脑成像与脑网络

揭示脑的奥秘是人类面临的最大挑战之一。神经元是构成神经系统结构与功能的基本单位。神经元与神经元之间通过突触实现信息交互,并构成神经环路或神经网络。神经环路有局部的,也有跨脑区或长程的,甚至全脑尺度的。神经环路则是脑实现神经信息处理的基本单元。若干神经环路构成脑网络。脑网络研究已经成为脑功能与脑疾病研究领域的热点。     

Semaphorin 3——下丘脑黑皮质素回路形成关键因子

下丘脑是机体代谢与能量平衡调控的重要神经中枢。下丘脑“黑皮质素”(melanocortin)神经环路参与能量稳态调节:该环路,由下丘脑弓状核POMC神经元、AgRP神经元、室旁核MC4R阳性神经元及三者间的神经投射共同构成。     

幼年斑马鱼的视觉系统与捕食行为

神经环路的研究是揭示动物行为神经机制的关键。斑马鱼作为一种低等脊椎动物, 在神经环路的研究中有着独特优势。文章描述了斑马鱼视觉系统及其下游的神经环路, 重点讨论了它们在捕食行为中的可能作用。斑马鱼捕食行为主要依赖于视觉功能, 该过程涉及到视觉-运动通路各个层次的神经环路, 包括下游的网状脊髓命令神经元、脊髓内部的运动控制环路以及一些亟待研究的功能单元。随着在体记录和操纵神经元活动技术的成熟, 以及行为学范式的完善, 对斑马鱼捕食行为相关神经环路的研究将在未来数年内迅速发展, 同时也将推动神经科学相关研究的进步。     

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.     

老年痴呆症的突触和神经环路机制

老年痴呆症的主要临床表现为认知功能严重受损,其原因可能是皮层与海马内的突触结构或功能障碍及神经环路活动异常所致。可溶性Aβ尤其是Aβ寡聚体(而不是沉积在脑组织中的淀粉样斑块)可能首先选择性地攻击GABA能抑制性神经元,使海马或皮层内兴奋性神经元由于所受抑制减弱而过度兴奋,进而导致神经环路或网络活动异常。神经网络异常又通过一系列的代偿反应引起突触传递和突触可塑性受损。正常生理水平的tau通过不同的机制在介导Aβ的突触及神经环路毒性中扮演重要角色。     

人离体新皮层神经元的神经生物学特性

活检得到的人离体新皮层神经元的神经生物学研究表明,人新皮层神经元包括快锋电位和规则锋电位两种细胞类型,并存在局部抑制性突触环路和局部兴奋性突触环路,以兴奋性和抑制性氨基酸为重要的神经递质。另外,神经元的神经生物学特性还与胞外钙镁离子浓度有关。     

《神经科学期刊》：研究发现神经递质与神经肽受体基因特异表达

近日，《神经科学期刊》（TheJournalofNeuroscience）发表了中科院上海生命科学研究院神经所神经发育及其调控机理研究组的论文”Tlxl／3andPtflacontroltheexpressionofdistinctsetsoftransmitterandpeptidereceptorgenesinthedevelopingdorsalspinalcord”。该研究结果揭示了决定神经元命运的转录因子同时也决定了神经元中特异表达的神经递质与神经肽受体的表达。这为认识神经元的发育调控及神经环路的形成机制提供了新的视角。     

大鼠皮层神经干细胞分化为胆碱能神经元过程中骨架蛋白的表达

目的对皮层神经干细胞向胆碱能神经元定向分化及骨架蛋白(β-tubulin)进行探讨研究.方法采用细胞培养技术、免疫细胞化学方法观察皮层神经干细胞向胆碱能神经元定向分化及其过程中骨架蛋白表达变化.结果皮层神经干细胞在去除丝裂原后开始进行分化,至第7d可分化为成熟神经元,NSE、Ach E反应明显阳性,随着分化神经元的逐渐成熟,β-tublin在细胞内的分布亦发生变化,由核周集中分布变化为广泛分布于细胞质内,形成细网状,构成细胞骨架.结论皮层神经干细胞定向分化为胆碱能神经元的过程中伴随有骨架蛋白的时空变化,随神经元的成熟而构成细胞骨架.     

编者按: 脑成像与脑网络

揭示脑的奥秘是人类面临的最大挑战之一。神经元是构成神经系统结构与功能的基本单位。神经元与神经元之间通过突触实现信息交互,并构成神经环路或神经网络。神经环路有局部的,也有跨脑区或长程的,甚至全脑尺度的。神经环路则是脑实现神经信息处理的基本单元。若干神经环路构成脑网络。脑网络研究已经成为脑功能与脑疾病研究领域的热点。 在国家自然科学基金委员会和科技部“973计划”等项目的支持下,我国科学家在这一领域已经开展了卓有成效的工作。2011年第393次香山科学会议“脑网络组及其临床应用的前沿科学问题”曾对此进行过比较深入的研讨。为促进对该领域现状及发展的了解,本期汇集了2篇述评和2篇研究论文,作为脑成像与脑网络专题发表,以飨读者。 利用9.4T功能磁共振成像(fMRI)获得轻度麻醉状态下大鼠静息状态及刺激激活的数据,通过互相关分析构建节点之间的相关系数矩阵并计算相应的网络参数,赖永秀等人报道了大鼠感觉运动系统静息态脑网络的研究成果,发现感觉运动系统在静息态时的脑网络具有小世界属性。 扩散磁共振成像(dMRI)的出现为大脑结构与功能研究提供了全新的检测手段,雷皓等报道了小动物高分辨扩散磁共振成像数据分析方法,为小动物脑dMRI研究提供了统一图像模板与完善的计算方法,对于检测神经纤维微观结构的变化,以及临床诊断,将具有极其重要的意义。 神经环路功能变化的实时在体监测是研究脑网络不可或缺的手段,曾绍群等评述了基于声光偏转器的快速无惯性随机扫描双光子显微成像技术的研究进展及发展趋势,指出该技术的进一步发展将为神经活动观测提供一种全新的方法,从而极大地推动脑科学研究的发展。 针对哺乳动物全脑的神经元网络成像,龚辉等从空间分辨率、探测范围、数据配准和成像速度等方面评述了光学显微水平全脑成像方法的研究进展,并讨论所面临的挑战。他们指出,要在全脑尺度获取突起水平分辨率的结构与功能数据,光学成像方法最为成熟。华中科技大学研制的MOST系统,率先获得了一系列高分辨率的完整大脑解剖数据集,该成果将在神经元网络的构建和脑功能与疾病研究中发挥重要作用。 我们期待更多、更好的有关脑成像与脑网络的论文发表,以更广泛和深入地促进我国脑科学研究领域的学术交流。     

BDNF及其下游通路与GABA能神经元发育相关性的研究进展

脑源性神经营养因子(brain-derived neurotrophic factor, BDNF)是一种具有神经营养作用的蛋白质,广泛分布于中枢神经系统内。BDNF及其下游信号通路在γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid, GABA)能神经元存活、生长、分化、发育等方面均发挥重要的作用。GABA能神经元可以通过释放抑制性神经递质GABA调节神经元活性,进而维持神经环路的正常功能。多种疾病的发生发展都与GABA能神经元发育的异常密切相关。该文将就BDNF及其下游通路与GABA能神经元发育的相关性进行综述,希望为疾病的治疗提供新的方向。     

利用嗜神经病毒跨突触追踪神经网络研究进展

解析大脑神经网络的连接图谱是认识大脑功能的前提。发展追踪大脑神经环路结构的技术,已成为神经科学研究中的迫切需求。基于嗜神经病毒发展而来的跨突触追踪技术,是揭示大脑神经网络结构的最有效手段,也是神经科学研究中发展十分迅速的领域。不同的嗜神经病毒类型或毒株,都有其独特的分子生物学特性、跨突触标记特性、改造方式。通过使用遗传重组改造的嗜神经病毒追踪神经环路,可以获得特定区域或特定类型神经元多级输出网络、输入网络及单级输入或输出网络。主要介绍神经科学研究中常用的神经病毒及相关的辅助工具病毒特性,及嗜神经病毒介导的各种神经回路标记技术。     

下丘脑黑皮质素及中脑多巴胺系统对奖赏行为的调控

动机行为受生理需求相关神经环路的调控,包括管理摄食、能量代谢等内在动机行为的下丘脑黑皮质素(melanocortin,MC)系统和负责奖赏环路的中脑多巴胺(dopamine,DA)系统.MC系统中前阿黑皮素原(proopiomelanocortin,POMC)神经元与刺豚鼠相关蛋白(agouti-related pro...     

双孔脑片电生理实验系统及其在脑缺氧研究中的应用

脑片标本兼有在体和离体细胞培养的某些特点。与离体细胞培养相比,其神经环路较完整,可研究原有神经环路不同神经元之间的相互作用,已经证明离体脑片能重复出整体动物大多数电生理现象。与整体动物相比,离体脑片排除了血脑屏障,可在解剖显微镜直视下将电极插到特定部位,不需立体定位;改变灌流人工脑脊液或气体成分即可控制标本环境、调节或改变神经元兴奋性;有较高的机械稳定性,有利于长时间观察。由于上述优点,近年来国内外越来越多的实验室建立起脑片实验方法,用于生理、病理和药物学研究。     

神经干细胞激活的研究进展

神经干细胞是一类具有自我更新和多向分化潜能的细胞。在特定的条件下能够分化成神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞,从而参与神经发生和损伤修复。通常情况下,成体神经干细胞大多数处于静息状态。最新研究表明,在病理状况下,静息态的神经干细胞可以被激活,经增殖、迁移和分化,从而在损伤的部位进行神经元的再生和环路重建。该文主要对静息态和激活态神经干细胞的特征以及静息态神经干细胞激活的细胞和分子机制等方面进行了综述。     

神经干细胞分化过程中微管蛋白表达变化的光电镜观察

目的对神经干细胞向神经元定向分化过程中微管蛋白的表达变化进行光、电镜观察研究。方法采用细胞培养技术、免疫荧光技术以及免疫电镜技术对神经干细胞向神经元定向分化过程中微管蛋白的表达变化进行观察。结果在神经干细胞向神经元定向分化的不同时期,存在微管蛋白的表达变化,在分化初期以核周附近分布明显,随神经元的成熟散在分布于胞质中及突起内,形成细网状,构成细胞骨架,维持细胞形态。结论在神经干细胞向神经元定向分化过程中伴随有微管蛋白的表达变化,随神经元的成熟而构成细胞骨架,维持细胞形态。     

催产素减轻抑郁症状机制的研究进展

抑郁症是临床上常见的精神疾病.目前缺少治疗抑郁症的有效手段.催产素(oxytocin,OT)是一种由下丘脑室旁核和视上核神经元分泌的神经肽,参与生理和病理状态下多种复杂神经精神活动.近年来,许多临床和基础研究显示OT可通过多种机制减轻抑郁症状.本文就OT的生理作用,抑郁状态下OT分泌水平,OT对抑郁相关激素、脑区、环路和神经可塑性及OT对氧化应激反应的作用等最新研究进展做一综述,探究OT减轻抑郁症状的机制.     

神经元活动依赖工具开发应用的研究进展与展望

大脑存在数量众多而功能异质的神经元,在响应刺激输入时,特定的神经元类群集结成印迹,构成细胞和环路水平的功能编码单元.为了解析这些功能编码单元,即早基因(IEG)激活、环腺苷酸反应元件结合蛋白(CREB)表达增高及Ca~(2+)内流等细胞活化的特性被相继开发成活动依赖工具,并被大量应用于记忆印迹和事件编码神经集群的解析研究.本文对LacZ-Daun02失活系统、CREB过表达系统、四环素标签工具(TetTag)、活性类群靶向重组工具(TRAP)、活化神经集群捕获工具(CANE)、人工改造的活性启动子工具(E-SARE和RAM)以及光控钙离子依赖工具(Ca-Light和FLARE)等活动依赖工具的原理及应用进行了综述,并展望了活动依赖工具的开发前景.     

神经调节素1-ErbB4信号通路在突触形成过程中的作用

nrg1和erbb4参与神经系统发育的多个环节,包括在神经元增生、迁移和分化,神经突起的生长和轴突导向,以及突触形成和可塑性等过程中发挥重要作用.同时,nrg1和erbb4还是精神分裂症的2个主要易感基因,在精神分裂症的发病中具有重要作用.抗精神分裂症药物也可能通过作用于神经调节素1-ErbB4信号通路而起到治疗的作用.因此,该信号通路由于其在突触和神经环路发育中的重要作用而备受关注,也成为当前开发新型抗精神分裂症药物的一个重要靶点.     

神经生理学的中心问题

神经生理学的研究,在50—60年代,兴趣集中在研究单个神经元的功能和神经元之间的通讯联系上。70年代,注意力转移到研究中枢神经系统内神经网络中,不同类别神经元所构成的不同功能单位是如何活动方面。进入80年代,虽然研究局部神经网络如何组装,如何构成具有较高功能的大规模神经系统的时机已成熟,例如认识、运动控制、情绪和记忆等系统。但是,神经生理学家仍感到缺乏更加有效的技术。     

《科学》：研究发现年老后大脑神经元再生能力衰退秘密

美国辛辛那提儿童医院神经环路形成和再生实验室掌杰博士等人的研究发现年老后大脑神经元再生能力衰退秘密,该成果4月18日发表在《科学》杂志上。《科学》杂志还专门为这篇论文配发了一篇“展望”栏目文章。