情绪模仿的神经生理机制：从镜像神经系统到神经网络

情绪模仿是指观察者对表达者传递出的非言语情绪信号进行模仿,进而表现出一致的表情与行为.以往关于情绪模仿的神经机制着重强调镜像神经系统的作用,然而随着研究成果越来越丰富,研究者们发现仅仅是镜像神经系统不足以解释情绪模仿的发生过程.梳理以往实证研究可以发现,情绪模仿是包括镜像神经系统、情绪系统、运动系统以及与社会认知相关脑区在内的脑网络共同作用的结果,该网络同时受到内分泌系统的调节.本文首先基于过往研究对情绪模仿的神经生理基础进行总结,然后介绍新近的神经网络概念模型,试图解释情绪信息从表达者传递至观察者完成模仿的神经路径,为情绪模仿的神经生理机制提供较为完整的框架,并在此基础上指出未来可能的研究方向.     

镜像神经元研究概况述评

镜像神经元是近来国外认知神经科学研究的热点,通过一系列最新的技术,人们确立了人体内存在镜像神经系统的观点。镜像神经系统在语言进化、动作识别与理解、行为模仿等方面都起着重要的作用。本文就镜像神经系统的研究做一概述。     

灵长类动作理解的镜像神经机制研究进展

灵长类动作理解(understanding of actions)的神经机制是认知神经科学研究的重要内容,它的阐明对于揭示灵长类特有的一些高级认知行为的本质和过程具有重要意义。就灵长类动物而言,个体对其同类做出动作的识别以及理解是其一切社会行为的基础,但是迄今为止我们对其动作理解的神经机制还知之甚少。随着镜像神经元成为近年来国外认知神经科学与认知人类学研究的热点,人们通过神经生理学和脑成像等技术,陆续发现和证明了其在灵长类动作理解过程中的重要作用。本文综述了近年来关于灵长类动作理解的镜像神经机制的研究成果,介绍了镜像神经元在灵长类动作理解过程中的一些新认识及其在该能力进化和发育等方面的作用,并对当前一些实验中遗留的问题与灵长类动作理解领域的未来研究方向作了反思与展望。     

灵长类镜像神经元系统起源及其争议研究进展

在灵长类镜像神经元系统的研究中,关于镜像神经元系统的产生主要存在两种观点,基因假说认为镜像神经元系统的出现基于一定的演化压力,服务于动作理解这一社会性功能;而联想学习假说则认为镜像神经元系统是感觉运动学习的产物,并不服务于动作理解。在联想学习的阵营中,联想序列学习主张一种极端的后天论立场,并通过刺激-反应范式提供大量的实证证据。但是,联想序列学习虽然能够解释大部分镜像神经元的研究,却无法否定其发生机制中的基因成分。比较镜像神经元系统在多个物种中的演化历史,探索个体早期发展对社会性信息的偏好均显示出联想序列学习存在局限,而联想序列学习提供的证据也不具有生态学效度。因此,对镜像神经元的基因基础如何影响其产生、发展与演化的探讨仍将是一个极具意义和生命力的主题。     

被子植物镜像花柱及其进化意义

镜像花柱是指花柱在花水平面上向左(左花柱型)或向右(右花柱型)偏离花中轴线,是一种花柱多态现象,可根据左、右花柱花在植株上的排列式样划分为单型镜像花柱和二型镜像花柱两类,或根据镜像花柱和雄蕊的排列方式划分为雌雄互补镜像花柱和非雌雄互补镜像花柱两类。镜像花柱现象已在被子植物11个科的部分种类中进行了报道,它在保护功能型雄蕊和雌蕊、通过自交产生繁殖保障效应以及通过减小雌雄功能间干扰、提高异交率和雄性适合度等方面具有重要的进化意义,目前已成为植物繁殖生物学领域的研究热点。本文总结分析了国际上有关镜像花柱的研究工作,重点介绍:(1)镜像花柱的类型、镜像花的形态分化及花部特征,(2)镜像花柱植物在被子植物中的分布及其遗传演化,(3)镜像花的交配式样和交配频率、传粉特点及其进化生物学意义,并对今后的研究方向进行了展望,以期为进一步研究镜像花柱植物的进化生物学特性,推动我国在该领域的发展提供科学依据。     

镜面环境下吐鲁番沙虎行为谱及PAE编码系统

基于“姿势-动作-环境（PAE）”编码系统对吐鲁番沙虎Teratoscincus roborowskii记录并构建其在独立个体环境、镜像环境及同类个体存在3种情境下的行为谱和PAE编码系统。在3种情境下共描述了吐鲁番沙虎7种姿势、50种动作、8种环境和29种行为,按照功能分为运动行为、警戒行为、冲突行为、展示行为和杂类行为5大类。研究结果显示,吐鲁番沙虎在面对镜子和同类时具有类似的反应,即引起相同的警戒行为,如翘尾、拱腰、抖尾、压头俯身和压头拱尾接近等,但对镜像的反应更强烈（频繁在镜前徘徊、长时间盯着镜子等）。实验结果中的行为谱及PAE编码系统为下一步的镜面测试实验奠定了基础,并有助于了解吐鲁番沙虎的行为功能。     

神经系统中的嘌呤信号

三磷酸腺苷(ATP)作用于嘌呤受体(P2受体),引起离子通道开放或通过第二信使调节神经细胞功能,不仅参与了特殊感觉、神经元与神经胶质细胞相互作用等生理活动,而且参与了神经损伤修复和疼痛等病理过程.神经系统中的嘌呤信号系统研究,不仅为解释神经系统生理功能及其病理过程提供了新的思路,而且为治疗神经系统损伤和疼痛等疾病开辟了新的希望.     

动作发展神经科学:未来路径与布局

儿童早期动作的发展可视为个体早期的外显智力,动作的毕生发展与个体认知发展及个性和社会性发展密切相关.认知神经学科和脑科学技术的革命性发展为研究动作领域的毕生发展的神经机制提供了基础和契机.从毕生发展的角度看,动作的产生以及动作技能的获得是婴儿阶段发育的里程碑;到了儿童青少年期,动作技能的有效性、精确性和稳定性均得到提高...     

实体、镜像及影像对ICR小鼠取食行为的影响

镜像、影像等虚拟条件可能影响动物的觅食行为和活动时间分配。利用控制性围栏实验观察了同种个体实体、镜像及影像对ICR小鼠(Mus musculus)的觅食行为和活动时间分配的影响。发现实验鼠与实体接触时间显著高于与镜像、影像的接触时间;实体存在时,实验鼠显著增加了在低竞争风险区域贮藏食物量和巢外活动时间;影像存在时,实验鼠显著减少了巢外活动时间。结果提示ICR小鼠在实体、镜像、影像条件下表现出不同的觅食策略和活动时间分配,其觅食行为具有一定的可塑性。该结果可能为进一步研究ICR小鼠的行为及饲养管理提供一定参考。     

人胚胎干细胞向神经上皮祖细胞的诱导分化

人胚胎干细胞具有自我更新和多向分化潜能,是研究早期胚胎发育和细胞替代治疗的重要细胞来源.采用一种与小鼠成纤维细胞共培养的方法进行人胚胎干细胞的神经诱导,可产生高纯度的神经上皮祖细胞,其神经上皮特异性基因的表达有一定的时空性;诱导生成的神经上皮祖细胞具有增殖潜能并可分化为神经元和星型胶质细胞,是潜在的神经干细胞.人胚胎干细胞来源的神经上皮祖细胞为研究神经发育和神经诱导提供了新材料,也为神经系统疾病的细胞替代治疗提供了新的细胞来源.     

我国学者研究推算认为许家窑人是中更新世颅容量最大的古人类

近日,国际专业期刊《人类进化杂志》在线发表了中国科学院古脊椎动物与古人类研究所吴秀杰研究员、邢松研究员和刘武研究员与国外合作者对中更新世晚期许家窑人头骨化石的最新研究成果.利用CT技术和镜像原理,研究人员首次复原出许家窑人较为完整的头盖骨,为观测许家窑人整体的形态特征提供了重要标本材料.     

神经影像与转化神经科学专栏——序言

神经系统是人体最重要的系统之一,其结构损伤或功能紊乱将导致多种精神和神经系统疾病.神经影像和神经调控技术相辅相成,对认识精神和神经系统疾病的神经病理机制并针对性地调控神经系统活动以治疗相应疾病有重要作用."神经影像与转化神经科学"专栏着眼于加强神经影像和神经调控技术的转化和应用,既介绍了弥散张量成像、脊髓成像等前沿神经...     

苦苣苔科镜像花的多样性及演化

泛热带分布的苦苣苔科(Gesneriaceae)在我国南方具有极高的物种丰富度与特有率,花部特征变化丰富,是研究物种形成与适应演化的代表类群。镜像花(mirror-image flowers)是极为特化的传粉系统,在苦苣苔科中出现了较多的不同类型,可能与苦苣苔科物种多样性形成与维持有关。该研究总结与分析了苦苣苔科镜像花的类型多样性以及系统分布与适应演化等,讨论了镜像花对苦苣苔科物种形成与维持的积极意义。结果表明:镜像花仅分布在亚洲和非洲的苦苣苔亚科(Didymocarpoideae)的7个属,在历史上就至少发生了5次独立起源。长冠苣苔属(Rhabdothamnopsis)、南洋苣苔属(Henckelia)及长蒴苣苔属(Didymocarpus)镜像花的花柱与可育雄蕊分别向左、右两侧偏转,形成互补镜像花;蛛毛苣苔属(Paraboea)、喜鹊苣苔属(Ornithoboea)、非洲堇属(Saintpaulia)镜像花缺乏与花柱对应侧偏的可育雄蕊(非互补镜像花);而海角苣苔属(Streptocarpus)直立堇兰亚属(subg.Streptocarpella Engler)则同时出现了互补、非互补镜像花。不同于其他被子植物(离瓣花、缺乏花冠筒),苦苣苔科中的镜像花大多伴随着明显的花冠筒、内藏的雄蕊、合生的花药,以非互补镜像花为主;传粉者以小型的无垫蜂(Amegilla spp.)和熊蜂(Bombus spp.)为主。这些特殊的花部综合征与特化的传粉机制,提高了传粉精确性,可能促进了传粉隔离与物种适应辐射。今后的一个研究重点应通过分子系统发育方法,进一步揭示苦苣苔亚科互补与非互补镜像花的进化顺序及其在物种分化与长距离扩散过程中的可能作用。     

胰蛋白酶镜像酶LysargiNase的开发及其在蛋白质组学研究中的应用

蛋白质组学是系统鉴定、定量蛋白质及其翻译后修饰形式,并研究这些蛋白质生物学功能的学科。目前,基于质谱的鸟枪法蛋白质组学技术是蛋白质组学研究的主要手段之一,其技术流程是先将蛋白质组样品经位点特异性蛋白酶消化形成肽组,再进行高效液相色谱分离和质谱检测。而位点特异性蛋白酶对蛋白质样品的消化是质谱检测的前提和基础。随着蛋白质组学研究的深入,多种位点特异性蛋白酶被先后开发利用;而切割发生在相应氨基酸的N端,与传统的C端蛋白酶互为镜像的蛋白酶的鉴定、开发、特性研究和广泛使用更是为蛋白质组学研究提供了新的工具。文中对最近发现的胰蛋白酶的镜像酶——赖氨酸精氨酸N端蛋白酶(LysargiNase)的特点及其应用进行综述,为国内外学者更加广泛的使用创造条件。     

神经营养因子前体蛋白功能的研究进展

神经营养因子是一组在结构与功能上具有相关性的多肽性因子,它们通过前体蛋白的切割成为具有特定功能的成熟蛋白,为不同的神经细胞亚群提供营养支持,在中枢神经系统和周围神经系统的发育分化及病理生理中起着重要的作用.以前认为神经营养因子的前体不具有生理功能,最近的研究则表明,神经营养因子前体蛋白具有不同于神经营养因子的功能.研究发现,神经营养因子前体,至少神经生长因子和脑源性神经营养因子的前体大量存在于细胞外,它们通过与p75NTR和sortilin受体组成三聚体诱导神经细胞的凋亡.这一机制可能与神经发育时调节神经细胞的比例,神经损伤后神经细胞的死亡以及某些人类疾病的发生有密切联系.此外,神经营养因子前体还可能具有其他未知的新功能,对神经营养因子前体功能的深入研究将使人们对神经系统的发生、发育及神经系统疾病的发病机制有更加深入的了解,并有助于神经系统疾病新药物、新疗法的开发与研究.     

微生物-肠-脑轴的研究进展

肠道微生物群能够调节宿主肠道稳态,同时参与调节宿主神经系统功能和行为。肠道菌群失调可能导致宿主神经系统功能障碍,从而引发神经退行性疾病。因此,研究微生物在肠?脑轴中发挥的作用及其机制,靶向调控肠道微生物菌群结构和功能,将为神经系统疾病的诊断与治疗提供新的手段。近年来,有关肠道微生物与机体神经系统间的互作研究受到了广泛关注,然而其具体的调控机制还未明晰。因此,本文综述了肠道微生物对宿主神经健康的调节作用,以及肠道微生物与宿主间的互作在调节神经功能、行为的潜力等研究进展,为更好地了解肠道微生物在调控宿主神经系统功能和行为的作用机制提供参考。     

神经退行性疾病的表观遗传学

研究发现多种疾病的发生与表观遗传学相关.有证据显示表观遗传学信号在大脑中起着重要调节作用,在哺乳动物中枢神经系统中DNA甲基化动力学被发现是表观遗传学调节的主要组成,染色质修饰药物的快速发展显示出对神经系统中范围广泛的退行性功能紊乱出人意料的治疗作用,促进了人们对神经退行性疾病的表观遗传学机制研究.其中,研究得比较多的是DNA甲基化、组蛋白修饰及染色质重塑.这些研究为神经退行性疾病的治疗提供了潜在靶点,并为开发相关药物提供了线索.对疾病表观遗传学机制及药物的作用机制的进一步研究将为疾病治疗提供更多靶点,为神经退行性疾病提供确切的有效治疗途径,具有积极意义.     

关于世纪之交神经生物学发展的思考——中国科学院院士杨雄里教授访谈录

问 :神经生物学在 2 0世纪中呈现出爆炸性的发展 ,已成为生命科学中极重要的分支 .能否请您介绍一下这门学科在过去一世纪中的发展背景和特点 ?杨 :神经生物学研究的主题是脑和神经系统 .就神经系统的研究而言 ,神经生物学并非是一门新学科 .在我 30余年前刚开始科学生涯时 ,研究者们就经常提出以下的问题 :神经系统某一部分实施何种功能 ?某种功能系由何种神经结构所实现 ?这种以结构和功能为主体的研究 ,实际上构成了神经系统研究的两个传统分支———神经解剖学和神经生理学的内涵 .但是 ,当科学家们主要仍然局限在自己的领域中工作时 ,…     

鸢尾素在神经系统生理及病理状态下的研究进展

随着研究的深入,肌肉因子纤连蛋白Ⅲ型结构域蛋白5(FNDC5)的分泌蛋白鸢尾素(Irisin)在神经系统中的作用逐渐被阐明。鸢尾素不仅在神经分化及神经内分泌等生理功能中发挥重要作用,还参与神经系统疾病的病理变化过程并具有广阔的临床应用前景。本文对鸢尾素在神经系统发育、神经系统功能、阿尔茨海默病及脑卒中等方面中的研究进展进行综述,为鸢尾素的研究提供新思路。     

家蚕非编码RNA在神经系统中的表达分析

【目的】非编码RNA(non-coding RNA,ncRNA)在家蚕Bombyx mori发育过程中具有重要调控作用。本研究旨在探索ncRNA参与家蚕神经系统发育的分子机理。【方法】采用实时荧光定量PCR技术对22个中等长度的ncRNA及3个ncRNA的邻近编码基因在家蚕幼虫神经系统中的表达水平进行检测。【结果】8个ncRNA(包括1个C/D box snoRNA,4个H/ACA box snoRNA和3个不能归类的ncRNA)在家蚕5龄幼虫神经组织和非神经组织中均有表达,且在胸腹神经中的表达量明显高于头部神经中的表达量。其中,snoRNA Bm-51,Bm-18和Bm-86在胸腹神经中的表达量分别是头部神经中的23,5和4.7倍。进一步研究发现,这3个内含子起源的ncRNA与其宿主基因在家蚕神经系统中的表达趋势一致,宿主基因在胸腹神经中的表达量也明显高于头部神经中的表达量。【结论】本研究筛选到的在家蚕不同神经部位存在差异表达的ncRNA,特别是在胸腹神经中高表达的ncRNA可能协同其邻近编码基因,参与家蚕神经发育或神经活动过程。该结果为研究ncRNA参与家蚕神经系统发育提供了分子依据,为从非编码RNA角度探索鳞翅目害虫防治提供了新的思路。