回声定位蝙蝠听觉系统的特化

为适应回声定位这一特殊功能,蝙蝠听觉系统的结构出现了一些明显的的特化现象,这种特化从外周听觉器官特别是耳蜗基底膜开始,贯穿了整个听觉系统。     

蝙蝠与超声波、回声定位(1)

回声定位是高度演化、极为复杂的过程,使蝙蝠可利用大多数动物不能利用的生态位——漆黑的洞穴和黑夜的天空。对蝙蝠的回声定位研究已有近80年的历史,科学家已经从生物声学层面基本了解和认识了蝙蝠回声定位的特征、机制、生物学意义等,关于分子和神经生物学方面的机制也得到深入研究。重点介绍蝙蝠回声定位的研究历史,以及蝙蝠的超声波和回声定位在生物学和声学层面的基础知识。     

五种蝙蝠形态与回声定位叫声的性别差异

为研究角菊头蝠(Rhinolophus cornutus)、三叶蹄蝠(Aselliscus uheeleri)、大蹄蝠(Hipposideros armiger)、大鼠耳蝠(Myotis myotis)和大足鼠耳蝠(M．riketti)的形态和回声定位叫声的性别差异性,明确同种蝙蝠雌雄个体对食物、栖息地等资源利用的细微差异,我们利用超声波探测仪、Batsound分析软件及SPSS11．0统计软件对5种95只蝙蝠进行了录音、声波分析和统计分析。5种蝙蝠形态性别差异性不显著,角菊头蝠、三叶蹄蝠、大蹄蝠和大足鼠耳蝠叫声频率性别差异性显著,大鼠耳蝠叫声频率性别差异性不显著。角菊头蝠雌性叫声的基频、分音、主频率高于雄性,声脉冲时间、间隔时间大于雄性,调频(FM)带宽小于雄性;三叶蹄蝠、大蹄蝠叫声的基频、主频率雄性高于雌性,调频带宽雌性小于雄性;大足鼠耳蝠叫声的主频率雄性高于雌性,FM带宽雌性大于雄性[动物学报49(6)：742～747,2003]。     

蝙蝠回声定位与捕食对策的研究

蝙蝠的回声定位可以在相当程度上反映出其捕食对策以及栖息环境的特点,回声定位在强度、持续时间及频率等方面的变化模式显示出这类声学信号的多样性,而这种多样性与蝙蝠的捕食对策相关。这方面的研究在国际上历经几十年不衰,然而,在我国,蝙蝠回声定位的研究基本上是空白?..     

人工神经网络在蝙蝠回声定位叫声识别方面的应用

近年来,人工神经网络被不断应用于野生动物的声学研究中,本文概括地介绍了人工神经网络的概念以及这项新技术的研究方法,并且重点介绍了它在蝙蝠回声定位叫声识别方面的应用。     

恒频-调频蝙蝠特化的听觉系统对回声定位的适应

在漫长的生物演化过程中,蝙蝠演化出了能飞行和高度适应生存环境的生物声纳系统和行为.蝙蝠属于哺乳动物纲的翼手目(Chiroptera),是唯一能真正飞行的哺乳动物,其种类超过1000种,位列哺乳类动物的第二大目.根据其体型大小和形态特征将其分成大蝙蝠亚目(Megachiroptera)和小蝙蝠亚目(Microchiroptera).对蝙蝠的研究具有重要的科学意义和实际应用价值,如在听感觉方面与人类共享听觉的某些基本原理,研究结果有助于认识人类听觉.它们发出的回声定位信号规整,便于模拟后用于研究听觉系统对声信号加工的机制,尤其是在听中枢对复杂声信号处理方面,认识其细胞和分子机制才刚开始,它们是极好的模型动物.另外,在仿生学方面也具有极其重要的价值,回声定位蝙蝠的生物声纳系统具有极高的时间和空间分辨率,是极具诱惑力的研究课题.有关恒频-调频蝙蝠听觉结构和功能的研究,已有相当的时日,获得了不少新的认识,窥探到敏锐的听觉与回声定位行为之间的某些适应性的机制,本文对这方面的研究进展做了简要介绍和评述.     

蝙蝠回声定位声波的可塑性及其生态适应

蝙蝠通过调节回声定位声波特征来满足自身的感官需求,表现出回声定位声波的可塑性及其对生态环境与需求的适应。声波频率、强度、脉冲持续时间和间隔时间等特征与蝙蝠所处的生态位密切相关,声波可塑性在蝙蝠进化过程中起着至关重要的作用。本文结合马铁菊头蝠(Rhinolophus ferrumequinum)和大趾鼠耳蝠(Myotis macrodactylus)回声定位声波可塑性的研究,从回声定位声波的方向性、目标距离、环境复杂度和应对干扰4个方面总结了蝙蝠如何通过改变回声定位声波特征来满足自身在导航和捕捉猎物过程中的感官需求与生态适应,并阐述了回声定位声波可塑性的研究现状,为开展蝙蝠声学和行为学研究提供参考。     

环境噪声对蝙蝠回声定位叫声及飞行活动的影响

环境噪声影响动物的活动及其叫声特性,已成为动物面对的一种重要选择压力。为应对噪声的干扰,多数动物类群会远离噪声区域和改变其叫声的频谱时间结构,如延长叫声持续时间、提高叫声频率等,但有些动物的活动和叫声频谱时间结构并不受环境噪声的影响。本研究在自然条件下,研究不同环境噪声强度对蝙蝠活动和回声定位声波的影响。选取噪声强度有差异的12个样点,分别录制各样点大卫鼠耳蝠、西南鼠耳蝠、亚洲长翼蝠及未知蝙蝠的回声定位声波,分析其持续时间、起始频率、峰频、终止频率和带宽,统计蝙蝠通过次数。回归分析结果显示：环境噪声强度与大卫鼠耳蝠、西南鼠耳蝠、亚洲长翼蝠及未知蝙蝠的活动无显著相关性P > 0.05）,与回声定位声波的脉冲持续时间、起始频率、峰频、终止频率及带宽均不显著相关（P > 0.05）。暗示低频低强度（< 20 kHz, < 67.5 dB）的环境噪声可能对高频回声定位蝙蝠的叫声及活动没有显著影响。     

回声定位蝙蝠耳蜗毛细胞静纤毛的长度特征

描电子显微镜下观察爪哇大足鼠耳蝠(Myotis adversus)、白腹管鼻蝠(Murina leucogaster)、山蝠(Nyctalus plancyi)和马铁菊头蝠(Rhinolophus ferrumequinum)耳蜗毛细胞静纤毛, 测量其长度, 并与五种非回声定位哺乳动物耳蜗静纤毛长度进行比较. 研究发现: 回声定位蝙蝠耳蜗外毛细胞静纤毛较非回声定位哺乳动物相应位置的短; 回声定位蝙蝠耳蜗内毛细胞静纤毛长于其外毛细胞静纤毛, 而非回声定位哺乳动物内毛细胞静纤毛长度并无此规律. 我们认为, 回声定位蝙蝠耳蜗听毛细胞静纤毛长度的特点可能是对高频声波和回声定位适应的结果.     

同一山洞中五种蝙蝠的回声定位比较及生态位的分化

对同一山洞中5种蝙蝠的回声定位叫声和外部形态作了比较分析,根据蝙蝠回声定位叫声,形态特征与捕食策略之间的联系,并结合部分的野外观察研究,推断其捕食生境及捕食策略,并对洞中5种共栖蝙蝠的生态位分化进行了分析;研究结果如下：（1）南蝠（Ia io)在地面或树冠中间的开阔空间捕食个体较大的昆虫;（2）大鼠耳蝠（Myotis myotis)主要以掠食性方式（gleaning) 捕食森林或草地地表面的昆虫;（3）黄大蹄幅（Hipposideros pratti)主要在树冠周围或树冠上方进行捕蝇器式（Fly-catching)（即倒挂于一固定枝条或地点,探索周围飞行或接近的昆虫,探索到后捕捉回原倒挂地点再进食）或飞行捕食,它主要捕食个体较大的甲虫;（4）角菊头蝠（Rhinolophus cornutus)主要在较密集树木中（枝叶间）,农田及树木周围捕食型较小的翼拍动昆虫;（5）三叶蹄幅（Aselliscus wheeleri)是在树木,灌丛或在其周围空间内捕食较小的翼拍动昆虫,但其食性可能菊头蝠不同,根据以上研究结果,认为这5种蝙蝠的取食生态位存在着明显的分化。     

综述: 补体系统及其糖基化

补体系统是固有免疫系统的重要组成部分,同时也是连接固有免疫和适应性免疫系统的重要桥梁．补体系统由30多种蛋白质组成,且其中绝大多数都经过糖基化修饰．近年来对补体系统的研究,不断揭示出补体系统在抗击病原微生物入侵和维持有机体生理稳态过程中发挥着重要作用．然而补体系统需要严格的调控,不论是激活不足、抑或是过度激活都可能引起疾病的发生．本文概述了近年来对于补体系统的激活、调控和功能研究的最新进展,并首次从糖生物学角度对补体系统蛋白质组分的糖链结构及糖链对相应蛋白质功能的影响进行了综述和小结．     

综述: 知觉相关的神经振荡-外界节律同步化现象

具有特定频率的节律性刺激能同步大脑内相应频率的神经振荡,使神经活动与外界刺激发生相位锁定,称之为神经振荡-外界节律同步化(neural entrainment).这种同步化的现象伴随着大脑内神经元集群兴奋水平的周期性波动,并与节律信息加工、知觉及注意等认知过程存在关联.得益于其非侵入、易操作以及能有效调控神经活动的特性,神经振荡-外界节律同步化成为了研究神经振荡与知觉和认知功能关系的有力手段,也为认知障碍诊断及干预提供了新的思路和方法.     

综述与专论: 基于核酸适配体传感器的即时检测（POCT）技术

即时检测（point-of-care testing，POCT）是一种检测成本低、检测速度快、准确度高、能自我采样获得临床诊断结果的新型诊断技术。该技术在临床诊断、病情监控与疫情防控等领域发挥了重要作用。核酸适配体是一种能够特异性识别多种靶标的分子探针，具有易合成、批间差异小、易实现信号放大等突出优势，是生物医学传感器中重要的分子识别元件。本文概述了核酸适配体探针的现有筛选方法和进展，总结了核酸适配体POCT传感器信号放大策略，着重介绍了各类核酸适配体传感器在POCT领域的应用现状，并对核酸适配体POCT传感器的发展前景进行了展望。     

综述: 非人灵长类的光遗传学研究进展

光遗传学是近十年来神经科学领域最受关注的一种神经调控技术.本文首先简要介绍了光遗传技术的工作原理,归纳了该技术在神经调控上的优势,并列出了一些可能的应用方向.随后指出,将光遗传技术与非人灵长类结合是推动该技术转化到临床治疗等领域的必要环节.本文系统回顾了光遗传技术在非人灵长类动物上取得的研究进展,并重点介绍了Dai等的工作.在总结这些工作的基础上,还分析了光遗传技术应用到灵长类研究所面临的一些挑战.最后,本文对筹划中的"中国脑计划"提出一些关于光遗传技术,尤其是在非人灵长类的立项建议.     

综述: 表观遗传之染色质重塑

真核细胞中的染色质重塑因子种类繁多,多数以蛋白多聚体的形式存在于细胞中．不同的染色质重塑因子在特定时间定位于特定的核小体上,通过改变染色质结构,影响基因转录活性,进而确保细胞内各种生物学过程的正确运行．另外,染色质重塑因子根据所含功能结构域的不同,大致分为SWI/SNF、ISWI、CHD和INO80四大家族,不同的染色质重塑因子之间既有蛋白质结构和酶活性的相似性,各自又有其特异性．本综述的宗旨在于全面概括和总结染色质重塑因子的分类、结构特点以及其在细胞内的生物学功能,为深入研究染色质重塑因子的生物学功能,尤其是在发育和疾病发生中的作用机制提供理论基础．     

综述: 渐近优先性及其机制

对渐近信号的优先加工被称为渐近优先性,该效应普遍存在于人类和动物的视觉、听觉和跨感觉通道中.人类神经影像学研究发现负责加工渐近信号的脑区涉及一个大规模相互协作和沟通的分布式神经网络,包括颞上沟、颞顶叶连接处以及一些运动区.对多种动物的细胞水平研究也发现了对渐近信号选择性敏感的神经元和神经通路.威胁论、注意捕获理论和自动加工理论从不同角度解释了渐近优先性产生的原因.未来研究可进一步考察刺激的社会、情绪等属性对渐近优先性的影响,探索多通道渐近渐远信息的整合和注意分配机制.     

综述: 大脑新皮层和神经发育疾病

哺乳动物进化过程中,大脑皮层逐渐增大增厚和脑容量增大,从而构成了脑神经环路复杂性的细胞生物学基础.皮层出现皱褶是非人类灵长类演化的重要特征.成体人脑大约由近860多亿个神经细胞组成,其中,在人脑神经发生高峰,每小时有近400多万个兴奋性神经细胞产生.如此高速的神经生成过程需要精确的细胞与分子调控机制.本文主要讨论调控大脑皮层增大增厚的细胞与分子机制和相关的脑发育疾病.     

综述: 智力的涌现

星海茫茫,地球因智慧生命的存在而与众不同,我们在追寻生命起源的同时,也追问着智力的源头,什么是智力的本质,智力从何涌现?生命大爆炸不仅带来激增的物种数量,也带来专司信息感知、编码和处理的神经系统.在复杂多变的外部环境中,昆虫已发展演化了近4亿年.在这里,我们借由现代认知神经科学在果蝇中的研究发现,探讨智力的基本层面,提出果蝇的大脑是智力涌现中的一个标杆,是我们揭开智力本质、进入智力王国的第一站.     

综述与专论: 基于核酸适配体的细胞外囊泡分离分析方法

细胞外囊泡通过参与细胞间通讯，在诸多生理病理过程中发挥着重要作用。因此，细胞外囊泡的分离分析对理解其生物学功能以及发展基于囊泡的疾病诊疗方法具有重要价值。细胞外囊泡的高效分离以及高灵敏可靠检测很大程度上取决于识别配体。核酸适配体是一类高效、特异结合其靶标分子的单链寡核苷酸。核酸适配体的易修饰和可程序化设计等特征，使其成为细胞外囊泡分离和分析的理想识别配体。为提高细胞外囊泡的分离效率，研究者们提出多种策略用于提升核酸适配体的亲和力，以及界面与细胞外囊泡的接触几率。此外，分离不同亚型的细胞外囊泡有助于理解细胞外囊泡的生物学意义。在细胞外囊泡分析方面，根据核酸适配体与细胞外囊泡识别信号的转导方式不同，分为电化学、可视化、表面增强拉曼光谱、荧光法等方法。本文综述了核酸适配体的筛选以及其在细胞外囊泡分离和分析中的最新进展、挑战及未来方向。