苯甲醛对果蝇视觉联想记忆的阻断

采用飞行模拟系统,以视觉模式为线索、热惩罚为负强化因子,对于在不同发育时期经受苯甲醛处理过的果蝇的视觉飞行定向条件化进行了检验。苯甲醛气味分别作用于果蝇幼虫和成虫阶段,将阻断果蝇成虫建立视觉联想记忆的能力;雌性果蝇在处女期对苯甲醛气味的接触,会阻断其子代建立视觉联想记忆,这种视觉联想记忆的能力可以通过对其子代连续３代的正常饲养而逐渐得到恢复。     

斑翅果蝇和黑腹果蝇成虫飞行能力的研究

【目的】为明确斑翅果蝇Drosophila suzukii Matsumura和黑腹果蝇Drosophila melanogaster飞行能力的差异。【方法】利用昆虫飞行磨系统对斑翅果蝇和黑腹果蝇雌、雄虫各7个日龄分别进行22-24 h连续吊飞试验,并对相关飞行参数进行显著性检验。【结果】两种果蝇在1日龄时的飞行时间、飞行速度和飞行距离均最小,随着日龄的增加,飞行能力出现两个高峰。斑翅果蝇的第一个高峰出现在2日龄,黑腹果蝇的第一个高峰出现在3日龄;两种果蝇飞行能力的第二个高峰均出现在15日龄,此时雌、雄虫的累计飞行距离均最大。斑翅果蝇雌、雄虫15日龄的总飞行距离最远,而黑腹果蝇雌虫15日龄、雄虫3日龄飞行距离最远、飞行时间最长。【结论】斑翅果蝇和黑腹果蝇的飞行能力与日龄和性别均有关系,且两种果蝇雌虫的飞行能力均强于雄虫。     

茶碱改善东莨菪碱诱发的大鼠记忆障碍

用高效液相色谱测定了不同年龄ＳＤ大鼠与记忆有关脑区的腺苷和乙酰胆碱水平。结果表明,１８～２０月龄鼠的脑内腺苷含量明显高于３～６月龄鼠,而乙酰胆碱（ＡＣｈ）含量却显著低于３～６月龄鼠。经腹腔给大鼠注射东莨宕碱建立近期记忆障碍模型,同时经脑室给予茶碱后,其跳台成绩明显对照组,且脑内ＡＣｈ含量亦显著升高。提示腺苷含量的随龄增加可能是老年记忆障碍的一个重要因素,茶碱作为腺苷受体阻断剂可能通过提高脑内ＡＣｈ     

衰老性记忆障碍与脑突触体内游离[Ca~(2 )]_i的相关性

采用行为观察和生化检测相结合的方法 ,在过去工作的基础上 ,研究了 12月龄和 18月龄小鼠学习记忆能力的变化和 18月龄小鼠四个脑区 (海马、大脑皮层、四叠体和小脑 )突触体内 [Ca2 ]i 的水平 ,同时还比较了老年记忆保持良好组与记忆障碍组小鼠的脑钙水平。结果表明 ,随着年龄的增长 ,小鼠的学习记忆能力显著下降 ,上述脑区 (除大脑皮层外 )突触内 [Ca2 ]i 均明显升高 ,其中老年记忆障碍小鼠脑钙水平升高最为显著。提示 ,小鼠衰老性记忆障碍可能与其脑突触体内 [Ca2 ]i 的超载有关。     

模拟昆虫视觉-行为抉择的强化学习模型

视觉信息用于行为抉择的过程是一个极其复杂的脑信息处理过程,昆虫或动物对外界环境的学习是以价值来控制的,并可影响其行为抉择,研究这一过程对揭示人类自身脑运行机制有重要意义.文章在郭爱克研究小组果蝇实验提供的生物依据基础上,提出了一种模拟果蝇视觉-行为抉择的神经网络模型.该模型引入了价值和基于价值的强化学习算法,应用于输入视觉图像的强化学习,以此建立果蝇脑内多巴胺和蘑菇体对于抉择判断的价值体系.模拟的结果表明,该模型可以模拟果蝇视觉信息的学习和行为抉择过程,其结果与生物实验相符,同时也为机器人视觉信息控制行为抉择的应用提供了基础.     

用“增强子陷阱”技术构造并筛选果蝇UAS/GAL4系统中GAL4新品系及脑基因表达图谱数据库的开发

"增强子陷阱"技术是建立果蝇脑全基因组表达图谱及其数据库的重要方法.筛选获得新特异表达的GAL4品系,可为进一步研究果蝇脑神经在学习记忆功能提供强有力的基因工具.通过"增强子陷阱"技术来获得果蝇突变体,并与报告转基因果蝇(UAS-EGFP)杂交,用荧光显微镜观察成年果蝇脑内荧光分布,从而获得该突变体的脑基因表达图谱,在此基础上利用JavaScript来建立果蝇脑全基因组表达数据库.目前获得基因突变体果蝇2 677种,大部分在果蝇脑中有表达,其中在果蝇嗅觉学习记忆相关脑区蘑菇体表达的基因有368个,且有部分基因特异地表达在某些传导通路上.这些果蝇基因突变体库及其表达图谱为进一步研究各基因的功能及作为遗传工具来研究各脑区结构和功能提供极大方便.     

综述: 果蝇复杂脑功能研究进展

全面揭示脑的奥秘是现代科学所面临的最大挑战.通过脑研究,我们可以获得防治脑疾病、认知及心理障碍的线索和工具,找到提高人类智力和心理健康水平的途径,并发展出具备高等智能的机器人.果蝇作为研究基因-神经回路-行为关系的首选模式动物,日益得到重视.本文围绕果蝇复杂脑功能包括视觉学习记忆、欲望与动机、情感相关行为和社会行为的研究意义及前景、已知调控基因及神经回路以及未来研究方向展开综述,便于读者把握相关领域的全貌.     

果蝇复杂脑功能研究进展

全面揭示脑的奥秘是现代科学所面临的最大挑战.通过脑研究,我们可以获得防治脑疾病、认知及心理障碍的线索和工具,找到提高人类智力和心理健康水平的途径,并发展出具备高等智能的机器人.果蝇作为研究基因-神经回路-行为关系的首选模式动物,日益得到重视.本文围绕果蝇复杂脑功能包括视觉学习记忆、欲望与动机、情感相关行为和社会行为的研究意义及前景、已知调控基因及神经回路以及未来研究方向展开综述,便于读者把握相关领域的全貌.     

转人P301L突变tau基因小鼠学习记忆功能与与脑内NO的改变

目的:探究第十代转人P301L突变tau基因小鼠(F10)学习记忆障碍的机制。方法:Western blot法检测F10代小鼠人tau蛋白的表达与tau蛋白磷酸化水平的改变;Bielshowsky法银染脑片显示神经纤维缠结;旷场实验与避暗实验检测小鼠学习记忆能力的改变。比色法检测小鼠全脑乙酰胆碱水平,胆碱乙酰转移酶活性与胆碱酯酶活性变化;硝酸还原酶法检测小鼠全脑一氧化氮水平的改变。结果:转人P301L突变tau基因小鼠可表达外源人tau蛋白,3月龄小鼠大脑皮层和海马中出现tau蛋白磷酸化水平明显升高及7月龄小鼠皮层形成神经纤维缠结和出现学习记忆障碍;转人P301L突变tau基因小鼠全脑乙酰胆碱水平,胆碱酯酶活性和胆碱乙酰转移酶活性及表达均未见明显改变;但该小鼠全脑一氧化氮水平却明显下降。结论:F10代转人P301L突变tau基因小鼠仍可遗传亲本性状,7月龄小鼠同时出现学习记忆障碍与全脑一氧化氮含量明显下降的现象,提示转人P301L突变tau基因小鼠全脑一氧化氮含量下降可能涉及其学习记忆障碍机制。     

探索自然智慧本质,照亮类脑智能之路——果蝇学习记忆与抉择的神经环路机制研究

人们对智力本质和它的进化史知之尚少.智力的"演化与选择"机制是一个非常重要的科学命题.本文从跨物种和跨尺度的角度研讨了6个重要的脑认知功能神经回路:(ⅰ)果蝇的基于价值的抉择;(ⅱ)学习记忆的去抑制机制;(ⅲ)视觉和嗅觉的跨模态学习与记忆;(ⅳ)电突触参与视觉学习;(ⅴ)模式分割的去相关性机制;(ⅵ)多稳态视觉感知机制.本文还从以上脑认知功能和脑结构在物种间的相似和演进出发,强调了开展跨物种和跨越不同空间尺度的脑科学研究的重要性和必要性.     

视觉和嗅觉信号对果蝇食物搜寻行为的协同作用

为了探索视觉和嗅觉信号在昆虫食物搜寻过程中的作用, 本研究利用杨梅和橘子为引诱物, 在实验室条件下测定了嗅觉和视觉信号诱集到的黑腹果蝇Drosophila melanogaster数量, 分析了嗅觉经历对果蝇嗅觉和视觉食物搜寻的影响。发现同源性嗅觉和视觉信号存在的杨梅诱集到的果蝇数量显著大于单一的视觉信号和嗅觉信号, 但异源性嗅觉和视觉信号组合诱集到的果蝇数量和单独的嗅觉信号相似。嗅觉信号预处理不仅能够显著增加嗅觉信号诱集到的果蝇数量, 其中杨梅嗅觉信号对杨梅预处理果蝇的吸引能力与视觉和嗅觉信号存在的杨梅相似, 而且异源性嗅觉和视觉信号组合诱集到的预处理果蝇数量也不低于视觉和嗅觉信号存在的杨梅。另外杨梅嗅觉信号预处理也能够显著增强杨梅视觉信号诱集到的果蝇数量。但嗅觉预处理并不会改变同源性视觉和嗅觉信号组合诱集到的果蝇数量。本研究表明, 果蝇同时利用视觉和嗅觉信号进行食物搜寻, 因此同源性视觉和嗅觉信号在果蝇诱集过程中具有协同作用。另外果蝇具有较强的记忆和学习能力, 能够将记忆中的嗅觉信号应用于食物搜寻。本研究结果不仅有利于我们了解果蝇在自然状态下的食物搜寻机制, 而且有利于开发更有效的果蝇新型诱捕器。     

缺血/再灌注小鼠海马组织cAMP和腺苷环化酶mRNA水平的变化

目的:观测缺血/再灌注小鼠海马组织环磷酸腺苷(cAMP)和腺苷环化酶(AC)mRNA水平,探讨缺血/再灌注发病的分子生物学机制.方法:通过双侧颈总动脉线结、连续3次缺血-再灌注,制作缺血/再灌注动物模型,并设立假手术组;术后29 d、30 d分别测试学习和记忆成绩;应用放射免疫法检测小鼠海马组织cAMP水平,应用原位杂交技术检测ACmRNA水平.结果:与假手术组比较,模型组学习和记忆成绩均降低(P＜0.05),且海马组织cAMP水平也降低(P＜0.05),海马CA1区AC mRNA阳性神经元面密度明显降低(P＜0.05).结论:海马组织cAMP和AC mRNA水平降低可能参与了缺血/再灌注后学习和记忆障碍的分子生物学发病机制.     

脑室注射氨茶碱或咪唑对大鼠电针镇痛的影响

我们曾经报道,给大鼠脑室注射 cAMP,外源性地提高脑内 cAMP 水平,引起大鼠的电针镇痛效应显著减弱,并有明显的剂量效应关系。已知裂解 cAMP 的磷酸二酯酶(PDE)抑制剂茶碱能提高脑内 cAMP 含量,而 PDE 激活剂咪唑则能降低脑内 cAMP 水平。因此本文用脑室注射 PDE 抑制剂氨茶碱或 PDE 激活剂咪唑的方法以图改变中枢内源性 cAMP 的水平时对电针镇痛的影响。结果表明氨茶碱能拮抗电针镇痛,而咪唑则对电针镇痛有加强作用。这与外源性注射 cAMP 的结果一致,说明脑内 cAMP 可能是对抗电针镇痛的一个重要因素。     

果蝇在抉择过程中的行为修饰

在视觉操作条件化中, 果蝇具有惟一的行为输出——偏转扭矩, 扭矩输出参与了条件化的形成. 通过发展新的分析方法, 分析了果蝇在条件化过程中的扭矩分布模式. 果蝇扭矩分布模式的修饰过程反映了操作条件化对果蝇行为模式的影响. 先前的研究表明, 在果蝇的视觉操作条件化中, 面对矛盾的视觉线索时, 果蝇将依据不同线索的相对权重作出类似抉择的行为; 研究还表明, 果蝇脑内的蘑菇体结构在这种抉择中起重要作用. 通过对果蝇在这种类抉择行为中的扭矩输出进行“扭矩-位置分布”分析, 研究了在果蝇抉择过程中的行为模式的修饰过程. 利用这种扭矩分析方法, 得以从揭示果蝇行为模式的角度对果蝇操作式视觉联想式学习及抉择行为进行研究. 在对果蝇操作条件化中的视觉联想式学习过程、抉择过程以及行为模式修饰过程进行分析的同时, 也讨论了它们所涉及的可能不同的神经基础.     

高苯丙氨酸血症大鼠脑内单胺类递质的研究

以3d龄Sprague-Dawley大鼠腹腔注射苯丙氨酸(Phe)诱导高苯丙氨酸血症,荧光法测定大脑皮层及其突触体中去甲肾上腺素(NE)、多巴胺(DA)和5-羟色胺(5-HT)含量;Y型电迷宫法测其学习记忆能力.结果显示:高苯丙氨酸血症大鼠大脑皮层NE、DA及5-HT含量降低38.6%～67.4%,突触体中NE、DA和5-HT含量降低51.9%～70.2%,学习记忆能力明显低于对照组.结果提示,苯酮尿症智力障碍可能与大脑皮层及其突触体中某些单胺类递质含量降低相关.     

昆虫记忆的形成机制及生态适应性

介绍近十几年来利用蜜蜂Apis mellifera L.、果蝇Drosophila melanogaster Meigen和寄生蜂等昆虫对学习和记忆行为研究的成果。这些研究表明昆虫的记忆形成是多阶段的。从短时记忆向长时记忆的形成过程中,cAMP反应元件结合蛋白(cAMP response element-bindingprotein,CREB)起重要的作用;而蘑菇体是学习、记忆形成的主要位点。已有的研究还表明昆虫记忆的动态是适应于不同物种的生态学需要。这些研究为探索昆虫和其它动物记忆的形成和生态适应性提供了理论基础。     

国际权威学术期刊Science发表郭爱克院士、郭建增博士果蝇学习与记忆的最新成果

2005年7月8日,国际权威学术期刊Science发表了中科院上海生命科学研究院神经科学研究所、中科院生物物理研究所郭爱克院士和中国科学院上海生命科学研究院神经科学研究所郭建增博士研究的果蝇学习与记忆的最新成果：果蝇跨模态学习的相互作用。这是由郭爱克领导的学习与记忆实验室再度以全本土研究工作在Science上发表论文,文章向人们讲述了在一定的时间一空间条件下,果蝇在视觉和嗅觉不同模态之间的学习与记忆的协同双赢和相互传递的科学发现。全部实验和科学发现是以果蝇为模式动物,在精巧的飞行模拟器上完成的,历时三年半,实验严格证明了视／嗅双模态之间的“协同共赢”、“互利互惠”和“相互传递”都对双模态信息输入的时间一致性有严格要求的论断。     

老年和青年大鼠大脑皮质脂肪酸组成及含量的对比分析

大脑功能与脑内脂肪酸成分密切相关,分析研究老年时脑脂肪酸组成及含量有助于阐明不同类型脂肪酸在老年认知能力降低过程中的作用.采用Y型电迷宫测试老年组(22月龄)和青年组(3月龄)大鼠的学习记忆能力,表明老年组大鼠的学习记忆能力显著下降.用气相色谱的方法分析大鼠大脑皮质脂肪酸的组成及含量,显示老年组和青年组大脑皮质均含有16种脂肪酸.以C23:0为内标对各种脂肪酸进行了定量,老年组总脂肪酸含量比青年组降低约15%,各脂肪酸中含量下降的脂肪酸有长链饱和脂肪酸(C14:0、C16:0、C18:0)及多不饱和脂肪酸(C18:3、C20:4、C22:4、C22:6),含量升高的脂肪酸有单不饱和脂肪酸C20:1、C24:1.用峰面积归一法计算了各脂肪酸的相对含量,老年组相对含量下降的脂肪酸有C18:0、C20:4、C22:6,相对含量升高的有极长链饱和脂肪酸(C20:0、C24:0)及单不饱和脂肪酸(C16:1、C18:1、C20:1、C22:1、C24:1).相关性分析显示,大鼠学习能力与脑皮质C22:6、C22:4、C20:4水平呈正相关,与C20:1、C24:1水平呈负相关.上述结果为阐明不同脂肪酸在老年大脑认知功能障碍中的作用提供了实验依据。     

果蝇学习记忆行为的分子机制

分子遗传学技术的应用一方面发展了新的神经组织学方法,使果蝇脑中的细微结构得以展示;另一方面,对记忆从形成到提取过程中信息处理的研究,表明蘑菇体可能在形成长时程记忆方面起重要作用,而一对背内侧核团（dorsal paired medial cells）与蘑菇体之间的信息传递对于记忆的“提取(retrieval)”是至关重要的.行为功能检测为视觉信号整和的研究提供了新的实验依据,从而使果蝇蘑菇体的高级脑中枢功能逐渐被揭示出来.     

大蒜素对D-半乳糖致衰老小鼠学习记忆调节作用

目的 观察大蒜素对D-半乳糖(D-ga1)致小鼠衰老模型学习记忆的调节作用.方法 小鼠随机分为正常对照组、模型对照组、大蒜素低剂量组(10 mg/kg·d)、中剂量组(20 mg/kg·d)、高剂量组(40 mg/kg·d),连续给药8周后采用Y型迷宫、跳台实验检测小鼠学习记忆能力及体内丙二醛(MDA)和超氧化物歧化酶(SOD)水平. 结果 与正常对照组比较,模型对照组小鼠跳台错误次数和迷宫错误次数明显增多,体内MDA含量升高,SOD活性下降;大蒜素组小鼠跳台错误次数减少,迷宫测试潜伏期缩短,体内MDA含量下降,SOD活性升高,并呈现剂量依赖性.结论 大蒜素能改善衰老小鼠学习记忆能力,其机制可能与抗氧化作用有关.