本体感觉与运动控制研究进展

本体感觉是重要的机体感觉之一,是不依赖视觉等其它感觉对身体姿势、运动状态、位置、所用力量大小等有相应的感知。在机体的运动过程中,需要通过本体感觉信息和视觉等其它感觉信息的整合来实现运动的协调,所以本体感觉是机体运动控制系统的重要组成部分。本文对本体感觉系统的基本构造、分子基础、发育途径和生理特征进行了概述,并对进一步的研究和应用前景进行了展望。     

多重视觉表征:从视网膜坐标到空间坐标

视觉系统基于映射到视网膜上的像来获取外部世界的信息,因此,视觉信息首先在视网膜坐标系中进行编码和表征。然而,大量的研究显示,眼睛的注视方向对视觉皮层神经元的活动强度具有广泛的调节作用,这一机制能够实现基于视网膜以外参考坐标的视觉加工过程。近些年的研究发现,视觉信息能在多种不同的参考坐标下进行表征,这些机制在稳定的视觉表征、多感觉模态整合与视觉运动信息转换中起到重要作用。     

揭秘大脑里的“开关”

动物对不同的感觉刺激产生不同的行为反应,这对动物生存至关重要。关于其神经机制的研究,之前的工作多集中在感觉系统信息处理方面。但视觉刺激所包含的行为意义是怎样被大脑处理的,大脑处理后又如何根据刺激的行为意义调控行为的发生尚不清楚。为了更好地解析行为选择的神经机制,中国科学院神经科学研究所杜久林组姚园园等利用斑马鱼的逃跑环路为模型,研究了不同行为意义的视觉刺激引起不同行为反应的神经机制。首先,他们发现斑马鱼仅对危险性而非非危险性视觉刺激产生逃跑行为,且这一行为控制发生在视觉信息由视觉中枢向逃跑命令神经元传递的阶段(即视觉-运动信息转换阶段)。其次,发现下丘脑多巴胺能神经元和后脑甘氨酸能抑制性神经元组成"开关"样功能模块控制这一行为选择。进而,他们发现这一"开关"样功能模块对危险性和非危险性视觉刺激的不同控制是由这些神经元的视觉反应特性实现的。这一工作揭示了神经调质系统在行为选择中的作用,增加了人们对感觉–运动信息转换控制的认识。该工作发现的神经调质系统响应感觉刺激这一功能特点可能是大脑中一种普遍存在的神经机制,即神经调质系统接受和处理感觉刺激所携带的行为意义,进而通过调节感觉-运动神经通路,帮助动物作出相应的行为选择。这一工作为课题组提出的"Bi-modal Brain Function Hypothesis"提供了进一步的实验证据。     

地下啮齿动物视觉系统的形态结构与机能进化

感觉系统的适应进化机制一直是动物行为学研究的焦点。生活在特殊环境中的动物,其感觉系统在进化过程中表现出的显著差异更是引人注目。由于适应地下黑暗生活环境,地下啮齿动物感觉系统在各个组织水平都表现出进化和退化镶嵌的形态特征,其视觉系统表现得最为突出：视觉器官退化,有关图象分析结构、由视觉诱导产生行为反应的脑区及视觉投射严重退化,有关感受光周期的“非成像” 视觉通路结构高度发达。本文综述了地下啮齿动物视觉系统的结构、功能、进化与发育等方面的研究进展,旨在阐明地下啮齿动物视觉系统的特点,有助于开展地下啮齿动物视觉系统适应进化机制的研究。     

哺乳动物大脑感觉皮层对多种感觉信息整合的研究进展

脑对多感觉信息的整合是人和高等动物获取环境中有意义信息的重要方式。长期以来科学界一直认为,脑对不同感觉刺激(包括视觉、听觉、躯体感觉等)信息的分析和加工由不同的感觉皮层介导,最终在联络皮层进行整合,形成综合性的感觉和意识,但最近的一些实验证据显示,以前被认为只负责对单一感觉刺激分析和处理的感觉皮层亦可受其他感觉刺激的影响并直接参与多感觉信息的整合作用,这些新的发现对过去传统的大脑皮层功能分区概念提出了严峻的挑战。就近些年来有关感觉皮层(主要包括听觉、视觉和躯体感觉皮层)对多感觉刺激信息整合的研究进行综述,以增加人们对大脑皮层功能的新认识,为感觉信息处理和编码及感觉信息整合的后续研究提供借鉴。     

视觉信息加工

人和动物的脑是世界上最复杂、最有效的信息加工系统。研究感觉信息的接收、传递、加工辨识和利用,是揭示脑奥妙的突破口,对研究人脑高级神经活动有重要科学意义。现已查明,几乎人脑的各个部分都与视觉反应有关。视觉是个极其复杂的多级过程,外界物理光能在眼睛视网膜内转变成神经电化学能,经过神经编码和初步加工,视觉信息被传递到脑     

自身运动感知中视觉-前庭整合的研究进展

日常生活中,机体利用自己的感官,以不同的感觉通路(视觉、听觉、味觉、嗅觉、触觉、前庭觉和本体觉等)获取环境中的信息以及自身相对于环境的信息,输入大脑进行加工处理,并作出反应。这些不同模态的感觉输入信息在大脑中存在跨模态(cross-modal,如视觉和听觉、听觉和嗅觉,甚至跨越三种或更多感觉模态信息)相互整合,从而对动物的感知、运动、学习记忆和决策等起着非常重要的作用。在过去的十几年里,多感觉整合研究领域吸引了一批学科交叉的科学研究人员,极大地推进了这一研究领域的发展。本文着重介绍自身运动感知过程中视觉和前庭信息整合机制的研究进展,分别从多感觉整合发生的脑区、神经元对多感觉信息的编码特性以及神经元活动与行为的关系三个方面进行综述,并对未来的研究方向进行展望。     

从行为学的角度看眼睛

眼睛的重要性视觉信息是人体信息来源的最重要渠道,从大脑发出的12对脑神经中,大概有一半与眼睛有关。其中的视神经专门负责传送视觉信号,另外的动眼神经、滑车神经、三叉神经、外展神经和面神经参与眼球、瞳孔     

从行为学的角度看从眼睛

眼睛的重要性视觉信息是人体信息来源的最重要渠道,从大脑发出的12对脑神经中,大概有一半与眼睛有关。其中的视神经专门负责传送视觉信号,另外的动眼神经、滑车神经、三叉神经、外展神经和面神经参与眼球、瞳孔、     

连接视觉长时记忆与视觉工作记忆的认知及其神经机制

视觉记忆系统主要由视觉长时记忆与视觉工作记忆组成,是人类信息存储的重要方式。自从Baddeley提出工作记忆的多成分模型以来,视觉工作记忆独立于长时记忆系统的观点一直占据着主导地位。然而,新的理论证据则支持两者之间具有紧密联系。基于所存储的信息具有不同表征状态的三嵌套成分模型,就把长时记忆与工作记忆纳入到一个统一的记忆系统中。一方面,视觉长时记忆能够利用其持久存储的性质来支持工作记忆的运作;另一方面,来自神经影像的证据也表明两者涉及共同的神经机制,并且整个视觉记忆系统呈现出从初级感觉皮层向前额叶皮层逐步递进的加工方式。同时,本文也为二者关系的未来研究提供展望。     

多感觉整合的研究进展

环境中的不同信息通过不同的感觉模态如视觉、听觉、躯体觉的通路传递到动物的大脑皮层,已有研究表明这些传入的相关信息之间存在跨模态的相互整合,这种多感觉整合效应对于动物的感知、学习和记忆都具有非常重要的作用。本文主要对听觉-视觉、听觉-躯体感觉多感觉整合的研究进展进行综述,分析可能的整合机制并对未来的研究方向进行展望。     

活体动物全细胞记录技术及其应用

活体动物全细胞记录技术不仅可以用于研究感觉系统对自然刺激（如视觉系统的光刺激、听觉系统的声音刺激等）反应的特性和规律,还可以较准确地记录细胞的突触电位（包括阈下反应）,实现EPSP和IPSP的相对分离,并实现活体细胞内灌流,从而进一步研究感觉信息的处理机制。本文较为详细地介绍了在活体动物上进行全细胞记录的方法,包括一些技术细节和关键仪器设备的选取原则,举例说明了该技术在视觉系统研究和体感系统研究中的应用,并讨论了这一方法在神经科学中的应用前景。     

缰核的结构和功能

缰核是脊椎动物进化上高度保守的一个大脑核团。缰核被认为是情绪相关行为控制或调节的一个关键节点,参与调节焦虑、恐惧、奖赏、抑郁、尼古丁成瘾等行为。一方面,行为选择和情感相关的神经信息主要分别通过基底神经节和边缘系统输入到缰核;同时,缰核还接受多种感觉模态信息的输入。其中,缰核的视觉输入来源于视网膜神经节细胞(retina ganglion cells,RGCs)和丘脑构成的视觉通路,参与到斑马鱼的亮偏好行为(light-preference behavior)中。另一方面,缰核主要投射到多巴胺能系统和5-羟色胺能神经调质系统。正是由于缰核既接受动物内在情绪信息的输入,又接受外界感觉信息的输入,同时支配多巴胺和5-羟色胺等重要的调质系统,其神经功能表现出多样性和复杂性。本文从缰核的结构和神经连接入手,综述了目前已知的缰核神经功能及其结构基础,并进一步探讨了未来重要的研究方向。     

人眼视觉特性与电视图象

视觉是人的重要感觉,一半以上的外界信息是靠视觉得到的,几乎大脑各部位都可以得到某种视觉反应。人们对视觉特性的深入研究,不仅深化了人类自身的认识,而且推动了电视技术的发展。本文仅就视觉特性与电视图象几个主要的关系作粗浅的说明,旨在开拓生物教学的视野,激发学生学习的兴趣。 (一)视觉情性与每秒图象帧数当一个光脉冲突然作用于视网膜时,视觉系统对光强度感觉的增长和衰减要有一个短暂     

蜜蜂复眼的视觉通路研究进展

视觉通路的研究在神经科学、 仿生应用和医学治疗上都具有十分重要的意义。西方蜜蜂Apis mellifera作为神经生物学研究的重要模式生物已被广泛地应用于视觉通路的研究。蜜蜂的视觉器官包括1对复眼和3只单眼, 复眼是形成视觉的主要感觉器官。视叶是蜜蜂传递和处理视觉信息的主要神经构造, 它包括视神经节层、 视髓质层、 视小叶和前视结节4个等级的神经纤维网。复杂的视觉信息在经过大脑的各级神经时被分离, 以许多空间隔离的并行连续的视觉通路传递和加工, 然后汇集到高级脑中枢, 部分甚至与其他感觉模态的信息相整合, 最终输出有效信息来调控蜜蜂的各种行为。本文按照信息在视叶中逐级传递的顺序对蜜蜂复眼的视觉通路研究进展进行综述。     

疼痛心理的奥秘

我们每个人都有过疼痛的体验;然而,疼痛却是一种不同于一般感觉形式(如听觉、视觉、嗅觉、味觉和触觉)的极其复杂的感觉和反应。比如,痛觉没有象声音对于听觉、光线对于视觉那样的适宜刺激。电、机械、极冷、极热及许多化学物质等,只要能够使人体组织发生损伤的能量形式都可以致痛。疼痛通常又是与不愉快的情绪和逃避行为相联系的;而不象听、视觉等,可与愉快和不     

关于侧抑制神经网络的研究

侧抑制神经网络是一种比较简单的神经网络。侧抑制(lateral inhibition)现象已在人眼及许多动物(猫、蛙、鲎等)的视觉系统中得到证实(在其它感觉系统中,如听觉、皮肤触觉等,也存在这种现象);目前,人们对这类神经网络特别是鲎的复眼中侧抑制现象的     

视觉特征绑定的神经机制

特征绑定问题(the binding problem)是物体识别的一个基本问题,也是视觉科学研究的最重要问题之一。视觉系统在加工物体信息的过程中,需要将在早期加工阶段中彼此独立编码的视觉特征整合成完整统一的物体,这一加工过程被称为视觉特征绑定。本文首先介绍了视觉特征绑定的基本概念以及绑定机制是否存在于视觉系统中的理论及实验争论。尽管大量研究发现在视觉系统中存在同时加工两种及以上特征的神经元,但这些证据并不能证明特征绑定是基于这些双选择或多选择神经元的一种完全自动化、自下而上的加工过程,错误绑定现象的存在更加证明了特征绑定涉及更复杂的编码加工过程。其次,本文回顾了关于视觉特征绑定神经机制的研究及理论争论。视觉系统对特征的绑定,尤其是主动绑定过程(例如特征错误绑定过程)不仅需要自下而上的信息输入,更加依赖于自上而下的反馈调节信息的调控。近年来,越来越多的研究开始关注神经振荡与特征绑定的关系,这些研究发现神经同步振荡可能直接决定视觉特征的绑定过程。最后,本文总结并讨论了以往研究的局限并展望了这一领域未来的研究方向。     

蟋蟀脑的解剖结构与生理机能

蟋蟀脑由前脑、中脑和后脑三部分组成。前脑由1对蕈形体、中央复合体和视叶构成;每个蕈形体由2个冠、柄及与柄相连的α叶和β叶组成,是信息联络整合部位;中央复合体由中央体和脑桥组成,主要参与感觉信息的加工过程;视叶由神经节层、外髓和内髓组成,是视觉系统的中心。中脑由主要组成成分为嗅觉纤维球的嗅叶组成,是嗅觉系统的中心。后脑向后与食道下神经节相连。     

研究表明蝗虫走路不凭“感”觉靠“视觉”

一项新研究发现，蝗虫并不是靠“感觉”走路，而是依靠“视觉”精确定位自己的每一步，这表明人类可能低估了蝗虫的视觉导向系统。此前研究表明，昆虫大多靠触角等器官凭“感觉”行走或飞行，依靠视觉引导行走对于脑部较小的昆虫来说似乎过于高级。