液压脑损伤后突触素在皮质区表达的动态变化.方法:应用液压脑损伤复制脑损伤动物模型,应用免疫组织化学和计算机图像分析技术定量分析皮质受损区突触素表达的动态变化.结果:突触素在皮质受伤区表达呈现两次高峰:分别为3～12h和15～30d,90d表达接近正常.结论:突触素在皮质受伤区第2次表达增高可能与脑的结构和功能恢复有关.急性期表达增高则可能与脑的直接损伤有关.     

颞叶癫痫脑“默认模式”的fMRI研究

功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging,fMRI)被用于检测静息时脑功能神经网络.作者运用静息fMRI检测海马硬化颞叶癫痫(temporal lobe epilepsy,TLE)脑"默认模式",采用感兴趣区域功能连接分析检测16例TLE患者和16名正常对照静息时脑的"默认模式",并进行组内和组间分析.研究发现,与正常对照相比,TLE静息时海马、颞极、额叶、颞叶、壳核及楔前叶等脑区与后扣带回的功能连接增强.研究结果表明TLE患者的固有脑功能组织模式有可能出现紊乱.这一研究将有助于从脑功能的角度了解癫痫患者某些临床症状的发病机理,为今后癫痫诊治的发展提供一定的帮助.     

Investigation of the mechanism of temperature sensitivity of the electroreceptors of ampullae of lorenzini

In experiments on Black Sea skates (Raja clavata), the potential of the receptor epithelium of the ampullae of Lorenzini and spike activity of single nerve fibers connected to them were investigated during electrical and temperature stimulation. Usually the potential within the canal was between 0 and –2 mV, and the input resistance of the ampulla 250–400 k. Heating of the region of the receptor epithelium was accompanied by a negative wave of potential, an increase in input resistance, and inhibition of spike activity. With worsening of the animal's condition the transepithelial potential became positive (up to +10 mV) but the input resistance of the ampulla during stimulation with a positive current was nonlinear in some cases: a regenerative spike of positive polarity appeared in the channel. During heating, the spike response was sometimes reversed in sign. It is suggested that fluctuations of the transepithelial potential and spike responses to temperature stimulation reflect changes in the potential difference on the basal membrane of the receptor cells, which is described by a relationship of the Nernst's or Goldman's equation type.I. P. Pavlov Institute of Physiology, Academy of Sciences of the USSR, Leningrad. I. M. Sechenov, Institute of Evolutionary Physiology and Biochemistry, Academy of Sciences of the USSR, Leningrad. Pacific Institute of Oceanology, Far Eastern Scientific Center, Academy of Sciences of the USSR, Vladivostok. Translated from Neirofiziologiya, Vol. 12, No. 1, pp. 67–74, January–February, 1980.     

Principles of organization and evolution of systems of regulation of functions

Evolution of living organisms is closely connected with evolution of structure of the system of regulations and its mechanisms. The functional ground of regulations is chemical signalization. As early as in unicellular organisms there is a set of signal mechanisms providing their life activity and orientation in space and time. Subsequent evolution of ways of chemical signalization followed the way of development of delivery pathways of chemical signal and development of mechanisms of its regulation. The mechanism of chemical regulation of the signal interaction is discussed by the example of the specialized system of transduction of signal from neuron to neuron, of effect of hormone on the epithelial cell and modulation of this effect. These mechanisms are considered as the most important ways of the fine and precise adaptation of chemical signalization underlying functioning of physiological systems and organs of the living organism