光流信息加工的神经基础

自体运动时,分布在视野内的景物在视网膜上的像旋转,扩张／收缩,浃动,构成光流刺激,光流信息的检测对于人或动物确定前进的方向,速度至关重要,已成为运动信息加工的一个研究热点。本文概括介绍了近年来心理物理和生理学两方面有关光流信息加工研究的主要进展,并讨论了光流信息分析的神经机制。     

视觉大细胞通路对汉字识别的影响

我们研究的目的是探查视觉大细胞系统在汉字识别中的作用.研究以24名大学生正常阅读者作为被试,通过调控汉字材料的空间频率和时间频率区分出大细胞通路敏感刺激和正常视觉刺激两种条件,并采用整体/部件字形判断任务来比较在不同视觉条件下,被试加工汉字整体和部件信息的过程,记录反应时和错误率.结果表明,在大细胞条件下,被试对整字信息的判断要显著快于对部件的判断,即出现整体优先效应.而在正常视觉条件下,整体和部件判断的反应时无显著差异.同时,在大细胞条件下,被试进行部件判断的错误率显著高于整体判断,在正常视觉条件下两者差异不显著.研究结果表明视觉大细胞通路促进了汉字整体信息的加工.     

木鼠视皮层单细胞的感受野和双眼反应

用静止的小光点测定细胞的感受野表明大鼠视皮层同心圆式感受野有两种类型:大多数感受野没有或只有极弱的外周拮抗区,少数有拮抗区。对前一类细胞,弥散光刺激有时可以引起比用小光点刺激更强的反应,后一类情况相反。在双眼区,58%的细胞能被两眼分别驱动:双眼细胞的比例和同侧眼的影均随电极由17区向17-18a 交界区移动而增加。     

遗传性盲疾经基因治疗恢复视力

一种罕见的遗传性盲人现在可较易重见光明了.一项对盲小鼠的研究为眼丧失全部光加工细胞的人复明提供了希望.有3个患有一种遗传性盲疾,称为勒伯尔先天性黑蒙的人,经基因治疗恢复了视力,研究者报道于2008年4月27日New England Journal of Medicine上.该盲疾是由基因RPE65突变引起,该基因编码一种蛋白质,可帮助视杆细胞中的光采集色素的再循环.视锥细胞可以在一段时期中起作用,但也开始衰退,通常使40岁以下的人致盲.美国有2 000～3 000人罹患此眼疾.研究者将含有RPE65正常拷贝的工程病毒注射到罹患该退行性眼疾的3个人右眼中.所有3个人在数周后改善了右眼的视力,2个人在术前仅能辨清手的移动,而术后所有病人都能读出视力表的3行字.当光照在病人治疗后的眼时,病人的瞳孔收缩,说明病人的视网膜察觉出光线.无一病人视力恢复到20/20,但是所有这3个病人均汇报在暗淡光线下的视力有改善,并加强了驾驶能力.另一个研究组用不同的方法恢复了小鼠的视力,这些小鼠丧失了所有察觉光线的视杆细胞与视锥细胞.除了这些小鼠以外,其他动物,包括人,都会因此失明.该研究结果发表在2008年4月27日Nature Neuroscience上.一旦这些光感受器细胞死亡,如原发性色素性视网膜炎或是黄斑变性,可选择的恢复方法甚少.有些研究者试图用电刺激视网膜来治疗.在2006年,科学家报道,他们用来自绿藻Chlamydomonas reinharditic的一种光采集蛋白的基因插入到类似原发性色素性视网膜炎的小鼠视网膜中去.当小鼠受光刺激时,该蛋白质能将小鼠眼受损伤的信息传递到大脑.但是不管用绿藻蛋白还是用电刺激法,是否确实能使整个视网膜恢复视力尚不清楚.现在研究者将光采集藻蛋白(ChR2)插入到视网膜的第二层称为ON双极细胞中去,该细胞对亮光有反应;相类似的细胞称为OFF双极细胞则对暗淡光线起反应.ON与OFF细胞正常时将来自视杆细胞与视锥细胞的信号传递给大脑视觉中心,故而若直接刺激这些细胞可以恢复视力.研究者用电流将载有ChR2基因的DNA片段灌注到ON双极细胞中去,该基因受DNA片段的调控而只允许其在ON双极细胞中开启.该技术产生的蛋白质只是一时的,故而人的治疗需要更为持久的方法.用工程化方法在ON细胞中制造蛋白质ChR2的盲小鼠当暴露于亮光时,如正常小鼠一样急忙遮住眼睛.未经治疗的盲小鼠则无此对光反应. (李潇摘译自Tina Hesman Saey:Science News, May 24,2008,p.8)     

利用光遗传学技术构建小鼠光控心脏起搏模型

电刺激是人工控制心脏搏动频率的标准技术,但在实验研究中,这种方法有较大的局限性,如局部电解效应、刺激频率和时长受限、只能对目标范围内的所有细胞进行刺激、不能选择性作用于心肌细胞等.基于光遗传学技术,本研究构建了心肌细胞特异性表达光激活阳离子通道channelrhodopsin-2(ChR2)的转基因小鼠,采用特定频率的...     

嗅球僧帽细胞具有编码气味空间信息的能力

刺激源的方位是刺激的重要特性之一.行为学的研究发现,动物能够利用气味到达左右鼻腔的时间差和强度差信息对气味方位进行感知,但作为嗅觉系统第一神经中枢的嗅球,是否具有利用两侧鼻间差信息对气味方位进行编码的能力一直受到质疑.为探讨该问题,在本研究中通过比较嗅球中84个僧帽细胞对同侧气味刺激、对侧气味刺激以及对侧气味刺激略先于同侧气味刺激时的反应,发现有29个僧帽细胞可被同侧气味所兴奋,其中18个虽然对对侧气味刺激不反应,但对侧气味的存在却能显著降低其对同侧气味刺激的反应.另外,50个僧帽细胞在只给予同侧或对侧气味刺激时不反应,但其中11个在对侧刺激略先于同侧刺激的方式给出气味时,表现出明显的兴奋性反应.我们的研究结果一方面提示僧帽细胞具有编码气味到达两个鼻腔的时间差,或气味源位置信息的能力;另一方面也表明对侧刺激不仅能对同侧嗅球僧帽细胞产生抑制效应,还可能存在目前还不明确的机制而产生兴奋效应.     

具有共同感受野的外膝体神经元的反应相位互补特性

用微电极在猫外膝体进行记录时,有时同一支微电极能同时记录到两个神经元放电,通常是一个给光中心细胞和一个撤光中心细胞。这一对神经元具有共同的感受野,并且对光刺激的反应类型也相同(同属于瞬变型细胞,或者同属于持续型细胞)。当正弦调制的光点投射在它们的感受野中心时,在不同的刺激强度下,给光中心细胞和撤光中心细胞的反应相位彼此相差半个周期(180°)。在低的刺激频率(5Hz)下,给光中心和撤光中心细胞的反应峰值延迟时间(相对于光调制信号的最大和最小值)也相同,表明它们具有相同的反应潜伏期。这种相位互补特性使具有共同感受野的一对细胞工作于“推挽”方式。对于瞬变型细胞来说,尽管它们在单独活动时显示半波整流特性,然而组成互补对以后则能传递全周期光调制信号。     

视觉刺激对猴初级视皮层神经元眼球位置效应的影响

用细胞外记录的方法,研究了视觉刺激对清醒猴初级视皮层神经元眼球位置效应的影响,当猴注视电视屏幕上２５个不同位置的小光点时,屏蔽上分别给予两种不同形式的视觉刺激：注视点周围的闪光圆环和感受野内的移动光条。这两种刺激都能增强初级视皮层神经元的眼球位置相关活动,并相应地使受眼球位置调制的神经元的比例明显增加。     

猫外膝体神经元对正弦调制光刺激反应的线性和非线性特性

用不同频率正弦波调制发光二极管亮度,刺激猫外膝体细胞的感受野中心。用Apple-Ⅱplus 计算机将细胞放电频率的瞬时变化作成反应直方图(PSTH)。通过傅里叶变换,计算平均放电率、基波幅度和高次谐波幅度的变化,定量地研究了细胞反应的线性和非线性性质。 1.在恒定的平均亮度下,持续细胞的反应具有较好的线性特征,表现在PSTH可以重现正弦光刺激的频率和波形;与此相反,瞬变细胞的反应显示明显的非线性性质,PSTH出现半波整流波形,反应上升相交陡而下降相较平缓。 2.两类细胞对正弦刺激的反应具有不同的谐波成分:典型持续细胞的反应中主要包含基波成分,高次谐波的幅度接近噪声水平;但是,瞬变细胞的谐波可以延续到8次之多,二次和三次谐波的幅度可高达基波幅度的50％。 3.逐渐增加调制光刺激的平均亮度,持续细胞反应中二次谐波幅度始终保持在很低的水平上,而瞬变细胞的谐波幅度则随着增大。 4.增加光刺激的调制深度,持续细胞的反应特点是:(1)平均放电率保持不变或略有增加,(2)二次谐波增长很慢,(3)基频相位基本保持不变。与此相反,瞬变细胞的平均放电率和二次谐波幅度都随调制深度增加而明显地增大,并且基波相位也可见到较明显的前移。 以上结果表明,持续细胞与瞬变细胞在时间域方面也具有线性和非线性的差别。     

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.     

华虻小叶神经元运动敏感性的研究

用电生理细胞内记录的方法记录了１０个以上小叶神经元对闪光、运动光斑及运动光栅刺激的电生理反应特点,结果表明：（１）小叶神经元对闪光刺激具有特征性反应,细胞对给光和撤光刺激都会表现出不同程度的去极化和超极化,反应的波形不随闪光时间的改变而改变,两次去极化之间的时间间隔与闪光刺激的时间长度成线性关系;（２）小叶神经元对运动光斑的运动速度非常敏感,而对光斑的运动方向的改变却不敏感,尽管有的细胞存在一个能使反应的变化更快的优势方向,但并没有明显的运动方向选择性;（３）小叶神经元对运动光栅的响应频率受光栅的空间频率和运动速度的双重调制,与光栅的运动方向无关。     

卡氏膜球藻鞭毛伸缩节律的研究

卡氏膜球藻（Ｈｙｍｅｎｏｍｏｎａｓｃａｒｔｅｒａｅ）是一种单细胞海藻,细胞圆球形,表面覆盖一层球形石（Ｃｏｃｃｏｌｉｔｈｓ）。两条鞭毛稍不等长,着生于细胞前端,鞭毛长约为细胞直径的１．５倍。在２５±℃,光照强度２０００ｌｘ,光暗时间比１４：１０小时条件下,用ＭＥＳⅢ培养基培养卡氏膜球藻,发现细胞在光照条件下伸出鞭毛,活跃游动;在黑暗条件下缩回鞭毛,沉于培养瓶底。进一步试验证明：１．光刺激细胞伸出鞭毛,黑暗刺激细胞缩回鞭毛。２．鞭毛的伸缩与培养中的光暗周期变化严格对应,即光周期开始后２０分钟,细胞开始伸出鞭毛;暗周期一开始,鞭毛就向细胞内收缩。３．在连续光照条件下,鞭毛的周期性伸缩现象消失。所以,卡氏膜球藻鞭毛周期性伸缩是一种受光暗周期调节的外源节律。这种鞭毛伸缩的节律现象在藻类是第一次报道。     

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.     

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.     

猫前内侧上雪氏区视神经元对运动随机线条的反应

对于运动信息在脑内的加工,一种观点认为分两阶段进行,低级视皮层只对运动图形内部成分的取向进行调谐,高级视皮层整合低级视皮层的输入,对图形整体的运动方向敏感。用网格（plaid）作为刺激的实验表明,在较低级皮层区,细胞多表现为成分方向选择性（Component-motion Selectivity),即对刺激中的取向因素敏感：而较高视皮层的细胞多表现为整体方向选择性（Pattern-motion Selecitivity),对运动整体的方向敏感,从而支持运动信息加工的“两阶段”理论。实验中,用一系列运动随机线条刺激（random line patterns)。研究猫前内侧上雪氏区（Anteriormedial lateral suprasylvian area,AMLS)神经元的方向调谐特性。结果表明多数细胞为整体方向选择性,且随线长增加此类细胞比例下降,而成分方向选择性细胞的比例有所增加,呈现由整体方向选择性向中间类型（Unclassified),由中间类型向成分方向选择性变化的趋势,提示整体或成分方向选择性可能并非细胞的固有特性,而是可以随刺激取向因素的变化而改变的。     

视觉细胞反应中方向选择性和取向选择性成分的分离

运动的光刺激常被用于研究视觉神经细胞的方向和取向选择性.但是,在细胞的反应中,两种因素同时存在且混杂在一起; 以往的各种分析方法均因未能有效地解决这一问题而不够准确,对此我们给出了理论和实例证明.本工作引入正余弦函数系对实验数据作最优回归分析.拟合程度好于以往的方法.并且从根本上分离了反应中的方向和取向选择性成分.使对这两种性质的准确定量成为可能.本文对此方法的内在含义作出了解释,并提出了对方向、取向选择性及最优方向、取向的理解.     

航天与60 Co-γ射线辐射诱变对光温敏核不育水稻M1代农艺性状的影响研究

研究航天搭载、~(60)Co-γ射线及其复合处理光温敏核不育水稻干种子M_1代的发芽率、幼苗生长、植株生长发育及其农艺性状变化.结果表明,对M_1代的生物学效应(抑制或刺激),因不同性状和不同的处理方式而不同;两种光温敏核不育水稻在当代对三种不同诱变处理的辐射敏感性表现一致,而两种光温敏核不育水稻各自对三种不同诱变处理的敏感性不一致.     

棉铃虫成虫复眼的光谱敏感性及超极化后电位的研究

采用胞内记录方法研究了雄性棉铃虫小网膜细胞对光刺激的反应特性。结果如下：（１）小网膜细胞对５６２ｎｍ的光最敏感,另外对４００ｎｍ、４８３ｎｍ光也较敏感;（２）对这三种敏感光的光强度反应曲线（Ｖ／ＬｏｇＩｃｕｒｖｅ）与对白光的类似,在一定范围内,随光强度的增加反应增大,呈近似“Ｓ”形曲线;（３）超极化后电位的幅值随闪光刺激强度的增大、刺激时程的延长、对刺激光的敏感程度的增加而增大;（４）感受器的去极化电位与超极化后电位的比值不受刺激强度及光谱的影响,但随闪光刺激时程的延长而逐渐减小。     

光感受机制和突触机制的研究进展

在神经生物学爆炸性的发展中,某些领域的进展特别引人注目,其中光感受饥制以及突触机制的研究,与作者从事的研究工作关系比较密切。本文将评述这两方面的重要进展,从一个侧面反映神经生物学的巨大进展。(一)光感受的分子机制的研究——cGMP 作为第二信使光照射视网膜,使光感受器(视杆细胞和视锥细胞)所包含的视色素发生一系列光学变化,导致光感受器兴奋。光激活视色素分子后,在光感受器中导致外段质膜的电位变化。与其他可兴奋细胞不同,光感受器在不受光刺激时处于活动状态,即在暗中细胞膜的离子通道是开放的,钠离子流持续地从胞     

蛙视网膜电图的简易记录方法

视网膜电图是光刺激视网膜引起的一个缓慢的复合电位变化。一般认为是光刺激首先触发光感细胞(视锥细胞和视杆细胞),继而作用双极细胞层所产生的电活动之总和。 关于视网膜电图的记录方法,通常采用针电极于玻璃体内引导或剥离的视网膜引导,对