β-淀粉样蛋白与阿尔茨海默病神经网络异常

阿尔茨海默病(Alzheimer's disease, AD)是老年人中最常见的神经退行性疾病,临床表现为进行性的认知障碍、行为紊乱及人格改变。β-淀粉样蛋白(amyloid-βprotein, Aβ)是AD发生发展的关键因素。该文主要从Aβ诱导的突触功能障碍、突触丢失、神经元兴奋性异常、不同类型神经元丢失、神经网络兴奋/抑制失衡及theta和gamma等神经节律异常几个层面综述Aβ引发神经网络功能障碍的机制,以期为临床药物研究或开发基于神经网络的AD早期诊断的生物标志物提供一定的思路。     

长时程增强效应初始阶段有突触前蛋白簇数目的快速增加

突触传递的长时程增强效应 (ＬＴＰ)和长时程抑制效应 (ＬＴＤ)反映神经元间突触传递效能的变化 ,目前认为这是学习和记忆的基础 ,而谷氨酸受体在ＬＴＰ和ＬＴＤ的诱导中起关键作用。海马是与学习和记忆功能密切相关的脑区 ,Ａｎｔｏｎｏｖａ等近来研究发现 ,体外培养的海马神经元在ＬＴＰ初始阶段有突触后谷氨酸受体 (ＧｌｕＲ1)簇数目的增加 ,而且在突触前神经元有突触前蛋白簇突触素数目以及突触素与谷氨酸受体共存位点数目的快速、持久的增加。进一步实验证明ＬＴＰ初始阶段并没有新蛋白的合成 ,突触前和突触后神经元蛋白质数目的快速增…     

注意机制在嗅球学习过程中的作用

神经生物实验表明, 气味信息在嗅球中是多通道并行处理的, 并且是可学习的, 学习结果依赖于学习时的认知环境. 对于不同类型的突触, 其突触前脉冲作用于突触后的有效时间不同. 按嗅球的生理结构, 构建了一个嗅球模型, 其中神经元间的不同类型的突触连接具有不同的脉冲有效时间. 模拟结果表明这一模型实现了嗅球中信息的多通道处理. 在此基础上, 进一步研究了认知环境对气味学习的影响, 并以不同的反馈频率来表征不同的注意状态. 为满足嗅球中多通道信息编码方式对学习律的要求, 提出了一个兼顾脉冲定时和平均发放速率的反对称的Hebb学习律. 模拟结果表明, 气味在嗅球中的敏感化和习惯化, 可能是在统一的学习律指导下的学习在不同注意状态下产生的结果.     

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     

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。     

microRNA与神经系统发育

microRNA(miRNA)介导的基因沉默是生物体内普遍存在的重要基因表达调控方式,其调控失常与很多人类疾病相关.miRNA在神经组织表达丰富.神经系统miRNA的功能研究是近年非常活跃的新领域.基于近期的研究进展,本文重点讨论了miRNA在神经轴模式化、神经元命运决定、神经细胞发生、神经元突触形成及成熟神经元突触重塑中的重要作用.     

长时程突触可塑性中的突触标识

神经元长时程突触可塑性是学习和记忆的基础,神经元长时程突触可塑性的维持依赖于基因的转录和蛋白质合成.然而,这些转录产物和新合成的蛋白质是如何从胞体运输到突触点,还不甚清楚.近年来的研究显示,当长时程突触可塑性发生时,被激活的突触能通过建立突触标记(synaptic tag)来识别、捕捉和利用其所需要的基因产物,以维持突触可塑性的长时程变化.这一过程或现象被称为突触标识(synaptic tagging).本文就近年来突触标识的研究进展作一概述.     

再可塑性在学习记忆中作用的研究进展

突触可塑性是学习记忆功能的重要细胞机制,也是神经科学领域的研究热点之一,其中长时程增强(long-term potentiation,LTP)与长时程抑制(long-term depression,LTD)是突触可塑性的两种主要表现形式。作为突触可塑性高级形式的再可塑性(metaplasticity),是指突触可塑性的可塑性,即突触活动的过往史对后继的突触可塑性产生影响,这表明突触的可塑性依赖于当前的突触"状态",因此对探究大脑学习记忆功能与疾病对认知的影响具有重要意义。自再可塑性的概念提出以来,便引起了广泛关注,大量的实验现象与细胞机制的研究成果已经使再可塑性的理论体系逐渐完善。尤其是近年来,人们发现再可塑性调节不仅可以影响突触可塑性,在个体水平上,再可塑性调节也可以提高动物的学习记忆能力,并且可以调控神经网络对特定信息的编码。这些研究成果不仅极大地丰富了再可塑性的理论体系,也为人们探究学习记忆功能开辟了新的道路。本文从以下三个方面对再可塑性调节的研究进展进行了概括与总结:(1)再可塑性的主要分子机制;(2)再可塑性对学习记忆功能的影响;(3)再可塑性领域的研究展望。     

具有竞争指针的短时记忆神经网络模型

在我们以前提出的短时记忆神经网络模型基础上［３］,我们在新模型中引入突触竞争机制,提出了一个新的短时记忆神经网络模型。模型仍由两个神经网络所组成;其一为与长时记忆共有的信息内容表达网络,另一个为指针神经元环路。由于表达区神经元与指针神经元间的突触权重的竞争,使得模型可以表现出由干扰引起的短时记忆的遗忘。相应于自由回忆序列位置效应和汉字组块两个心理学实验,对模型做了计算机仿真。仿真结果显示模型的行为与两个心理实验定量地符合得很好。由此表明现在的模型更合适于作为短时记忆的模型。     

具有节点偏置的高阶神经网络模型

在汪涛文献基础上提出了一个具有节点偏置的高阶神经网络模型、给出了模型的哈密顿量和学习算法,证明了学习算法的收敛性,该模型能对每一神经元自动引入一个节点偏置使得网络能够存储所有学习图样包括相关图样,其存储容量远高于Hebb—rule—like学习算法下的高阶神经网络模型.对由30个神经元组成的二阶神经网络进行了计算机仿真,结果证实了上述结论.此外,对初始突触强度对学习效果的影响和不同存储图样数目下的平均吸引半径进行了仿真计算并分析了所得结果.新模型的特点使其具有良好的应用前景     

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,     

动态神经元的网络模型 Ⅰ.模型和算法

从生物神经元接收和处理信息的基本实验事实出发,提出了一种新的神经网络模型。这个模型修改了大多数现有人工神经网络中关于输出函数只反映静态特性的假设,而强调了神经元发放脉冲的动态过程。模型方程分别对应于突触后电位、感受器电位、始段分级电位和轴突上的的脉冲系列,每个方程都具有明确的生理意义。还给出了计算此非线性方程组解的递推算法和程序框图。因此不仅可对本模型作进一步的理论分析,也可在计算机上仿真,并和相应的生物学实验资料进行对照比较。     

动态神经元的网络模型 Ⅰ.模型和算法

从生物神经元接收和处理信息的基本实验事实出发,提出了一种新的神经网络模型。这个模型修改了大多数现有人工神经网络中关于输出函数只反映静态特性的假设,而强调了神经元发放脉冲的动态过程。模型方程分别对应于突触后电位、感受器电位、始段分级电位和轴突上的的脉冲系列,每个方程都具有明确的生理意义。还给出了计算此非线性方程组解的递推算法和程序框图。因此不仅可对本模型作进一步的理论分析,也可在计算机上仿真,并和相应的生物学实验资料进行对照比较。     

突触可塑性调节过程中蛋白质磷酸化修饰的研究进展

突触可塑性可以导致神经元传递效率的改变,是神经系统发育、学习记忆等脑的高级功能活动中细胞功能的重要基础。蛋白质磷酸化修饰通过蛋白激酶和蛋白磷酸酶之间的动态平衡对突触可塑性和突触传递的长期调节,参与各种脑疾病(包括精神疾病和神经退行性疾病)的发生发展。本文综述了磷酸化修饰和突触可塑性的关系,重点介绍了长时程增强和长时程抑制相关的离子型谷氨酸受体磷酸化修饰研究进展,以期为神经元突触可塑性改变相关的脑疾病研究提供新的思路。     

突触的可塑性与学习,记忆机制

位于哺乳动物海马、小脑皮层的不同类型的可塑性突触,分别具有突触传递的长时程强化(LTP)或抑制(LTD)现象,它们可能是某些经典条件反射形成的基础。以LTD型突触为记忆装置的小脑局部神经网络,具有典型的适应控制能力。突触可塑性的另一类表现是突触前纤维长芽,有证据表明,伴随大脑—红核系统条件反射的建立,在红核神经元胞体附近有新的突触形成,这可能是长期记忆的基础。     

突触可塑性与阿尔茨海默病

突触可塑性是指突触在神经元持续活动影响下发生的特异性数目、结构和功能的变化,它是学习记忆形成的基础,在神经功能中发挥重要的作用。突触可塑性包括突触传递和结构可塑性,二者与阿尔茨海默病(Alzheimer's disease,AD)发病有密切关系。本文从突触可塑性相关的长时程增强(longterm potentiation,LTP)、突触相关蛋白、神经递质以及神经受体和离子在AD脑内的改变,探讨突触可塑性在AD发病机制中的可能作用,为研究AD发病机制,预防和治疗提供新思路。     

NF-κB激活的GSNOR基因转录可抑制NGF诱导的PC12分化

<正>NO广泛参与神经系统神经元细胞周期、生长分化及突触形成等过程。S-亚硝基谷胱甘肽还原酶(S-nitrosoglutathione reductase,GSNOR)作为神经元中蛋白亚硝基化的主要调控因子对学习和记忆功能有重要影响,然而其在神经元的分化及突触形成过程中的作用机制尚不清楚。前期研究显示,NO可介导神经生长因子(nerve growth factor,NGF)诱导的神经细胞系PC12的分化及大鼠初级皮层和海马神经元的分化。NO可能通过经典NO/c GMP信号通路或c GMP非依赖性途径,即S-亚硝基化发挥其对神经元的调控功能。     

神经元的突触可塑性与学习和记忆

大量研究表明,神经元的突触可塑性包括功能可塑性和结构可塑性,与学习和记忆密切相关.最近,在经过训练的动物海马区,记录到了学习诱导的长时程增强(long term potentiation,LTP),如果用激酶抑制剂阻断晚期LTP,就会使大鼠丧失训练形成的记忆.这些结果指出,LTP可能是形成记忆的分子基础.因此,进一步研究哺乳动物脑内突触可塑性的分子机制,对揭示学习和记忆的神经基础有重要意义.此外,在精神迟滞性疾病和神经退行性疾病患者脑内记录到异常的LTP,并发现神经元的树突棘数量减少,形态上产生畸变或萎缩,同时发现,产生突变的基因大多编码调节突触可塑性的信号通路蛋白,故突触可塑性研究也将促进精神和神经疾病的预防和治疗.综述了突触可塑性研究的最新进展,并展望了其发展前景.     

噪声对海马CA3区神经元电活动及突触超微结构的影响

本文用电生理学方法及电镜技术研究105dB(A)白噪声对海马CA3区神经元电活动及突触超微结构的影响。结果表明:大鼠在强噪声暴露期间(5min),其神经元放电出现减频反应(占53.3％),增频反应(占20％)和基本无反应(占26.7％)。而强噪声定时重复暴露(每天1h共50天)后,单位放电频率极显著地低于对照组,以及高频单位消失而低频单位增加;同时,突触超微结构(大鼠和豚鼠)也出现小泡不集中于突触前膜和线粒体空泡化增多等不利于突触功能的变化。表明强噪声对海马CA3区神经元的影响是明显的,且以抑制性作用更为显著。本文结合本室以往工作进行讨论,认为噪声影响学习功能可能有通过影响海马的活动而作用的机制。     

环路失稳-老年痴呆症癫痫样症状发生机制研究进展

β-淀粉样蛋白(amyloid-β,Aβ)聚集是阿尔茨海默症(Alzheimer’s disease,AD)的典型病理特征之一。虽然病理水平的Aβ对兴奋性突触功能起抑制作用,但Aβ对抑制性中间神经元的抑制作用使局部神经网络发生兴奋与抑制的不平衡,从而产生自发性癫痫样活动。AD早期对兴奋性神经元的去抑制作用很可能是针对Aβ引起的兴奋性突触功能降低的一个代偿机制。试从环路失衡的角度对AD及其癫痫症状的发病机制进行综述,并讨论通过调节神经网络的兴奋性治疗AD的新思路。