视网膜的神经递质

引言近二十年来,随着细胞内记录和染色技术的发展,对视网膜神经元及其回路的研究已经取得了显著的进展,视网膜中信息传递的概貌已渐有端倪(参见文献[1,2])。视觉信息在各类神经元之间的传递和处理主要是通过化学突触进行的。视网膜各种神经元的递质是什么?它们各具什么生理特性和作用?这是视觉科学家可临的重要问题。从70年代后期起,视网膜神经递质的研究开始形成视觉研究的生长点,并逐渐成为这一研究领域的前沿。本文将概述这方面近年的新进展。研究技术的发展在视网膜递质研究中一个重要的进步是单个分离神经元技术的发展。十多年来,在递     

多重视觉表征:从视网膜坐标到空间坐标

视觉系统基于映射到视网膜上的像来获取外部世界的信息,因此,视觉信息首先在视网膜坐标系中进行编码和表征。然而,大量的研究显示,眼睛的注视方向对视觉皮层神经元的活动强度具有广泛的调节作用,这一机制能够实现基于视网膜以外参考坐标的视觉加工过程。近些年的研究发现,视觉信息能在多种不同的参考坐标下进行表征,这些机制在稳定的视觉表征、多感觉模态整合与视觉运动信息转换中起到重要作用。     

视网膜神经节细胞对自然刺激的时空反应模式

神经系统信息处理的理论研究和计算结果表明,视皮层可以通过稀疏编码 (sparse coding) 模式来处理自然刺激信息.神经元群体中,单个神经元在大多数时间里没有强的脉冲发放 (时间维稀疏性,lifetime sparseness),而针对某一刺激,只有少数神经元在特定的时间内发放 (空间维稀疏性,population sparseness).从神经元放电的时间和空间模式两个方面考察了视网膜神经节细胞群体对自然刺激(电影)的编码方式,并同实验室常用的伪随机棋盘格刺激下视网膜的反应模式进行比较,分析了视网膜神经节细胞反应的稀疏性指标,并深入探讨了其内在的时间和空间特点.结果提示,视觉系统在其最初阶段——视网膜——即开始采用一种高效节能的稀疏编码方式来处理自然视觉信息,单个神经元的时间维稀疏性节省了代谢能量消耗,而群体神经元中邻近神经元的动态成组协同发放,提高了信息向突触后神经元传递的有效性.     

视网膜神经节细胞的信息编码特性

在脊椎动物的视觉系统中,信息的初级处理发生在视网膜。视网膜神经节细胞是视网膜唯一的输出神经元,在不同视觉刺激条件下会表现出不同的放电活动模式。研究表明视网膜神经节细胞可以利用多种编码方式,包括频率编码、时间结构编码以及群体协同编码等,有效地编码外界刺激。另外,大千世界的视觉场景变化几乎是无限的,长期的进化赋予了视网膜良好的适应能力,以实现通过有限的神经元活动对无限变化的视觉场景的编码。本文回顾了近年来关于视网膜神经节细胞编码方式和适应特性的相关研究,对多种编码方式在不同刺激下的动态改变、适应特性及生理功能进行讨论。     

大麻素受体系统对视网膜细胞离子通道和突触传递的调控

内源性大麻素系统在脊椎动物视网膜中广泛分布。大麻素受体(cannbinoid receptor)主要有CB1和CB2两个亚型,与内源性配体N-花生四烯酸氨基乙醇(N-arachidonoylethanolamide,anandamine,AEA)和2-花生四烯酸甘油(2-arachidonyl glycerol,2-AG)结合调控视网膜神经元和胶质细胞的功能,从而参与调控视网膜视觉信息的处理。本文结合我们研究组近年在视网膜大麻素受体系统的研究结果,综述了有关大麻素CB1和CB2受体对视网膜细胞离子通道和突触传递调控及其机制的研究进展。     

视网膜双极细胞的突触传递

双极细胞是视网膜中处于信号传递的直接通路中的中间神经元,以带型突触传递由分级电位编码的视觉信号。近年来,应用膜电容测定、钙光成像等技术,对双极细胞递质释放的特点及动力学特性进行了细致的研究,不仅有助于阐明这些细胞独特的生理功能,也对了解以带型突触传递信号的感觉神经元的功能特性提供了启示。     

小鸡视网膜神经节细胞的反应特性: 多电极记录研究

视网膜主要进行视觉信息的初级加工和处理. 应用多电极记录技术, 对一小块保持功能活性的小鸡视网膜上的多个神经节细胞的电活动进行同步记录, 然后通过相关非线性分析方法检测提取动作电位. 对视网膜神经节细胞群体活动特性的分析, 说明了视觉信息不仅为神经元的放电频率所编码, 也为相邻神经元的协同放电活动所携带.     

视觉信息加工

人和动物的脑是世界上最复杂、最有效的信息加工系统。研究感觉信息的接收、传递、加工辨识和利用,是揭示脑奥妙的突破口,对研究人脑高级神经活动有重要科学意义。现已查明,几乎人脑的各个部分都与视觉反应有关。视觉是个极其复杂的多级过程,外界物理光能在眼睛视网膜内转变成神经电化学能,经过神经编码和初步加工,视觉信息被传递到脑     

生物神经系统的编码特性和小世界特性

本文主要研究视网膜神经系统和七鳃鳗脊椎神经系统的电位发放特性和网络特性,首先利用抑制神经系统的Winner Less Competition（WLC）模型,分析视网膜和七鳃鳗脊椎神经系统的电位发放．得到视网膜神经元和脊椎神经元的电位发放模式．然后利用Watts-Strogatz小世界网络的特性,分析两个生物神经系统的群集系数和特征路长,说明这些生物系统神经元之间的信息传递具有小世界网络的特性．     

视网膜神经网络的信息传递

可见光作用于脊椎动物视网膜时,感光细胞外段的视色素吸收光量子,经过一系列瞬时光化学反应,迅速将光能转换成电信息,并向视网膜内核层细胞(水平、双极和无足细胞)及视神经节细胞传递,后者以峰电位形式将信息传向中枢。最近十几年来,对视觉系统外周部分的信息转换和传递过程的研究十分活跃,尤其是Tomita用微电极记录视网膜细胞内反应技术的发展,以及Kaneko用荧光黄染色单个     

大鼠上丘到外膝体P－物质投射的机能

已知大鼠外膝体内有中脑上丘来的含Ｐ－物质的神经末梢,其机能不明。在离休的大鼠外膝体脑片上用单电极电压箝位的方法研究了Ｐ－物质对外膝体神经元电压依赖性离子通道的作用。结果表明,Ｐ－物质可以使静息膜去极化,并降低膜电导。这提示Ｐ－物质抑制了线性钾漏电流。此外,Ｐ－物质还抑制去极化激活的慢失活的钾电流、低阈值钙电流和超极化激活的内向整流（Ｈ或Ｑ）电流。Ｐ－物质还可能抑制早钾（Ａ）电流。因此,Ｐ－物质在外膝体视觉信号传递中的作用是使外膝体神经元从爆发反应方式或振荡状态转化为中继反应方式,易化突触传递,使视网膜的视觉信号忠实地传递到大脑皮层。     

中国科学院生物物理研究所视觉信息加工开放研究实验室

视觉信息加工是一个十分复杂的过程,研究视觉信息的接收、传递、提取、识别以及学习与记忆的机制,对阐明大脑工作原理和智能计算机的研制都有重要意义。国外在这方面给予足够重视,并取得很大进展。国内的研究主要包括:视网膜及视中枢的神经回路,初级视觉过程,视觉的中枢机制,视觉的计算理论,视觉的心理物理学,视觉计算神经网络等方面。为促进我国研究工作的发展和培养人才,1988年11月,中国科学院组织国内有关专家对在生     

日仿生视网膜让盲人重见光明

在植入了微小的仿生视网膜之后 ,3位失明患者不仅看到了明灭或者移动的光点 ,甚至还成功地用眼睛区别出杯子和盘子。这是近日在美国视觉和眼科学协会年会上公布的一项最新进展。美国南加利福尼亚大学的研究人员在会上介绍说 ,他们研制的仿生视网膜薄片面积仅为 4 mm× 5 mm,相当于人眼正常视网膜的约 1/3。它由硅酮和铂材料制成 ,上面有 16个电极 ,植入后可附着在天然视网膜上 ,其工作原理是用电信号刺激患者还未完全丧失功能的视网膜细胞 ,将视觉信息通过视神经传递给大脑 ,从而部分恢复视力。研究人员迄今共对 3名患者进行了前期可行性试…     

视觉系统皮层下细胞的方位和方向敏感性

视觉方位、方向选择性曾被认为是高等哺乳动物视皮层细胞的特有功能。近年来大量的实验结果表明,视皮层下的外膝体神经元和视网膜神经节细胞都具一定程度的方位和方向敏感性,这些性质是遗传决定的,不受后天环境的影响。在外膝体内,已为视皮层细胞高度的方位、方向选择性和功能柱的形成做出了初步的分类与编组,提供了前级安排。这种皮层下的方位、方向敏感性细胞在发育过程中传递和加工了环境视觉信息,促进了视皮层更强的方位、方向选择性机制和方位功能柱的形成。外膝体在视觉信息平行处理通道的形成上起着分类集聚的重要作用。     

揭秘大脑里的“开关”

动物对不同的感觉刺激产生不同的行为反应,这对动物生存至关重要。关于其神经机制的研究,之前的工作多集中在感觉系统信息处理方面。但视觉刺激所包含的行为意义是怎样被大脑处理的,大脑处理后又如何根据刺激的行为意义调控行为的发生尚不清楚。为了更好地解析行为选择的神经机制,中国科学院神经科学研究所杜久林组姚园园等利用斑马鱼的逃跑环路为模型,研究了不同行为意义的视觉刺激引起不同行为反应的神经机制。首先,他们发现斑马鱼仅对危险性而非非危险性视觉刺激产生逃跑行为,且这一行为控制发生在视觉信息由视觉中枢向逃跑命令神经元传递的阶段(即视觉-运动信息转换阶段)。其次,发现下丘脑多巴胺能神经元和后脑甘氨酸能抑制性神经元组成"开关"样功能模块控制这一行为选择。进而,他们发现这一"开关"样功能模块对危险性和非危险性视觉刺激的不同控制是由这些神经元的视觉反应特性实现的。这一工作揭示了神经调质系统在行为选择中的作用,增加了人们对感觉–运动信息转换控制的认识。该工作发现的神经调质系统响应感觉刺激这一功能特点可能是大脑中一种普遍存在的神经机制,即神经调质系统接受和处理感觉刺激所携带的行为意义,进而通过调节感觉-运动神经通路,帮助动物作出相应的行为选择。这一工作为课题组提出的"Bi-modal Brain Function Hypothesis"提供了进一步的实验证据。     

神经系统的微细结构和传递功能(二)

高等动物中枢神经系统的兴奋传递几乎全是化学传递,化学传递的物质基础是神经传递介质。早在1869年就开始了神经传递介质的研究,但大量工作是在20世纪初,到了50年代才逐步完整了化学传递的概念。什么是神经传递介质?判断神经元中含的物质是否是神经传递介质,要具备以下条件:(1)此物质     

初级视皮层的亮度信息加工

亮度(luminance)是最基本的视觉信息.与其他视觉特征相比,由于视神经元对亮度刺激的反应较弱,并且许多神经元对均匀亮度无反应,对亮度信息编码的神经机制知之甚少.初级视皮层部分神经元对亮度的反应要慢于对比度反应,被认为是由边界对比度诱导的亮度知觉(brightness)的神经基础.我们的研究表明,初级视皮层许多神经元的亮度反应要快于对比度反应,并且这些神经元偏好低的空间频率、高的时间频率和高的运动速度,提示皮层下具有低空间频率和高运动速度通路的信息输入对产生初级视皮层神经元的亮度反应有贡献.已经知道初级视皮层神经元对空间频率反应的时间过程是从低空间频率到高空间频率,我们发现的早期亮度反应是对极低空间频率的反应,与这一时间过程是一致的,是这一从粗到细的视觉信息加工过程的第一步,揭示了处理最早的粗的视觉信息的神经基础.另外,初级视皮层含有偏好亮度下降和高运动速度的神经元,这群神经元的活动有助于在光照差的环境中检测高速运动的低亮度物体.     

综述: 初级视皮层的亮度信息加工

亮度(luminance)是最基本的视觉信息.与其他视觉特征相比,由于视神经元对亮度刺激的反应较弱,并且许多神经元对均匀亮度无反应,对亮度信息编码的神经机制知之甚少.初级视皮层部分神经元对亮度的反应要慢于对比度反应,被认为是由边界对比度诱导的亮度知觉(brightness)的神经基础.我们的研究表明,初级视皮层许多神经元的亮度反应要快于对比度反应,并且这些神经元偏好低的空间频率、高的时间频率和高的运动速度,提示皮层下具有低空间频率和高运动速度通路的信息输入对产生初级视皮层神经元的亮度反应有贡献.已经知道初级视皮层神经元对空间频率反应的时间过程是从低空间频率到高空间频率,我们发现的早期亮度反应是对极低空间频率的反应,与这一时间过程是一致的,是这一从粗到细的视觉信息加工过程的第一步,揭示了处理最早的粗的视觉信息的神经基础.另外,初级视皮层含有偏好亮度下降和高运动速度的神经元,这群神经元的活动有助于在光照差的环境中检测高速运动的低亮度物体.     

纹状皮质细胞的数学模型

有关视觉信息在神经系统,特别是视皮质(纹状皮质)中处理机制的研究,无论对脑功能研究或工程学应用均有较大意义。然而,各研究者对视皮质以及外侧膝状核(LGN)中神经元之间功能联系的认识有很大争议。近年的神经生理学进展提供了较详细的视网膜、LGN以及纹状皮质神经元连接结构和生理功能的资料,建立相应的连接模型已有可能。纹状皮质中具有方位特异性的神经元有简单(S)细胞和复杂(CX)细胞等,两者的区别在     

视觉中枢研究的新进展

在视觉传入通路中,各级神经元对视觉图象的传递和加工起着不同的作用。视网膜和外膝体细胞能传递图象的平均亮度,增强边缘和拐角;初级视皮层细胞能检测图象的基本特征,即线条/边缘的方位、运动方向、空间频率和深度等;高级视皮层细胞能对基本特征进行整合,从而反应复杂图形的整体特性。在视皮层内,调谐特性相同的细胞在垂直方向上排列成规则的“功能柱”结构,各种不同的功能柱组合成“超柱”,它可能是分析图象的基本功能单元.