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[转载]干细胞在治疗神经退行性疾病新突破
jessie0090 2011-5-11 17:53
脑老化的基础,也是医学上所说的神经退行性疾病。最典型的疾病是阿尔兹海默病和帕金森。过去的传统治疗,只能缓解症状,无法阻止受损伤的神经元继续退变、死亡。而,最近研究发现, 干细胞在治疗神经退行性疾病新突破 。 干细胞在治疗神经退行性疾病新突破   美国科学家利用干细胞生成了能长期自我更新的原始神经前体细胞,并证实这些细胞能定向分化为多种神经元,而且不会增加肿瘤形成的风险……更多内容看原文http://www.gxbcn.com/news/20110508_4591.html
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Santiago Ramon Cajal
热度 4 xifzou 2011-4-25 06:59
Santiago Ramon Cajal
Santiago Ramon Cajal (1852-1934) Golgi 发明了银染法染色神经元,但是一位与 Golgi 同时代的西班牙人 Santiago Ramon Cajal 将这种方法的使用发挥到极致。他是一位技艺精湛的组织学家与艺术家,他于 1888 年学习 Golgi 染色法。在随后的 25 年里他用 Golgi 染色法然出了许多脑区的环路,发表了一系列文章。 摘自: Bear, M.F., Connors, B.W., Paradiso, M.A. 主编,王建军,主译 . 神经科学:探索脑 . 第二版,北京:高等教育出版社, 2004.
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个人科研积累小结:生物网络数学建模和动力学分析
yiming123 2011-4-13 13:32
易鸣,中国科学院武汉物理与数学研究所副研究员。 http://www.researcherid.com/rid/B-5383-2011 统计物理专业出生,自2001年起一直从事生物系统随机动力学的研究,在基因调控网络以及神经网络的随机理论和应用上积累了一定的基础,主要包括:研究了随机噪声对于果蝇的单细胞昼夜生理节律振子的影响。当节律振子只被外部光噪声驱动时,发现外噪声可以诱导相干共振现象(Phys. Rev. E 72,012902 (2005));当内噪声和外噪声同时驱动系统时,我们发现外噪声在一定的噪声强度范围能够促进“内噪声相干共振”,这是随机噪声起积极作用的一个典型例子(Phys. Rev. E 73,041923 (2006));依据一个大肠杆菌质粒体的拷贝数控制模型,理论研究发现:在一定的参数范围内,增加信号分子的噪声强度会减少质粒体分子的噪声强度,推导得到了这种噪声降低效应发生的临界条件(Phys. Rev. E 77,022902 (2008));研究了单个双稳的神经元在加性以及乘性噪声作用下分别诱导相干共振过程中的不同动力学机制(Phys. Rev. E 77, 061905 (2008));探讨了一个多层前馈型神经元网络模型,通过数值模拟发现,高斯白噪声在第一层激发产生不规则的神经触发行为,经过该多层神经元网络后,神经元的电兴奋会慢慢变得同步,进一步分析了网络连接结构对于同步触发的影响(Phys. Rev. E 81,061924 (2010));研究了小世界神经网络中神经元的同步动力学,发现时间延迟以及神经差异性能够诱导网络同步性质发生丰富的转变,通过时空斑图以及同步指标定性以及定量的阐述了同步转变的机制(Phys. Rev. E 83, 046207 (2011) )。 近四年来,重点研究信号转导网络的数学建模和动力学分析,在研究酶的反应扩散体系方面取得了如下工作:基于离散的固定步长随机行走蒙特卡洛数值模拟研究了微观条件下的米氏动力学,得到了单酶条件下的酶催化速率,并探讨了扩散速率的变化对于米氏曲线的影响(Physica A 389,3791 (2010)),同时研究了多酶的MAPK级联模块中支架蛋白对于信号放大的影响,发现慢的去磷酸化情形下,支架蛋白的结合有利于信号放大,而支架蛋白的数目则抑制了信号放大;快的去磷酸化情形下,支架蛋白的结合削弱了信号放大。这些定性的结论都在真实的生物体系中被观察到(Biophys. Chem. 147, 130 (2010));基于常规的整数阶“反应扩散方程”,建立了MAPK信号级联从细胞膜到细胞质空间的反应扩散模型,研究发现MAPK级联处于超灵敏、磷酸化环局部双稳、级联全局双稳以及振荡等四种不同的操作模式下时,活性激酶的空间分布以及药剂依赖关系具有非常不同的响应特点(Phys. Biol. (2011)接收待发表),其次,我们提出了一个整合的生物网络模型,将钙离子振荡模块、GTPase环模块以及MAPK级联模块依次结合起来,研究了振荡的钙信号对于MAPK活性的影响,动力学分析表明:MAPK模块合适的操作模式以及GTPase环模块合理的参数取值对于重现实验现象是十分关键的(Biophys. Chem. 157 (2011) 33)。 文章列表 1. Delay and diversity-induced synchronization transitions in a small-world neuronal network, Jun Tang, Jun Ma, Ming Yi , Hui Xia, and Xianqing Yang, Physical Review E. 83, (2011) 046207 2. Spatial distribution and dose response for different operation modes in a reaction-diffusion model of MAPK cascade, Qi Zhao, Ming Yi*, Yan Liu, Physical Biology. (2011) accepted for publication. 3. A theoretical modeling for frequency modulations of Ca2+ signal on activation of MAPK cascade, Ming Yi* and Qi Zhao, Biophysical Chemistry. 157 (2011) 33 4. Michaelis-Menten mechanism for single-enzyme and multi-enzyme system under stochastic noise and spatial diffusion Author(s): Yi, M; Liu, QA Source: Physica a-Statistical Mechanics and Its Applications Volume: 389 Issue: 18 Pages: 3791-3803 Published: 2010 5. Propagation of firing rate by synchronization and coherence of firing pattern in a feed-forward multilayer neural network Author(s): Yi, M; Yang, LJ Source: Physical Review E Volume: 81 Issue: 6 Published: 2010 6. Theoretical study for regulatory property of scaffold protein on MAPK cascade: A qualitative modeling Author(s): Yi, M ; Xia, KL; Zhan, M Source: Biophysical Chemistry Volume: 147 Issue: 3 Pages: 130-139 Published: 2010 7. A constructive role of internal noise on coherence resonance induced by external noise in a calcium oscillation system Author(s): Yu, G; Yi, M; Jia, Y; et al. Source: Chaos Solitons Fractals Volume: 41 Issue: 1 Pages: 273-283 Published: 2009 8. Cooperative effects of noise and coupling on stochastic dynamics of a membrane-bulk coupling model Author(s): Tang, J; Jia, Y; Yi, M Source: Communications in Theoretical Physics Volume: 51 Issue: 3 Pages: 455-459 Published: 2009 9. Information propagation from IP3 to target protein: A combined model for encoding and decoding of Ca2+ signal Author(s): Zhao, Q; Yi, M; Xia, KL; et al. Source: Physica a-Statistical Mechanics and Its Applications Volume: 388 Issue: 19 Pages: 4105-4114 Published: 2009 10. Suppression of spiral wave and turbulence by using amplitude restriction of variable in a local square area Author(s): Ma, J; Jia, Y; Yi, M; et al. Source: Chaos Solitons Fractals Volume: 41 Issue: 3 Pages: 1331-1339 Published: 2009 11. Theoretical Study on Drift of Ca2+ Spiral Waves Controlled by Electric Field Author(s): Tang, J; Jia, Y; Ma, J; et al. Source: Communications in Theoretical Physics Volume: 51 Issue: 5 Pages: 941-946 Published: 2009 12. Control of spiral wave and turbulence in the time-varied reaction-diffusion system Author(s): Ma, J; Jin, WY; Yi, M; et al. Source: Acta Physica Sinica Volume: 57 Issue: 5 Pages: 2832-2841 Published: 2008 13. Coupling effect of ion channel clusters on calcium signalling Author(s): Tang, J; Jia, Y; Yi, M; et al. Source: Chinese Physics Letters Volume: 25 Issue: 3 Pages: 1149-1152 Published: 2008 14. Critical condition for the occurrence of a noise-reduction effect Author(s): Yi, M; Jia, Y; Ma, J; et al. Source: Physical Review E Volume: 77 Issue: 2 Published: 2008 15. Evolution of spiral wave and pattern formation in a vortical polarized electric field Author(s): Ma, J; Yi, M; Li, BW; et al. Source: Chinese Physics B Volume: 17 Issue: 7 Pages: 2438-2445 Published: 2008 16. Multiplicative-noise-induced coherence resonance via two different mechanisms in bistable neural models Author(s): Tang, J; Jia, Y; Yi, M; et al. Source: Physical Review E Volume: 77 Issue: 6 Published: 2008 17. Numerical study of IP3-dependent Ca2+ spiral waves in Xenopus oocytes Author(s): Tang, J; Jia, Y; Ma, J; et al. Source: Epl Volume: 83 Issue: 6 Published: 2008 18. RyR channels and glucose-regulated pancreatic beta-cells Author(s): Zhan, X; Yang, L; Yi, M; et al. Source: European Biophysics Journal With Biophysics Letters Volume: 37 Issue: 6 Pages: 773-782 Published: 2008 19. Stabilization of pattern in complex Ginzburg-Landau equation with spatial perturbation scheme Author(s): Ma, J; Yi, M; Zhang, LP; et al. Source: Communications in Theoretical Physics Volume: 49 Issue: 6 Pages: 1541-1546 Published: 2008 20. Title: Suppression of spiral wave in modified Orengonator model Author(s): Ma, J; Jin, WY; Yi, M ; et al. Source: Communications in Theoretical Physics Volume: 50 Issue: 2 Pages: 403-410 Published: 2008 21. Title: Theoretical study of mesoscopic stochastic mechanism and effects of finite size on cell cycle of fission yeast Author(s): Yi, M; Jia, Y; Tang, J; et al. Source: Physica a-Statistical Mechanics and Its Applications Volume: 387 Issue: 1 Pages: 323-334 Published: 2008 22. Title: A coarse estimation of cell size region from a mesoscopic stochastic cell cycle model Author(s): Yi, M ; Jia, Y; Liu, Q; et al. Source: Chinese Physics Letters Volume: 24 Issue: 7 Pages: 1829-1832 Published: JUL 2007 23. Title: Enhancement of internal-noise coherence resonance by modulation of external noise in a circadian oscillator Author(s): Yi, M ; Jia, Y; Liu, Q; et al. Source: Physical Review E Volume: 73 Issue: 4 Published: APR 2006 24. Title: Light-noise-induced suprathreshold circadian oscillations and coherent resonance in Drosophila Author(s): Yi, M ; Jia, Y Source: Physical Review E Volume: 72 Issue: 1 Published: JUL 2005 ========================================================================== 25. Lijian Yang, Ya Jia, Ming Yi ,The effects of electrical coupling on the temporal coding of neural signal in noisy Hodgkin-Huxley neuron ensemble International Conference on Natural Computation.10, 819(2010)(EI). 26. Ming Yi, Guang Yu, Jun Tang, Jun Ma, Ya Jia, Effects of structural diversity and fluctuations on synchronization of coupled circadian oscillators, International Journal of Biomedical Soft Computing and Human Sciences. 14, (2009) 67. 27. Spatiotemporal stochastic resonance in a bistable FitzHugh-Nagumo ring with phase-repulsive coupling Qi Zhao Ming Yi* Chenggui Yao EPJB 2011 in revise
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小果蝇 大文章
热度 1 wuhao311 2011-3-28 16:46
人类有爱有恨,有欢喜有厌恶,儿童爱不释手的玩具可能被成人不屑一顾。然而,这种喜好并不是人类的专利,低等动物同样会有抉择。成语“飞蛾扑火”诠释了昆虫为求光明甚至不惜牺牲,然而,昆虫幼虫恰恰喜欢茫茫黑暗却往往不为人知。 近日,中国科学院生物物理研究所研究员刘力、副研究员龚哲峰等初步揭示了果蝇幼虫中央脑的两对神经元足以调节果蝇幼虫对于不同光强条件的偏好行为的研究成果。这一成果日前在美国《科学》杂志在线发表。 来自纽约大学的NinaVogt博士和Desplan博士对此给予了高度评价,认为这项发现“增进了人们对动物大脑解析视觉的理解”,同时也使人们“向全面理解环境和内在生理因素影响本能行为的神经基础迈进了一步”。 成功,些许“运气” “这篇文章得以发表,我们运气不错。”龚哲峰这样强调。 “运气”是从确定课题方向开始的。在国外时,龚哲峰就常常会想起一个有意思的现象:当很多人经历匆匆岁月,偶然邂逅少年时代的初恋情人时,却发现完全找不到之前的感觉。而这种变化的神经基础却并未被人所知。 然而,它虽然是有趣的课题,但人脑的复杂性使这样的研究很难简单实现。一次意外发现却给了龚哲峰启示:果蝇的幼虫伴随着自身的发育,会从年幼时喜欢黑暗变得逐渐热爱光线充足的地方。 这不正是与人类的偏好性类似的生物模型吗?龚哲峰深入思考后,毅然确定了自己回国后的研究方向。 龚哲峰回到中科院生物物理所工作后,该项研究得到了课题组组长刘力的强力支持。于是龚哲峰着手订购了1000余个缺陷品系果蝇,希望能发现不怕光的果蝇幼虫,获得实验材料。 订购来的果蝇要获得缺陷表型,必须经过进一步杂交,龚哲峰和合作者开始了上千次显微镜下的杂交、繁殖,上万次的筛选。在每天工作14小时以上、不间断杂交筛选大半年后,终于发现了不怕光的品系。 “我们运气不错。本以为果蝇失去避光性就是成功,可就在筛选工作进行了一年多、即将结束的时候,我们居然发现了一个品系的果蝇幼虫喜欢光。”龚哲峰兴奋地说。 这个发现让该品系的果蝇顿时成了“宝贝”。NP394神经元的失活,并不仅仅使得该品系的果蝇幼虫从“惧怕光”变得对光“无所谓”,而是180度的大转弯,直接“爱上光”了。 接着,课题组研究人员证明了NP394神经元控制着果蝇避光/趋光的“开关”:抑制该神经元,即使年幼的幼虫也会变得“喜欢光”;激活该神经元,则年长的幼虫同样将变得“害怕光”。 “我们通过分段表达绿色荧光蛋白,第一次在果蝇中成功检测到了该技术的应用,证明了PDF神经元和NP394神经元的上下游关系。”龚哲峰指出。 要证明两个神经元之间的关系,首先要确定它们的突触距离是否足够近。而在果蝇不同的神经元中分段表达绿色荧光蛋白成了瓶颈。此时,国外的研究也首次报道在果蝇中应用了该项技术,和龚哲峰的体系颇有相似之处。 “他们没有得到阳性结果,我们得到了。”龚哲峰平静地说。 通过改造实验器材,他们在国内首次实现果蝇中功能钙成像技术的成功应用,佐证了两对神经元的上下游关系。凭借着四年多的“运气”,刘力、龚哲峰等最终发现并提出NP394神经元的开关作用,并首次将偏好行为神经元回路从第一级延伸到第三级神经元,得到了国际同行的认可和高度评价。 “可能运气好吧。”回顾四年多来的艰辛付出,龚哲峰付之一笑,“这些结果还不足以阐述人类的喜好变化。不过,只要继续坚持做下去,它终会给我们带来惊喜。” 果蝇,又见果蝇 人们可能没有想到,嗡嗡作响、令人生厌的果蝇于20世纪初被遗传学大师摩尔带入实验室后,竟已成就了7位诺贝尔奖获得者。 在中国,以果蝇为研究工具,神经生物学家们同样取得了令人关注的成果。 被人称为“果蝇院士”的中科院院士郭爱克,是刘力和龚哲峰学生时代的共同导师。作为新中国第一位留德博士,郭爱克近年来已经连续3次在《科学》杂志上发表文章。 2001年,郭爱克研究小组首次发现了果蝇具有简单抉择能力,并且“蘑菇体”参与其中;2005年,该小组继续深入“两难抉择”研究,发现了果蝇跨视觉和嗅觉记忆的“共赢机制”;2007年,他们则聚焦于面临冲突环境时果蝇价值抉择的神经环路机制。 名师出高徒。刘力也曾两次在英国《自然》杂志发表文章。2006年,他在中科院生物物理所的研究小组从基因、细胞、脑结构以及行为等多个层面,第一次精确定位了果蝇视觉学习记忆的脑功能区——扇形体。 这些喜欢环绕着腐败水果飞行的小家伙,为什么会被生命科学家宠爱至极,并且占据生命科学研究舞台百年之久呢? “果蝇是人类窥见自己复杂神经的一扇窗口。它结构简单,繁殖快速,易于改造,非常适宜做神经生物学的研究模型。”面对记者的疑问,龚哲峰道出了果蝇的妙处。 果蝇容易饲养,平均一年30代的繁殖速度,使科学家们能够在较短的时间内培养出大量的特定种系。随着2000年果蝇基因组的测序完成,研究者更是可以准确、迅速地对其进行改造。 此外,小小果蝇的神经系统和人类也颇具相似之处,在人类的大脑中,活跃着大约1000亿个神经元,而果蝇只相当于人类的万分之一。因此,果蝇也已成为研究神经结构和定位记忆方面最好的生物模型。 物体进入人们的眼中,大脑会对图像分类后加以储存,从而构建出思维与情感,或者发出指令。那么,果蝇眼睛中的刺激传到脑中,又是如何学习和记忆的呢? 在刘力的实验室里,记者见到了一套为果蝇量身打造的“飞行装置”。该装置可以呈现出不同的视觉图案——正T和倒T字母,主要作用是教导果蝇“学习”。 果蝇在明亮的圆筒形空间向眼前的视觉目标飞去,如果它总是飞向倒T字母,电脑就会立即发出指令,烫它的屁股。慢慢地,果蝇学会了“吃一堑,长一智”,认识到倒T字母是危险的,而自觉地转向正T字母。 通过这套设备,就可以模拟出果蝇的学习过程,建立视觉、神经和行为之间的动态神经回路。 “总之,上述研究成果的获得,小家伙们功不可没。果蝇和人类大脑在基本功能上有着相似性,探究果蝇视觉行为的深入机理,对我们自己大脑的解读颇有启示。”龚哲峰说。
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饶毅摸到老鼠的性取向了吗
热度 3 sheep021 2011-3-24 20:03
血清素与血清神经元可调控哺乳动物性取向 http://news.sciencenet.cn//htmlpaper/201132413551554815733.shtm 虽然雄性如何选择交配对象一直都是社交行为中被重点关注的问题,但科学家还未能从分子和细胞作用机制上解释哺乳动物性取向。 北京大学生命科学学院院长 饶毅 教授课题组通过研究发现,神经递质五羟色胺(5-HT,又称血清素)在哺乳动物性取向中具有重要作用。野生型雄性小鼠的正常性取向为雌性,虽然缺少中枢血清神经元一般不会导致小鼠嗅觉和信息素感应功能出现缺陷,但小鼠的性取向会因此丧失。该研究通过将大脑中5-HT合成过程中首要的色氨酸羟化酶2(Tph2)从小鼠中敲除,以考察5-HT的作用。在实验中,研究人员往小鼠体内注射中间体5-羟基色氨酸(5-HTP)(该物质可在没有Tph2的情况下将5-HT恢复到野生型小鼠的正常水平),35分钟后,Tph2被敲除的小鼠性取向恢复正常。研究人员由此得出结论,在成体大脑中的5-HT和血清神经元对哺乳动物性取向具有调控作用。 评论 此文一出,大家立马联系到同性恋。但是原文说“老鼠的性取向丧失”,应该是指不分雌雄,而没有说“性取向逆转”,“丧失”与"逆转"应该有很大差异。 印大中老师说:敲掉5-羟色胺实际上是打掉““元气”,而非性欲。没元气,为啥性取向丧失了,而不是性能力丧失了? anonymity 说: 小鼠可以代表整个哺乳动物吗?不可以的话,为什么会有最后一句:“研究人员由此得出结论,在成体大脑中的5-HT和血清神经元对哺乳动物性取向具有调控作用。”小鼠的性行为,基本上是性激素在起作用,包括体内的性激素、体外的性信号、可以嗅探到性信号的犁鼻器。这些,已经有大量的研究证实了。灵长类,就已经不是这么回事了,人的性取向,就更不是性激素决定的了,这,同样有大量的研究证实。 anonymity 说得很有道理。也许需要更详尽的数据支持。如敲掉5-羟色胺后老鼠体内雄性激素的含量变化,老鼠其他体征的变化等。母鼠被敲掉5-羟色胺后,性取向等有何变化。 期待绕教授会有更多相关文章相继发表 相关链接: 饶毅的论文飞:男人为什么爱女人? 饶毅“性取向”研究飞到Nature上
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[转载]海马体的功能
热度 1 bnuzgy 2011-3-16 11:11
在医学上,「海马体」是大脑皮质的一个内褶区,在「侧脑室」底部绕「脉络膜裂」形成一弓形隆起,它由两个扇形部分所组成,有时将两者合称海马结构;海马体的机能是主管人类的近期主要记忆,有点像是计算机的内存,将几周内或几个月内的记忆鲜明暂留,以便快速存取。而失忆症病患的海马体中并没有任何近期记忆暂留。由这项实验可以初步证实人类的梦境并非是由海马体中的近期记忆抽取并组织而成。 记忆其实就是神经细胞之间的连结形态。不过,要储存或抛掉某些信息,却不是出自有意识的判断,而是由人脑中一个细小的构造──海马体(hippocampus)来处理。海马体在记忆的过程中,充当转换站的功能。当大脑皮质中的神经元接收到各种感官或知觉讯息时,它们会把讯息传递给海马体。假如海马体有所反应,神经元就会开始形成持久的网络,但如果没有通过这种认可的模式,那么脑部接收到的经验就自动消逝无踪。”
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论神经元在小鼠性和暴力的作用以及其在埃及局势的应用
热度 2 Tiger54 2011-2-14 15:21
今天无聊看了些咨询,不过倒是读了一个挺有意思的文章,是 Nature Feb 10 Title:Functional identification of an aggression locus in the mouse hypothalamus。 大意说的是小鼠负责攻击性和交配的神经元可能是部分重叠,但又有distinct subpopulation。“Neurons activated during attack are inhibited during mating, suggesting a potential neural substrate for competition between these opponent social behaviors.” 引申一下就是说对小鼠来说性可能会化解暴力,这在人类身上也可能适用。 当时大学不知道是上什么课的时候听到了美国的这么一句话- Make love not war .说的是美国60年代反文化运动的时候,年轻人对老美针对越战提出的看法。现在看看,真是简洁,给力,生动,具体。想想现在埃及的局势,虽然还没有说到战争的地步,不过也是乱的一团糟,不知道穆巴拉克如果看到nature这篇文章,想到Make love not war,我觉得如果他以这个作为宣传口号的话,有可能还会对局势有一些缓解(如果真是这样那一切就简单了)。 说到埃及,早上看同学分享的奥巴马关于埃及的演讲,他用的是“The spirit of peaceful protest and the perseverance that the Egypt people have shown can serve as a powful wind at the back of this change. The united state will continue to be a friend and a partner to Egypt. We stand ready for whatever assistance necessary. And ask for to pursue a credible transition to democracy.”(不一定听得全对)也就是和平过渡,但每天CNN上面报到的死亡人数,似乎告诉我情况并不太平。 政治太复杂,这个是我和我们楼里一个老美(真挺老的)聊天的时候最后达成的共识。 首先各种因素牵涉其中,局外人很难分清什么才是真正的动机,甚至局内人可能也会因为事件的复杂以及各种机遇的出现而变更最初的想法,并且最终获利。 其次作为大众,获得信息的渠道是在是太有限了,CNN已经是投机倒把,BBC还算是在追求unbias的媒体,twitter虽然真实但是太零散,很容易让一个疯狂转载了1万次的状态放大了真实的情况。 还有,现在信息量太大,各个媒体为了追求自身利益而采取“修辞手段”,“独特视角”来诠释同一个问题,很容易让人产生迷惑,到底事情的真相是什么呢?很难知道。Wikileaks就是一个典型。 所以有的时候觉得搞科研还是挺幸福的。同样是对问题的好奇,政治你需要太多的人脉,资金,精力才可以介入,而科学主要需有一个好的实验室,和一个爱思考的大脑,就不妨碍你的信马由缰。相比生物,限制更少的还要算是数学和计算机,只要一个PC,同时身在中国,就可以任意发挥了(羡慕你们)。可惜已经选了生物这个不归路,只能这样走下去。希望未来还能有好奇心,开心点把科研搞好。 对文章感兴趣的同学可以看: Nature doi:10.1038/nature09736 Functional identification of an aggression locus in the mouse hypothalamus Dayu Lin1, 2 Maureen P. Boyle3 Piotr Dollar4 Hyosang Lee1 E. S. Lein3 Pietro Perona4 David J. Anderson1, 2 Electrical stimulation of certain hypothalamic regions in cats and rodents can elicit attack behaviour, but the exact location of relevant cells within these regions, their requirement for naturally occurring aggression and their relationship to mating circuits have not been clear. Genetic methods for neural circuit manipulation in mice provide a potentially powerful approach to this problem, but brain-stimulation-evoked aggression has never been demonstrated in this species. Here we show that optogenetic, but not electrical, stimulation of neurons in the ventromedial hypothalamus, ventrolateral subdivision (VMHvl) causes male mice to attack both females and inanimate objects, as well as males. Pharmacogenetic silencing of VMHvl reversibly inhibits inter-male aggression. Immediate early gene analysis and single unit recordings from VMHvl during social interactions reveal overlapping but distinct neuronal subpopulations involved in fighting and mating. Neurons activated during attack are inhibited during mating, suggesting a potential neural substrate for competition between these opponent social behaviours.
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人脑中的twitter应用与转发现象
热度 1 liufeng 2011-1-25 00:16
2011,互联网使人类科学处在重大突破的前夜,举一个简单粗浅的例子,人脑中应该存在twitter应用与转发现象,希望看到神经学领域科学家在这方面得突破。 人脑中的神经元的转发功能,将使得只有感兴趣的信息才会被更多神经元转发,每一个人大脑中的twitter应用并不相同。 譬如守财奴看到金子,金子信息必定被他的神经元转发很多,恋爱中的男子看到女朋友的照片,女性信息必定会被他的神经元转发很多, 一个极度饥饿的人看到肉骨头,骨头信息会被他的神经元转发很多但金子和女人不会被这个饥饿的人神经元大量转发。因此这些信息反而不会产生兴奋 我们在互联网进化论相关文章中指出,目前已有至少13个互联网应用可以在人的大脑中找到对应关系,并可以通过科学实验进行验证,更多互联网进化相关信息请访问: http://www.intevl.com
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神经元多样性的研究进展与文献分析
xupeiyang 2010-9-2 11:20
http://lab.sciencenet.cn//htmllab/20109295222653176.shtm 多样性有助神经元更好处理信息 美国卡内基梅隆大学的科学家们近日首次发现神经元多样性在大脑的综合机能中起着关键作用,在神经元处理复杂刺激和编码信息中也有着非常重要的地位。 http://www.gopubmed.org/web/gopubmed/1?WEB018frlfeu4kf03I3I1I00h001000j100200010 83 documents semantically analyzed 1 2 Top Years Publications 2004 9 2009 8 2010 7 2008 6 2007 6 2006 6 2003 6 2005 5 2002 5 2001 3 1999 2 1998 2 1997 2 1995 2 1994 2 1993 2 1992 2 1991 2 2000 1 1996 1 1 2 Top Countries Publications USA 38 Germany 10 Switzerland 4 United Kingdom 3 Canada 3 Spain 3 China 2 Netherlands 2 Russia 2 Hungary 2 France 2 India 1 Italy 1 Australia 1 Israel 1 Belgium 1 Austria 1 Denmark 1 1 2 3 Top Cities Publications Boston 4 Atlanta 4 Bethesda 3 Montreal 3 London 2 San Francisco 2 Stanford 2 New York City 2 Cambridge, USA 2 Berlin, Germany 2 San Diego 2 Budapest, Hungary 2 Los Angeles 2 Davis 1 Jinhua 1 Salt Lake City 1 Wrzburg 1 Farmington, CT, USA 1 Eugene 1 Cologne 1 1 2 3 1 2 3 Top Journals Publications J Neurosci 8 J Neurophysiol 5 Nat Neurosci 4 Proc Natl Acad Sci U S A 3 Neuron 3 J Comp Neurol 3 Trends Neurosci 3 Brain Behav Evol 2 J Neurochem 2 Neuroscience 2 Eur J Neurosci 2 J Comp Physiol A 2 Ann N Y Acad Sci 2 Plos One 1 Front Neural Circuits 1 J Biotechnol 1 Plos Biol 1 Nat Rev Neurosci 1 Neural Dev 1 Nature 1 1 2 3 1 2 3 ... 45 Top Terms Publications Neurons 74 Animals 71 Action Potentials 26 Humans 23 Interneurons 22 Synapses 16 Synaptic Transmission 16 Rats 16 mannosyl-oligosaccharide 1,2-alpha-mannosidase activity 13 Models, Neurological 13 Neurotransmitter Agents 12 Nerve Net 12 Pyramidal Cells 12 Neural Pathways 12 Dendrites 11 Hippocampus 11 Data Collection 10 Time Factors 10 Retina 10 Nervous System 10 1 2 3 ... 45 1 2 3 ... 13 Top Authors Publications Markram H 2 Briggs F 1 Stopfer M 1 Raman B 1 Joseph J 1 Tang J 1 Luo L 1 Chou Y 1 Spletter M 1 Yaksi E 1 Leong J 1 Wilson R 1 Feng J 1 Zhang X 1 Leng G 1 Schreiner C 1 Atencio C 1 Marc R 1 Anderson J 1 Jones B 1 1 2 3 ... 13
个人分类: 信息分析|2855 次阅读|0 个评论
呼吸与神经元研究的基因知识发现
xupeiyang 2010-7-28 11:21
研究动态 http://www.bioon.com/biology/neuroscience/448435.shtml NeuroSci.:发现新生幼鼠用肺呼吸的基因 相关基因的知识发现 知识发现平台 http://arrowsmith.psych.uic.edu/arrowsmith_uic/index.html Start A-Literature C-Literature B-list Filter Literature A-query: Respiratory Rhythm C-query: Neurons The B-list contains title words and phrases (terms) that appeared in both the A and the C literature. 752 articles appeared in both literatures and were not included in the process of computing the B-list but can be viewed here . The results of this search are saved under id # 20093 and can be accessed from the start page after you leave this session. There are 378 terms on the current B-list ( 40 are predicted to be relevant), which is shown ranked according to predicted relevance. The list can be further trimmed down using the filters listed in the left margin. To assess whether there appears to be a biologically significant relationship between the AB and BC literatures for specific B-terms, please select one or more B-terms and then click the button to view the corresponding AB and BC literatures. Use Ctrl to select multiple B-terms. Rank Prob B-term 10.70clock gene 20.705-ht1a 30.70leptin 40.70toll receptor 50.69joubert syndrome 60.67phox2b 70.67tachykinin 80.67rem 90.66prokineticin 100.65gabaa 110.64creb 120.64ampk 130.62p2y1 140.62opioid receptor 150.60gaba a 160.60urocortin 170.58gaba a receptor 180.55prokineticin receptor 190.54oscillator 200.54ampa 210.535-ht 220.52erythropoietin 230.50glutamate receptor 240.50nk1 250.50g nitro l-arginine 260.49n g nitro 270.48pacap 280.45spike 290.44il-18 300.44hoxa2 310.43dopamine receptor 320.43nts 330.43tnf alpha 340.43epilepsy 350.42timeless 360.42locomotor activity 370.40calcium channel 380.40conductance 390.40clock 400.40theta 410.38bmal1 420.38circadian gene 430.37p300 440.36gaba 450.36krox20 460.35toll 470.35spike wave 480.34tnf 490.34circadian rhythm 500.34na h exchanger 510.33cdna 520.33cpap 530.31v1a 540.31olfactory 550.29fos 560.29related gene 570.29amyotrophic lateral sclerosis 580.28tau 590.25dark 600.23circadian clock gene 610.23reduced expression 620.221a 630.22cgmp 640.22domain 650.22parkinson disease 660.21hpa 670.21bulb 680.19chloride conductance 690.19myelin basic protein 700.19transporter 710.18myopia 720.18il-1 730.18alpha2a 740.18rest 750.16stretch 760.16als 770.15ca2 780.15axis 790.15mri 800.15lean 810.15anxiety 820.15cue 830.14camp 840.14glutamate decarboxylase 850.14monoamine oxidase a 860.14glia 870.1313c 880.13alzheimer disease 890.13mask 900.12mitochondrial 910.12cart 920.12pain 930.11task 940.11na 950.11sids 960.10lacking 970.09d4 980.09nano 990.09cat 1000.09mu 1010.09receptor gene 1020.09atp 1030.08spiral 1040.08vasoactive intestinal peptide 1050.08cord 1060.08hydrocephalus 1070.07snail 1080.07pro 1090.07eye 1100.07malate dehydrogenase 1110.07locus 1120.07wave 1130.07slow 1140.07co2 1150.06coma 1160.06gene 1170.06pancreatic polypeptide 1180.06adenylate cyclase 1190.06cytokine 1200.05ear 1210.05peroxisome 1220.05succinic semialdehyde dehydrogenase 1230.05nervous 1240.05h1 1250.05delta 1260.05interferon gamma 1270.05maze 1280.05fev 1290.05balloon 1300.05monoamine oxidase 1310.05rana 1320.04gap 1330.04carp 1340.04mlr 1350.04lipoprotein lipase 1360.04bp 1370.04obese 1380.04atm 1390.04fast 1400.04death 1410.04signal 1420.04cycle 1430.04nadh 1440.04block 1450.04act 1460.04lobe 1470.04clamp 1480.04bright 1490.04somato 1500.04o2 1510.04midline 1520.04diabetes 1530.03systolic blood pressure 1540.03white 1550.03pig 1560.03obesity 1570.03ion 1580.03glucagon 1590.03multiple sclerosis 1600.03novel 1610.02gamma 1620.02disc 1630.02sgc 1640.02damage 1650.02ct 1660.02bypass 1670.02switch 1680.02mice 1690.02light 1700.02nap 1710.02operator 1720.02lamb 1730.02acth 1740.02body weight 1750.02diabetes mellitus 1760.02e18 1770.02myocardial infarction 1780.02vasoactive intestinal polypeptide 1790.02tea 1800.02bb 1810.01gastrin 1820.01co 1830.01healthy human 1840.01gene human 1850.01fiber 1860.01region 1870.01key 1880.01fat 1890.01leaf 1900.01protein 1910.01blind 1920.01interferon 1930.01osa 1940.01ras 1950.01term 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Tue Jul 27 23:50:14 2010 Sem_filter: Genes Molecular Sequences, and Gene Protein Names 378 B-terms left after filter executed Tue Jul 27 23:54:04 2010 B-list on Tue Jul 27 23:55:06 2010 1 clock gene 2 5-ht1a 3 leptin 4 toll receptor 5 joubert syndrome 6 phox2b 7 tachykinin 8 rem 9 prokineticin 10 gabaa 11 creb 12 ampk 13 p2y1 14 opioid receptor 15 gaba a 16 urocortin 17 gaba a receptor 18 prokineticin receptor 19 oscillator 20 ampa 21 5-ht 22 erythropoietin 23 glutamate receptor 24 nk1 25 g nitro l-arginine 26 n g nitro 27 pacap 28 spike 29 il-18 30 hoxa2 31 dopamine receptor 32 nts 33 tnf alpha 34 epilepsy 35 timeless 36 locomotor activity 37 calcium channel 38 conductance 39 clock 40 theta Start A-Literature C-Literature B-list Filter Literature AB literature B-term BC literature Respiratory Rhythm clock gene Neurons 1: Circadian expression of clock gene s in human peripheral leukocytes.2007 Add to clipboard 2: Circadian clock gene s directly regulate expression of the Na(+)/H(+) exchanger NHE3 in the kidney.2005 Add to clipboard 3: Dexamethasone influences human clock gene expression in bronchial epithelium and peripheral blood mononuclear cells in vitro.2005 Add to clipboard 4: Alterations of circadian expressions of clock gene s in Dahl salt-sensitive rats fed a high-salt diet.2003 Add to clipboard 5: Angiotensin II induces circadian gene expression of clock gene s in cultured vascular smooth muscle cells.2001 Add to clipboard 1: Temporal dynamics of mouse hippocampal clock gene expression support memory processing.2010 Add to clipboard 2: Clock gene expression during chronic inflammation induced by infection with Trypanosoma brucei brucei in rats.2010 Add to clipboard 3: Effect of photoperiod on clock gene expression and subcellular distribution of PERIOD in the circadian clock neurons of the blow fly Protophormia terraenovae.2010 Add to clipboard 4: Spatio-temporal pattern of cells expressing the clock gene s period and timeless and the lineages of period expressing neurons in the embryonic CNS of Drosophilamelanogaster.2010 Add to clipboard 5: Glucocorticoid ultradian rhythmicity directs cyclical gene pulsing of the Clock gene Period 1 in rat hippocampus.2010 Add to clipboard 6: Age and oestrus cycle-related changes in glucocorticoid excretion and wheel-running activity in female mice carrying mutations in the circadian clock gene s Per1 and Per2.2009 Add to clipboard 7: The melatonin receptor MT1 is required for the differential regulatory actions of melatonin on neuronal 'clock' gene expression in striatal neurons in vitro.2009 Add to clipboard 8: Dopamine receptor-mediated regulation of neuronal clock gene expression.2009 Add to clipboard
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越聪明用脑越少
fs007 2010-7-27 09:46
按:发表于《南都周刊》,转载请注明。 迄今也未发现什么特别的培训项目有开发智力的功效,人的智力发育程度,取决于生活环境与一般教育水平。   聪明与否取决于意识的协调过程,而非参与的神经元的数量,爱因斯坦之所以聪明,可能是因为他用了更少的脑细胞活动,而不是更多。   文_寻正 插图_ccemilie   在媒体与日常广告中,很多人宣称人脑功能只用了极少部分,最常见的数字是10%,主张人脑只用了10%的人总会宣称这样的数据来源于科学研究。当被问到具体的内容时,有人宣称大科学家爱因斯坦在死后捐脑用于研究,聪明如他也只用了大脑的10%的功能,这种谎言足以满足一般的质疑者,但无法经得起科学检验。唯一能把爱因斯坦的大脑跟10%联系在一起的是科学家保存他的大脑使用的是10%的福尔马林。   人脑仅使用少部分功能这种说法可能起源于误解,而其传播则少不了众多以记忆增强、大脑开发、潜能利用等为目标的商业活动,包括各种培训、仪器、食品与药品等,人脑有大量潜力能够开发给他们留下了极大的想像空间,可以充分地吸纳易于受骗上当者的投资钱财,在西方,他们瞄准的多是脑功能减退的中老年人,而在中国,由于中国人重视教育,父母舍得投资孩子教育,他们常常瞄准了儿童与青少年。   认识程度10%不代表只用了10%   在人体器官中,科学对大脑的了解极为有限,受实验条件的限制,人体其他器官可以通过研究动物的相应器官来理解其功能,但人脑不行,因为人的高级智能活动几乎完全无法从其它动物身上观察到。   出于伦理道德的限制,科学家不能对人脑进行像其它器官那样的广泛深入的实验研究,科学家估计我们对人脑功能的认识程度目前只有10%,但认识程度10%显然不代表人脑只用了10%的功能。   误解来源之二可能是基于脑细胞的活动状态。在任何时候,正常的大脑只有少量的脑细胞(比如10%)处于活动状态,这让一些人想当然地认为大脑功能只用了10%。更多的脑细胞活动不会让人变聪明,反而是脑功能异常的表现,比如癫痫,就会有全脑细胞或某脑叶大部分脑细胞处于活动状态,人就丧失意识,全身痉挛,不仅脑功能失常,其它生理功能也大受影响。   第三个来源可能是对人脑的解剖结构的误解。人脑中10%的细胞是神经元细胞,其它是支持与传导细胞。神经元细胞缺乏再生能力,其它细胞也不会转化为神经元细胞,本事通天的人,也无法开发出其它细胞代替神经元细胞的功能。   人脑功能无法量化   人脑是人体最精致的器官,以2%的体重,消耗了15%的心输出量,20%的总氧耗,25%的能量(总耗葡萄糖量),对于一个生物来说,以如此大的代价维持一个功能只能使用10%的器官会构成显著的生存竞争劣势,如果存在这样的人,早就被自然淘汰了。   针对人脑功能的量化是一种极为粗糙的理解,比现代人祖先脑容量大的尼安德特人并没有在生存竞争中胜出;而人类的男性平均脑容量比女性多10%,但女性的智商却能比齐男性。   人脑本身的复杂程度是其它任何器官不能比的,相对于其它哺乳类动物,人脑跟它们一样具有所有的低级功能,比如体温调节,呼吸心跳的调节,全身的本体感受器(针对自身的感受器),视、听、味、触等环境感受器,小脑的平衡协调功能,以及一系列的内分泌及内脏调节的各项功能。   相对而言,由于这些脑功能有动物可供研究,在科学上我们懂得也很多,大部分时候,这些脑功能只对医生而言有意义,普通人更关心的是最后进化得来的新皮层,约占人脑四分之三的体积,远比其它任何动物要多的人脑组织结构。新皮层是语言与意识的载体,是区分人与动物的标志性结构,也是大家关心自己够不够聪明的物质基础。   人脑皮层不同区域会有意识功能的特化。比如右利手的人绝大部分语言中枢在左半脑,而左利手的人相当一部分人(1/5)在右半脑,大部分在左右半脑都有分布。人脑在物质结构上应该说同其它人体器官一样,都有功能储备,但这种功能储备的形式是不一样的,人脑的功能不是简单的物理化学功能,不是说一部分细胞丧失,其它细胞肥大再生就可以解决的。   神经细胞作为一个总体,再生能力就很差。脑细胞基于现实考量我们可以认为在成年后不会再分裂增加,死一个就少一个。比如长期酗酒会导致脑细胞的死亡,小脑萎缩的人会出现平衡障碍、手抖、行动迟缓等,而大脑萎缩就会让人部分地丧失脑功能。   人的聪明程度是质的区别   人脑的意识活动在现有的科学研究上确定为电活动,可能跟电脑的原理差不太多,只是更为复杂,缺乏中心处理器,或者是多中心处理器。人脑的功能储存主要体现在发育上,大脑受伤的人会由其它区域的皮层发展出相应功能,比如发育早期左半脑受伤,右半脑就肯定会发育语言中心。   大脑皮层只是一个物理结构,相当于计算机的裸机,计算机要有用处还得有软件;同样的,大脑在人出生时就是一个裸机,需要不停地发育,扩充软件,所以对幼儿而言,不停地接受刺激与发展智力是很重要的,由于不能对人进行实验,这种发育的重要性只能由个案说明,在美国有一个案例,一个女孩出生后被虐待幽闭了十三年,这十三年对她来说相当于发育与刺激的空白,当她被发现时,她没有发育出正常儿童的智力,随后一个科学团队对她进行了数年的培训,她的表现跟大猩猩差不多,她不能发展出人的高级脑功能,只能在精神病院度过余生。   人脑不是单纯的裸机,软件一旦装入,也会对大脑的物理化学结构产生影响,什么样的影响,还不为我们所知,我们唯一能观察到的现象是皮层的特化。由于伤害事故,脑部受伤的案例屡有发生,大脑的替代功能在患者年龄愈小愈明显。事实上婴孩出生时大脑历经产道可能就会发生各种微小伤害,但这些伤害对人的成长却完全没有影响,如果脑功能处于定形状态,那就危险了,你的语言中枢被破坏了一下,以后就结巴?事实上不是这样,口吃是发育问题。   人脑的意识活动是一种非常精致的工作机制,脑细胞参与意识活动必须遵循某种协调机制,除非一部分脑细胞能独立形成第二个网络,人脑能形成多个意识活动中心,参与意识活动的脑细胞总数并不具有太大意义,只要满足了足量的脑细胞参与意识活动,形成网络规模就行。   有研究表明,越是聪明的人,解决同样的难题,动用的脑细胞可能越少,也就是说,聪明与否取决于意识的协调过程,而非参与的神经元的数量,爱因斯坦之所以聪明,可能是因为他用了更少的脑细胞活动,而不是更多。   熟悉计算机的人知道,计算机运算能力在翻着跟斗地增加,但我们运行程序时却似乎看不到程序运行更快,那是因为一,现在的程序也越来越大,二,现代的程序员写程序很随意,根本不像二十年前的程序员对资源那么精打细算。聪明的人就如同二十年前的程序,它们短小精悍,所以运行更快。   因此,人脑的聪明程度是一种质的区别,而不是量的区别,取决于发育时期适当的培训与刺激,而不在于参与活动状态的神经元数量。在人的发育过程中,迄今也未发现什么特别的培训项目有开发智力的功效,人的智力发育程度,取决于生活环境与一般教育水平。
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“狂人”彼得 . 诺尔
xpzhan 2010-7-2 06:36
从浩瀚的宇宙、遥远的星际到微小的细胞、乃至原子和夸克,还有什么令我们更着迷?那就是我们用以探讨世界奥秘的大脑。我们是如何思维的,我们的自我意思和思想是如何形成的?我们如何感受爱,为什么爱?今年二月十七日,彼得 诺尔 (Peter Naur)宣布了一个关于人类意识脑机制的新发现神经突触状态理论。 千百年来,人类意识的奥秘吸引了无数科学家、哲学家和思想家。至今仍然众说纷纭,莫衷一是。面对有数10亿计的神经元的大脑,有时我悲观地想,人类也许永远也无法认识大脑活动的庐山真面目!彼得 诺尔的理论还不为人所熟悉,远未为人所结受但他已经单枪匹马向这个科学堡垒发动了冲击。 这位署名了近400部论文和论著的丹麦哥本哈根大学数据学院教授,分别在二月5日和13日被著名的《自然》和《神经元》杂志无理由退稿后,把他的论文寄给2003-2004年的172位《神经元》和《神经科学杂志》的作者,包括DNA双螺旋发现者、70年代开始从事神经科学高级功能研究的弗朗西斯﹒克里克教授。这个从未做过神经科学和心理学实验的计算机语言专家,宣称: 现代心理学在上一个世纪陷于行为主义和认知主义的泥沼 ,他的发现和重要意义 至少需要 20 年才能被理解和证实 。他认为正像DNA结构的发现对于分子生物学具有核心的意义一样,关于神经系统总体活动的这一新理论在神经科学领域对于生命的理解具有核心的意义。 正像著名诺贝尔奖得主弗朗西斯﹒克里克所说,生命体内难以找到像物理学里那样的基本理论。一个生命科学理论往往有这样那样的例外与之相抵触。而我们渴望有这样一个统一的、伟大的理论。或许彼得 诺尔是正确的,我们还要20年,也许更多年才能理解他;或许他的确太狂妄,他的理论是一派胡言。 彼得 诺尔在他的论文中试图用他的神经元突触状态理论去取代加拿大著名心理学家海布在1949年提出的细胞联合理论。他把他的理论着眼在神经元的突触上,他认为精神活动可以用谢林顿突触、习惯化和威廉﹒詹姆斯的意识流思想去描述。用这一理论可以解释行走、睡眠、催眠等生命现象;也可以解释基本的感觉现象;还可以解释意识流的某些方面,例如知觉、认知、注意、联想、表象、回忆、感觉和感知等等。 神经突触状态理论令人着迷。虽然他没有从事神经突触的直接研究,但现有的研究资料中,我们也找不出反对它的证据。当然,我们也没有支持他的证据,所以他就提出一个二十年的预言。他的论证方法也很奇特,不引用第一手的研究报告,只引用包括百年历史的专著。仿佛那浩如烟海的神经科学研究报告于他无用。然而,他的理论的确能让我们把单个神经突触和数以百亿计的突触的总体活动联系、统一起来。单个神经神经元突触的研究有一个实际的意义,因为人们有朝一日会由此认识某些神经疾病的机理并找到相应的治疗方法;而把它们总的联合起来考虑,本身就是揭示我们脑本质的方法之一。神经和心理科学不能为实验室科学家所独断,而是每一个人每时每刻都能走近的科学。   海布理论五十多年来,得到许多的实验支持。弗朗西斯 . 克里克在2003年《自然》(神经科学)的一篇综述中小心地提出了意识理论的框架;其中他多次引用海布的理论。彼得 诺尔没有拘于弗朗西斯 . 克里克的框架 ,在对海布理论提出三点质疑的同时,他提出了自己的理论。  首先,海布的理论并不能实现他理论的初衷。因为细胞的装配的发生并不能让我们理解行为是如何发生的;其次,连海布自己也宣称,例如吃的感觉一定有非常强的作用使中枢神经细胞放电恢复到正常时间关系上,而这一可能性是建立在感觉过程可能积极支持和引导一定的大脑组织活动这一假设上的。第三个缺陷是,该理论不能解释(像性唤起)感觉状态的时程变化上;该理论无法去推断性行为过程中的特殊抑制现象。    海布理论的缺憾不足为怪,因为他是从行为主义出发的,把人当成刺激反应机器。按照彼得 诺尔的理论,人的习惯就是突触的状态;习惯的形成,源于突触的可塑性。在人脑内有约100多亿神经突触人的精神状态就是这些突触效能的瞬间状态。同样是看见红颜色,人在不同的时间、地点其意识状态是不一样的;无限的突触状态对应于无限的意识状态。  不管彼得 诺尔承认与否,他的理论似乎颇受他作为一个计算机语言专家所拥有的背景的影响,他似乎把人脑的思维和意识类比为电脑程序的运算,而神经突触就类似于一个大程序中许多小程序的接口(他本人很不乐意这样比喻,因为突触的可塑性是任何计算机无法比拟的)。颇有可比意义的是弗朗西斯﹒克里克用英国和美国的选举比喻他的理论,来说明不同感觉在中枢的表象的竞争,赢得胜利者就是显性的意识状态。给人直觉是,他作为定居美国的英国人,他是从美英两个的选举制度得到的启示,给出脑的意识状态的形成机制,虽然那只是他的框架中的一个。   人脑意识问题如此深奥,有时我不免悲观地认为,我们永远也无法解开它的谜团,或者那个任务已经超过了我们脑自身的潜能。不知彼得 诺尔心目中的神经突触是什么,但有一点必须指出,那就是除了90%的经典突触外,还有电突触、树突-树突突触、轴突-轴突突触。此外,还有一些气体神经递质象一氧化氮、一氧化碳所介导的神经信号传递是否也与人的意识有关呢?人脑本身也不是完美无缺的,何况存在着个体差异,那么,用彼得 诺尔的方法---也许就是古典心理学的自省方法去诠释意识的神经本质,确实有点狂妄。 延伸阅读: http://www.naur.com/synapse-state.pdf Francis Crick Christof Koch (2003): A framework for consciousness, Nature Neuroscience 首发于博客中国 : http://www.blogchina.com/20100503931620.html
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中风,脑中永远的痛
liudongyang 2010-5-9 21:04
------缺血性中风及干细胞疗法 1 中风 1.1 流行病学 中风定义为一系列的血管源性临床症状,特征为快速发展的局部或全脑性的功能失调,持续可超过24小时或者导致死亡。分为缺血性中风(约占85%)和出血性中风(约占15%)两种。本文主要讨论缺血性中风。 缺血性中风为脑部血液的突然中断而发生的快速神经性损伤,可以导致永久性损伤及并发症,若得不到及时诊断和救治可以引起死亡。在美国和欧洲,中风是死亡的第三大原因,也是成年人残疾的首因。以美国为例,每年有近50万中风病人,近1/3的病人在发病的头几个月内死亡。仅有10%可以恢复到以前活动状态,50%康复的可以回家,同时需要有人帮助,另有40%的人保持在缺乏生活自理能力状态,或者要求明显的帮助。在世界范围内9%的死亡由中风引起的,成为继缺血性心脏病后的第二大死因。西方国家因中风死亡占10-15%,其中12%的死者小于65岁。2000年,中风引起的残疾成为导致减少伤残调整生命年( disability-adjusted life year s DALYs )的第六大原因。随着西方社会老年人口的增加,估计到2020年,中风将成为导致DALYs的第四大诱因。中风的直接治疗费用和家庭护理费用都是难以估计的一笔大数目。在全球,中风消耗了保健费用的2-4%,工业化国家中风耗去了4%的直接健康费用。整个社会在中风上的消耗因国家而有所差异:英国每年耗去76亿英镑(1995年价格),澳大利亚消耗13亿澳元,美国耗去409亿美元(1997价格)。与此同时,直接与中风相关的研究费用却是少的不成比例和令人失望。 图1美国2003年卫生研究经费分配示意图 数据来源: http://www.who.int/cardiovascular_diseases/resources/atlas/en/ 尽管发达国家的中风平均年龄调整死亡率为50-100人/10万人,但在不同国家有所不同。例如:以标准年龄死亡率估算,俄罗斯30-69岁的死亡率大于180人/10万人,加拿大却少于15人/10万人。存在这样巨大差异,除了地理因素,遗传因素不同之外,对中风治疗的不同也起到了一定的影响。过去50年中,发达国家的中风死亡率有了持续下降,但这种趋势在发展中国家却不太明显。西方社会中风死亡率的持续下降可以归功于对危险因子控制上的改进(特别在高血压和吸烟)和生活水平的同步提高,这一点应成为发展中国家学习的经验。 发展中国家因中风死亡的人数占全球中风死亡人数的2/3,这些国家的中风类型和诱因与发达国家相比均有所不同,对于发展中国家急需建立中风单元,另外长期的康复护理也需建立和加强。中国中风发病率为116-219人/10万人,死亡率58-142人/10万人,城市的中风发病率在上升,死亡率在下降;相反,乡村地区中风的发病率和死亡率都在上升。 1.2 中风的相关危险因素 中风的相关危险因素有:遗传家族史、年老、高血压、TIA(小中风)、糖尿病、高胆固醇、吸烟、房颤、偏头疼先兆、血栓形成倾向、肥胖和缺少活动、口服避孕药和雌激素替代疗法、吸食毒品与较低的社会经济地位等等。因此对中风的预防应从以上这些方面来着手,改变生活习惯,远离酒精、香烟与毒品,做好平时的体征自查工作。 2 缺血性中风的病理学 为了理解中风的症状和疗法,以及为何在不同病人有不同表现。首先必须知道脑的结构和功能。脑可以划分为三个区域:脑干、小脑、和大脑。脑干控制身体的很多基本功能:呼吸、咀嚼、吞咽和眼的运动。脑干也是大脑通向身体各部的主要通路。小脑位于脑干的背部,协调身体运动和平衡。 大脑分为左右两个半球。总的说来,左侧大脑接受身体右侧输入(感觉),并控制右侧的躯体运动。故中风损伤脑的左侧会导致右侧功能失常。相反, 右侧大脑控制身体左半边。 图2:脑部矢状面示意图 每侧大脑半球又分为四个叶。前叶控制运动、计划、语言表达;颞叶与听觉、记忆和行为有关系;顶叶解释感觉和理解语言;枕叶接受和感觉视觉。几乎所有的右利手人和大部分左利手人左侧大脑是决定脑(优势脑),执行着主要的语言功能。右侧脑控制着理解空间关系,辨认脸孔,音乐能力,也有助于集中注意力。 理论上中风症状有几千种,取决于哪一部分血管和哪一部分脑受损。主要 的一点是还要认识到出生之后,脑细胞不能分裂再形成新细胞。当一个人经受一次心肌梗塞,失去10%的心脏组织还可以跑一场马拉松;而失去10%的脑组织,则会造成灾难性的后果。 尽管脑仅占体重的2%,但却消耗了25%的氧气和70%的葡萄糖。与肌肉不同,大脑不能储存营养物质,因 此,脑部要求持续性的氧气和葡萄糖供应。如果血液供应中断30秒,出现意识昏迷,4分钟后脑将发生不可逆转的永久性损伤。脑的高代谢率,对血流变化的敏感,以及依靠持续的血液供应,决定了中风是怎样的危险。 当进入脑部的血流减少和脑本身发生出血。则供氧不足,葡萄糖得不到充分氧化,神经元供能不足,产生有害的废物,神经元不能执行正常功能,而且导致神经元的死亡。之后由于血流重新恢复灌注造成进一步损伤(再灌注损伤)和自由基的生成,引发形成一系列分子反应,引起导致脑功能的异常,在外部即表现为中风的症状。 机理: 脑部动脉血管发生阻塞,脑的一部分功能将受损,但结构上还处于完好,缺血中心由脑组织环绕。这部分称之为缺血性阴影(penumbra),此处与神经病学症状的改进和恢复有关,因此缺血阴影成为很多治疗干预的靶子。脑功能受损和结构完整可以在发病24h 后通过MRI来进行观察。在缺血阴影区内,随着能量减少,一系列的神经化学级联反应开始:离子的内平衡打破,谷氨酸释放出来,钙通道功能失调,氧自由基释放,膜结构瓦解,炎症变化,坏死和凋亡程序启动。在中风动物模型中,可以对这些级联反应的各个节点加以抑制,这便成为神经保护疗法的基础。梗塞中心的坏死是无可挽回的,也代表着缺血性反应的最终结果。 图4:缺血性中风血液灌流区域示意图 From The new England journal of medicine ( 2000 ) 脑部血流供应中断,产生的能量减少,能量减少导致离子泵衰竭,线粒体损伤,白细胞激活并释放炎症调节因子,氧自由基生成,放出兴奋性毒素。细胞内钠离子,钙离子和氯离子的浓度增加刺激了磷脂酶和蛋白酶,之后前列腺素和白细胞介素释放,DNA和细胞骨架断裂,最终膜结构破裂,细胞死亡。 图5:脑组织内因急性缺血引发神经元内的一些列分子事件。 脑部血流供应中断,产生的能量减少,能量减少导致离子泵衰竭,线粒体损伤,白细胞激活并释放炎症调节因子,氧自由基生成,放出兴奋性毒素。细胞内钠离子,钙离子和氯离子的浓度增加刺激了磷脂酶和蛋白酶,之后前列腺素和白细胞介素释放,DNA和细胞骨架断裂,最终膜结构破裂,细胞死亡。 3 中风的临床和试验性治疗的方法: 中风的临床治疗方法有:抗血小板药,溶栓剂,抗凝剂,钙离子通道阻断剂,三期手术干预等。一些新的药物也被证明对缺血性脑病(再灌注引起的细胞损伤)有效:抗氧化剂、泛素蛋白体系统抑制剂,生长因子、谷氨酸受体阻断剂和雌二醇等。此外,神经再生领域作为一个具有巨大潜力的未来方向受到了更多关注。 3.1 组织型纤溶酶原激活剂( tPA ) 1996 年美国FDA批准 组织型纤溶酶原激活剂(tPA)用于中风的临床治疗。 tPA 首先用于治疗心脏病,之后发现也可以分解脑血管中的凝块,恢复血液流通。病人若在中风后三小时内,接受tPA治疗,超过50%的病人在中风后三个月只留下轻微的残疾或者没有残疾。tPA如果给药太晚,不能溶栓,还会导致严重的出血。 3.2 抗血小板药物 血小板是循环在血液中的细胞碎片,在形成血块中扮演着主要角色。阿司匹林这样的药物可以抑制血小板功能,减弱血液凝固的趋势。阿司匹林疗法可以降低中风危险以及与中风有关的死亡。不幸的是,阿司匹林疗法伴随着这样的事实:即合适剂量尚不清楚。如果剂量太低,阿司匹林对于血小板没有效果,如果剂量太高,可能会导致血管壁释放出更多化学物质,导致形成更多凝块。很多权威人士推荐剂量为325-1200mg/d(1-4片),高于此剂量可用于预防心脏猝死。最近研究表明,低于80mg/d也有预防作用。尽管阿司匹林显示出减少中风危险效果,但也并非适用于每一个人。例如,阿司匹林不适于血压异常者。病人采取任何治疗措施,即使像服用阿司匹林这么简单的事,也应咨询其医生。阿司匹林应该成为预防心血管病更大计划的一部分。 噻氯匹定,一种相对较新的抗血小板药物,预防TIA(小中风)病人发生中风的作用比阿司匹林大15%。此药在有效性上的明显改进,也伴随着更严重的副作用,像丘疹、腹泻,白细胞减少及费用较高。 3.3 抗凝血药 与抗血小板药相似,抗血凝药干扰血凝过程,影响在血凝中起关键作用的酶。通常用的抗凝血药是法华令。因其比阿司匹林更有效,因此当阿司匹林无效时或确定是心源性血凝块时,推荐此药。 服用法华令的病人必须定期地进行血液---凝血酶原时间检测(测定凝血时间)。没有监测,剂量太低,增加了中风机会,太高又增加了出血性伴发症。病人也应意识到一些药物和食物可以改变法华令有效性,例如,一些绿叶蔬菜(如菠菜等,含有较多Vc)。对于服用抗凝血药病人不推荐限制饮食。 3.4 手术疗法 手术的目的在于提供一个血液进入大脑的通路。经常用颈动脉内膜切除术,可以移除颈动脉狭窄或粥样动脉硬化块的溃疡。 1991 年研究人员发布了两个有关研究颈动脉暂时性结果。参与者要么有过TIA,要么是非失能性中风,采取颈动脉内膜切除术后,比之于没有采取手术者,其中风发病减少了6成。这个引人注目的结果显示,颈动脉手术可能在预防中风复发中扮演重要角色。 首先要对这种疗法解释。颈动脉狭窄必须在特定部位,例如,如果病人在左侧脑半球发生了小中风,便不适于在右侧颈动脉狭窄处做手术。其次,这个研究结果由一个大的医疗中心进行(具有低的并发症机率)。因此,这个结果意味着颈动脉手术在最好的重要条件下,减少了中风的危险。最后,这个结果还要进行进一步证明是否适用于所有的医院。医生应用危险分级模型和血流测量,可以确定哪些人不需要手术,即使他们有颈动脉阻塞(超过90%)。 尽管这两个研究结果激动人心,这里仍无法解释,因为至少76%的人有颈动脉狭窄症状,却不发生TIA或中风。具体的原因正在研究,也许未来几年内会有结果。尽管从理念上呼吁移除颈动脉狭窄没有危险,在美国也仅有10%的手术完成率。这些证据表明:在医疗中心(医院)当此病的并发症和死亡率低于10%时,方可进行这项手术。 其他引导血液入脑的方法称作:颅-内外旁路。包括连接来自头皮的动脉与来自脑部的动脉(通过手术在颅骨上打开)。这种方法最近进行了大规模的协作测验,并没有显示出优点,因此被推荐这种方法。 除了这些方法之外 随着细胞生物学和干细胞技术的进展,采用干细胞治疗中风成为人们关注的焦点。 4 干细胞在中枢神经系统发育中的作用 干细胞的特性:无限的自我更新能力,可以产生具有有丝分裂潜能和严格限制类型的分化细胞。通过光学和相差显微镜观察不同的干细胞培养物,它们有着同一的细胞群。经过传代培养,这些细胞展示一个较大却高度不同的扩增潜力。尽管具有高度的体外扩增能力,经过调整传代培养的前体细胞却不会失去其正常的核型和端粒酶活性。干细胞展示的性状可以界定为以下三种:多向分化潜能性、多潜能性和全能性。多向分化潜能性意味着可以生成多种类型的细胞,多能干性意味着可以形成一个器官的大多数组织。全能性预示着这些细胞可以特化为胚胎外膜和组织,胚胎和所有胚胎后膜、组织和器官 。 4.1 胚胎时期 早期的神经上皮经历了形成一个封闭神经管的生长过程。即一个中央管通过折叠或聚集,随后形成空腔。最初的神经管由一群在增殖性、形态学上一致的神经上皮干细胞(Nep)组成。Nep细胞或神经干细胞最初以假复层单层上皮的形式覆盖了从中央管和外则限制膜的区域。Nep细胞持续性增殖,在体内特有的时空模式下,经过几天生成成熟的神经元、少突胶质细胞和星状细胞。脑室区的有丝分裂增殖活动伴随着细胞核在胞浆内的移位。干细胞生成分化的后代细胞失去了粘附于基膜的能力,同时快速迁移到皮层整个区域。随着发育进展,神经管的腔室逐步消失,存在于脑室区的前体细胞的特性发生变化,但仍有一些为分化的细胞存在于室管膜下层。侧脑室下区存在着一些混合的可以产生神经元的和胶质细胞的前体细胞。这个区域有助于整个生命过程中神经的发生。在脊髓,后脑和小脑没有SVZ(室管膜下区),在出生以后仅有少量的神经发生。 4.2 成年时期 几十年来,已有的结论宣称成年哺乳动物的脑内没有新的神经元再生。但在过去的十五年中,大量的数据证明神经干细胞NSCs实际上存在于动物的一生,成年哺乳动物的神经干细胞主要存在于大脑海马齿状回和脑室管膜的下区,每天在侧脑室下区和海马齿状回都有新的神经元产生。NSCs可以从脑内分离并在体外进行培养。当有碱性成纤维细胞生长因子(bFGF)和表皮生长因子(EGF)存在的条件下可以形成神经球。在细胞因子撤出后,神经球可以分化为:神经元、星状细胞和小胶质突起细胞。最近的在体研究证实,NSCs表现出星形胶质细胞的一些特性,这些细胞存在于由神经上皮细胞形成的神经管的发育连续体的末端,并伴随着一些可以在胎脑内作为新生神经元父代和放射状迁移指导的放射状神经胶质细胞。尽管在发育末期,放射胶质细胞大部分消失,还有一些存留下来作为多能干星状细胞而存在于SVZ和SGZ,在这里他们以后被称之为NSCs。这些细胞在后来的生命过程中源源不断地供应着新生的神经细胞。 图6:神经干细胞体外分化示意图 5 内源性干细胞和他们的多能干性 干细胞增殖分化是一个有序的高度调节链条,包括细胞增殖、迁移、分化和成熟,通过这个过程在成年器官内生成和维持很多细胞系。在这条链上最早的细胞为干细胞,结合其强大的自我更新能力,干细胞显示出生成多种分化类型的广阔潜能。长期以来,人们一直认为干细胞以特定的方式固定的发育,严格的生成特定的细胞系,即干细胞只能分化为其来源组织的细胞,例如:骨髓生成骨细胞,上皮生成上皮细胞。这个固有的概念最近因为几个意外的发现而受到了挑战。已有报道提出:一定的干细胞,除了来源于已知其组织来源地细胞外,也可以生成一系列不同类型的前体细胞。因此,造血干细胞除可以生成血细胞外,还可以生成肝脏卵圆细胞,即血可以转变为肝。另外神经干细胞可以产生三种神经细胞,也可以分化为造血干细胞;间充质细胞可以分化为神经细胞。成年器官为了适应在组织生长和修补过程中的对前体细胞的要求,具有募集其他组织中的不确定前体细胞的能力。在肌肉修复过程中观察表明:骨髓中间充质细胞可以旅行到骨骼肌。但是,为了表达其分化程序,一个循环中的细胞必须定居在合适的微环境中。 6 干细胞治疗中风的潜能 最近的进展已经推动着急性缺血性中风的疗法进入了一个可治疗的年代。然而,一旦中风的损伤扩大化,要想达到病前的功能恢复,我们可做的努力是微乎其微。尽管有了快速的治疗上的反应,但很多病人依旧是存在长久的功能缺陷。作为理疗的辅助疗法,已有几项新的神经康复方法正在进行研究。已有的试验性的动物数据支持干细胞移植的安全性和有效性,通过移植可以提升严重缺血性脑损伤的神经学上的康复。胚胎干细胞、成年干细胞、胎猪细胞和人胚胎干细胞经受了评估。受到动物实验成功的鼓励,临床试验也受到了推荐。 6.1 人畸胎瘤的细胞系NTerc-2 在已经报道的临床试验中,缺血性中风病人的基底神经节损伤,采用人畸胎瘤的细胞系NTerc-2产生的神经元植入脑内,在经历一个复杂的诱导过程后,这些细胞长出了神经元。同时观察到了一些病人临床症状的改善,而且相关的移植位点代谢和功能得到了增加。此外,手术后两年对病人尸检揭示移植的细胞群表达了一个神经元的标志。研究中发现的不同细胞类型揭示:在不同的动物和人的缺血性中风脑内发生了神经再生。 6.2 来自于胚胎,骨髓和脐带的干细胞 来自于胚胎,骨髓和脐带的干细胞具有增殖特性和表型可塑性,然而为了移植而在体外进行增殖是难以达到的。因为财政支持和伦理学的障碍限制了人类胎儿组织的使用,已有几个实验室开始寻求开发移植组织的替代资源。一种替代资源是来自于人睾丸细胞瘤的永生细胞系NT2。纯化的NT2细胞表现出完全分化为神经细胞系的能力,这样可以避免分化成为神经康复中也有作用的少突胶质细胞和星形细胞。另外,试用猪胎细胞,原始纹状体细胞(LGE)进行移植,在动物模型上也观察到细胞的存活和生长。尽管体内实验的数据显示LGE细胞的安全性和有效性,但其只能选择性应用于纹状体受损的中风病人。综上所述,对于NT2 和 LGE细胞临床试验意味着移植是可行的,同时又要注意其增加了硬膜下血肿、癫痫和静脉栓塞的危险。 骨髓实质细胞(BMSCs)可以产生包括骨、软骨、脂肪组织、肌肉、干细胞、胶质细胞和神经元在内的各种细胞。同时,骨髓干细胞可以分化成表达神经前体细胞标志的细胞。大鼠移入BMSCs可以观察到局部缺血后功能的康复,这其中,化学趋化因子吸引着移植的细胞进入脑部缺血区域。临床前试验的成功开创了一个具有限制性,应用自家BMSCs进行静脉内注射给药,对于早期的缺血性脑损伤的病人的临床试验。 多能干细胞的另一来源是脐带血干细胞,在选择性的生长因子条件下,可以生长出神经元和胶质细胞标记的后代。把这些未分化的细胞移植到中脑动脉受阻的大鼠,促进了其行为方面的康复。 6.3 脂肪组织的组分多能干间充质细胞 有报道称人脂肪组织的实质-血管组分内含有多能干间充质细胞,这些细胞在体内可以分化为包括:脂肪细胞、成骨细胞、软骨细胞核成肌细胞在内的间充质系细胞。此外,脂肪组织的培养物传代后,也可以得到一些基质细胞(表达有组成间充质干细胞的细胞表面标志),也表达了 Nestin,意味着具有分化为神经细胞系的功能。把脂肪组织基质细胞注入到健康大鼠的侧脑室,观察到这些细胞迁移到脑的多个区域,包括对侧的大脑皮层。进一步,把MCAC和脂肪组织基质细胞植入到大鼠,与对照组相比,可以明显地促进大鼠运动和体感觉的康复。 6.4 其他来源的干细胞 已有几个实验室也从分离的人脑CNS的原始培养物中制备到干细胞。但这些细胞对于成年缺血性动物模型的作用没有其他几种干细胞对这些模型的作用明显。利用从转基因小鼠海马增殖区永生干细胞系研究证实,移入这些细胞减小了梗塞的体积,改进了因缺血造成运动感觉缺陷的康复。尽管干细胞疗法已经被人们接受作为一种合适的医学研究方法,但应用胚胎干细胞很大程度上人们认为是不道德。羊水也可以作为胚胎干细胞的一个来源,与其他胚胎干细胞(直接由胚胎分离所得)相比。在伦理上更易被接受。此外,克隆羊水来源干细胞可以表现出间充质和神经干细胞的一些特性。羊水干细胞可以促进试验性小鼠再灌注引起的脑损伤导致的行为缺陷。进一步讲,与胚胎干细胞相比,羊水来源的干细胞也有广泛的神经保护作用。 7 干细胞治疗中风的机制 目前,人们提出了干细胞促进脑损伤康复的各种可能机制。 7.1 替代说 干细胞在特定的化学激动因子的生化指导下,可以选择性的整合进入受损的神经组织 ,之后进行分裂、增殖、进而替代死亡的组织,重建丢失的神经通路,从而变现为外在的可观察到的功能性康复。 7.2 营养说 此假说认为,干细胞的神经保护作用是因为干细胞定居在缺血脑组织半阴影区释放出营养因子,他们促使因损伤而失去的功能的恢复。 7.3 免疫抑制说 有研究提出,干细胞可以使成年细胞保护脆弱的神经组织免受炎症的危害,形成新的细胞,刺激滋养神经组织的血管和轴突的新生。人的干细胞注射进入已中风小鼠脑部,可以使受损的细胞减少了60%。 Texas Medical School 的Sean发表在PNAS的文章证实,干细胞不是以前人们想象那样简单的替代受损组织,相反这些幼年细胞发动脑内成年细胞的开关,同时阻止中风导致的可以引起神经损伤的免疫反应。人鼠细胞之间发生了交谈,人干细胞熄灭了一些炎症反应和免疫应答,同时鼠脑内的免疫细胞(小胶质细胞)平静下来并停止对健康神经组织的攻击。 结语: 尽管我们不能令因中风而丢失的脑区重新长出,干细胞技术作为一个快速发展的领域,将对未来的缺血性脑损伤的治疗产生深远的影响。目前已经阐明,NSCs存在于脑内,中风后可以经历有限的神经发生。已有的证据表明,给于适当的细胞因子可以使内源性的应答得以扩大。外源性的干细胞提供了一个互补性的优点,即可以对细胞分化命运,细胞数目,时间,移入位置进行控制,而且数目上不受限制。移植神经源和非神经源细胞在前临床缺血性脑损伤模型使动物的功能得以恢复,这个事实具有鼓励作用。干细胞移植作为改善人类生存质量的新的医疗技术,除了保证其最高的安全性和科学上的严谨性,同时得到支持促使其快速的前进。 参考文献 Thomas Brott , Julien Bogousslavsky. Treatment of acute ischemic stroke .The New England Journal of Medicine,2000,343(10):710-722. Ashish K Rehni, Inderbir Singh, Nirmal Singh, et al. Stem cells: implication in experimental ischemic stroke therapy .Stem Cell Rev,2008,4:227-233. Terry C. Burns, Catherine M. Verfaillie, Walter C. Low. Stem cells for ischemic brain injury: a critical review .The Journal of Comparative Neurology,2009, 515:125-144. Hoonkyo Suh, Wei Deng, Fred H.Gage. Signaling in adult neurogenesis . Annu. Rev. Cell Dev.Biol.2009,25:11.1-11.23. Ming Liu, Bo WU, Wen-Zhi Lee, et al. Stroke in China: epidemiology , prevention, and management strategies . Lancet Neurol,2007,6:456-464. Michael Brainin, Yvonne Teuschl , Lalit Kalra. Acute treatment and long-term management of stroke in developing countries .Lancet Neurol,2007,6:553-561. Anthony Rudd, Charles W. Olfe. Aetiology and pathology of stroke .Hospital pharmacist,2002,9:32-36. Keith W Muir, Alastair Buchan, Rudiger von Kummer , et al. Imaging of acute stroke . Lancet Neurol,2006,5:755-768. Geoffrey A Donnan, Marc Fisher, Malcolm Macleod, et al. Stroke .Lancet, 2008,371:1612-1623. 吴运泉,马秀琴. 中风防治与康复 . 北京:科学出版社,2000. www.med.yale.edu/library/heartbk/18.pdf:Stroke . www.who.int/cardiovascular_diseases/resources/atlas/en/ 注: 此为课程作业,翻译腔太浓。
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海马神经元形成在学习和记忆中的作用研究进展
xupeiyang 2009-11-17 13:04
http://www.gopubmed.org/web/gopubmed/1?WEB01kqpckyo8hmcqI1mI1I00f01000j10040001rl ((memories and hippocampus and neurogenesis) =Memory ) =Neurons 16 of 33 documents semantically analyzed Top Years Publications 2007 5 2009 3 2001 3 2006 2 2008 1 2005 1 2004 1 Top Countries Publications USA 7 France 3 Argentina 1 Italy 1 China 1 Canada 1 Germany 1 Top Cities Publications Orsay 3 Buenos Aires 1 Rome 1 Nanjing 1 Baltimore 1 Toronto 1 Freiburg 1 Princeton 1 Houston 1 Top Journals Publications Neuron 3 Nature 2 Cognition 1 Proc Natl Acad Sci U S A 1 Plos Biol 1 Neuroscientist 1 Rev Neurosci 1 J Neurosci Res 1 Hippocampus 1 Neurosurg Clin N Am 1 J Neurosci 1 Nat Neurosci 1 Neuroscience 1 1 2 3 ... 9 Top Terms Publications Neurons 16 Adult 16 Memory 16 Hippocampus 15 neurogenesis 15 Animals 14 hippocampus development 11 learning 10 Dentate Gyrus 10 Neuronal Plasticity 10 learning or memory 8 Humans 8 dentate gyrus development 8 Stem Cells 7 Cell Differentiation 7 Cell Proliferation 6 Plastics 6 Rats 5 homeostasis of number of cells 4 Learning 4 1 2 3 ... 9 1 2 3 4 Top Authors Publications Laroche S 3 Bruel-Jungerman E 3 Shors T 2 Gage F 2 Davis S 2 Rampon C 2 Dalla C 1 Papachristos E 1 Whetstone A 1 Aimone J 1 Wiles J 1 Tirone F 1 Farioli-Vecchioli S 1 Saraulli D 1 Costanzi M 1 Pacioni S 1 Cin I 1 Aceti M 1 Micheli L 1 Bacci A 1 1 2 3 4 http://www.sciencenet.cn/htmlnews/2009/11/225173.shtm 《细胞》:科学家首次证明神经元的形成能清除旧有记忆 海马神经元 据国外媒体报道,日本科学家11月13日在《细胞》( cell )杂志上发表研究文章称,新生脑细胞能破坏大脑海马区的脑细胞之间的联系。海马区是脑部和学习及记忆有关的区域。科学家表示,清除大脑旧有记忆能够为学习新知识提供空间。 加拿大多伦多病患儿童医院神经科学家保罗-弗兰科兰表示,此前已经有科研人员提出神经元的形成能够清除旧有记忆的观点,但是日本科学家在《细胞》杂志发表的文章是首个找到证据证明这一观点的研究。上个世纪50年代,科学家发现大脑中的海马区在存储信息的过程中扮演着至关重要的角色,如果切除掉海马区,那么以前的记忆就会一同消失。科学家已经知道记忆最初在大脑海马区形成,而后转移到大脑其他区域长期保存。海马体主要负责学习和记忆,日常生活中的短期记忆都储存在海马体中,如果一个记忆片段,比如一个电话号码或者一个人在短时间内被重复提及的话海马体就会将其转存入大脑皮层,成为永久记忆。在一段时间内,记忆在海马区和脑部其他区域共存。不过科学家仍未了解的是,经过数月或数年后记忆是如何被从海马区清除的?海马区的神经细胞如何把信息固定下来? 日本富山大学神经学家井口薰和他的同事利用辐射和其他基因方法,阻止老鼠脑部神经元形成。这些老鼠被置于特别的笼子内,科学家训练它们对轻微的电击感到恐惧。科学家发现,这些老鼠只能依赖海马区唤回恐惧记忆。而对比组老鼠,大脑神经元的形成并未受到阻滞,它们能够跳过海马区从脑部长期储存中找回恐惧记忆。科研人员还发现,通过一些有助于神经元形成的运动,老鼠的旧有记忆从海马区被清除的速度加快。不过井口薰表示,研究结果并不意味着新生神经元在大脑形成新记忆方面不必要。 科研人员还探讨了神经元形成在学习和记忆中的作用。海马区是成年人大脑中形成新神经元的两个区域之一。此前的研究认为,新生神经元能够加固记忆电路。但是日本科学家的最新研究却推翻了这一观点,新神经元削弱甚至破坏海马区为旧有记忆编码的脑细胞之间的联系。 井口薰说:我们的发现并没有否认神经元形成在获得记忆方面的重要作用。海马区神经元形成不但能清除旧记忆,还能获得新记忆。从本质上讲,新神经元通过防止海马区被大量旧记忆塞满而形成新记忆。 更多阅读 《连线》相关报道(英文) 《细胞》发表论文摘要(英文) http://www.wired.com/wiredscience/2009/11/new-brain-cells-may-knock-out-old-memories/?utm_source=feedburnerutm_medium=feedutm_campaign=Feed%3A+wired%2Fscience+(Wired%3A+Science ) New Brain Cells May Knock Out Old Memories By Tina Hesman Saey, Science News November 12, 2009 | 5:44 pm | Categories: Brains and Behavior Old memories may get the boot from new brain cells. A new rodent study shows that newborn neurons destabilize established connections among existing brain cells in the hippocampus, a part of the brain involved in learning and memory. Clearing old memories from the hippocampus makes way for new learning, researchers from Japan suggest in the November 13 Cell . Other researchers had proposed the idea that neurogenesis, the birth of new neurons, could disrupt existing memories, but the Cell paper is the first to show evidence supporting the idea, says Paul Frankland, a neuroscientist at the Hospital for Sick Children in Toronto. Scientists have known that memories first form in the hippocampus and are later transferred to long-term storage in other parts of the brain. For some amount of time the memory resides both in the hippocampus and elsewhere in the brain. Whats not been known is how, after a few months or years, the memory is gradually cleared from the hippocampus. Researchers have also debated the role of neurogenesis in learning and memory. The hippocampus is one of only two places in the adult brain where scientists know that new neurons form. On the basis of previous studies, many researchers think new neurons stabilize memory circuits or are somehow otherwise necessary to form new memories. The new study suggests the opposite: Newborn neurons weaken or disrupt connections that encode old memories in the hippocampus. Kaoru Inokuchi, a neuroscientist at the University of Toyama in Japan, and his colleagues used radiation and some genetic tricks to block neurogenesis in rats and mice that had been trained to fear getting a mild electric shock when placed in a particular cage. Control animals, with normal neurogenesis, eventually were able to bypass their hippocampi and retrieve the fear memory directly from long-term storage. But animals in which neurogenesis had been blocked still depended on the hippocampus to recall the fear memory, the researchers found. Running on an exercise wheel, which boosts neurogenesis, also sped the rate at which old memories were cleared from the hippocampus. But that doesnt mean new neurons arent necessary to teach old brains new tricks, says Inokuchi. Our findings do not necessarily deny the important role of neurogenesis in memory acquisition, Inokuchi says. Hippocampal neurogenesis could have both of these roles, in erasing old memories and acquiring new memories. Essentially, the new neurons may aid formation of new memories by keeping the hippocampus from filling up with old ones. Frankland adds, This is about as novel as it gets in the field of neurogenesis and memory. It pretty much represents an entirely new framework that other researchers will chip away at for years to come. Image: Hippocampal neuron/NIH See Also: Memory Switch Could Enable Brain Hacks The Messy Future of Memory-Editing Drugs Memory Disruption Could Aid Addicts Video: US Memory Champ Helps You Program Your Memory Marijuana Could Be Good for Memory But Not if You Get High http://www.cell.com/abstract/S0092-8674(09)01309-9 Adult Neurogenesis Modulates the Hippocampus-Dependent Period of Associative Fear Memory Takashi Kitamura 1 , 2 , 3 , Yoshito Saitoh 1 , 2 , 3 , Noriko Takashima 1 , 3 , Akiko Murayama 1 , 3 , Yosuke Niibori 1 , 3 , 5 , Hiroshi Ageta 1 , 6 , Mariko Sekiguchi 1 , 3 , Hiroyuki Sugiyama 4 and Kaoru Inokuchi 1 , 2 , 3 , , 1 Mitsubishi Kagaku Institute of Life Sciences, MITILS, 11 Minamiooya, Machida, Tokyo, 194-8511, Japan 2 Department of Biochemistry, Faculty of Medicine, Graduate School of Medicine Pharmaceutical Sciences, University of Toyama, 2630Sugitani, Toyama 930-0194, Japan 3 Japan Science and Technology Agency, CREST, Kawaguchi 332-0012, Japan 4 Department of Biology, Graduate School of Science, Kyushu University, Fukuoka 812-8581, Japan Corresponding author 5 Present address: Program in Neurosciences and Mental Health, Hospital for Sick Children Research Institute, Toronto, Canada M5G 1X8 6 Present address: Institute for Comprehensive Medical Science, Fujita Health University, Aichi 470-1192, Japan Summary Acquired memory initially depends on the hippocampus (HPC) for the process of cortical permanent memory formation. The mechanisms through which memory becomes progressively independent from the HPC remain unknown. In the HPC, adult neurogenesis has been described in many mammalian species, even at old ages. Using two mouse models in which hippocampal neurogenesis is physically or genetically suppressed, we show that decreased neurogenesis is accompanied by a prolonged HPC-dependent period of associative fear memory. Inversely, enhanced neurogenesis by voluntary exercise sped up the decay rate of HPC dependency of memory, without loss of memory. Consistently, decreased neurogenesis facilitated the long-lasting maintenance of rat hippocampal long-term potentiation invivo. These independent lines of evidence strongly suggest that the level of hippocampal neurogenesis play a role in determination of the HPC-dependent period of memory in adult rodents. These observations provide a framework for understanding the mechanisms of the hippocampal-cortical complementary learning systems.
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互联网个人空间即将出现重大变化
liufeng 2009-9-11 08:51
作者: 刘锋 1997年,互联网个人空间伴随着博客出现,10年过去了,电子邮箱,互动问答,即时通讯软件,微博客等功能不断融入到个人空间中。这些应用已经出现在雅虎,新浪,搜狐,网易等网站的用户系统中。 在这些变化之后,互联网个人空间还将出现什么重大的进展,这一点本质上与互联网正在出现的各虚拟神经系统有关. 我们在新的互联网虚拟大脑论文中阐述了互联网躯体感觉神经系统,视觉神经系统,听觉神经系统,运动神经系统的运行结构. 这些系统都与互联网个人空间(映射型虚拟神经元)发生联系。这也就是说互联网个人空间一定将会出现相应的接口(图3)。 图3 即将出现的互联网个人空间结构图 具体的应用案例如:互联网用户可以登陆到自己的个人空间中,通过个人空间的虚拟运动神经接口,远程操控家庭吸尘器清扫房间,也可以通过个人空间的虚拟视觉听觉神经系统接口,实时体验森林,沙漠或草原的自然风光。 我们已经从理论上证明和预测互联网个人空间的重大变化,下一步的关键问题是: 哪一个网站会率先完成这些功能?会是中国的网站么? 附录一 互联网个人空间与互联网神经元的关系 我们在互联网进化论中提出互联网个人空间与人脑的知识功能区互成映射, 如博客对应了共享知识,智力互动问答对应了可交易知识和问题,电子邮箱对应了非公开信息。 把它们绘制出来,大家会发现与人脑中的神经元异常相似。 于是我们将互联网个人空间定义为互联网的映射型虚拟神经元(图一)。 随着互联网进化论研究的深入,我们在2009年8月发表的论文中绘制出新的互联网虚拟大脑结构图,它比我们在2008年5月绘制的互联网虚拟大脑结构图更为详细。 图二(新互联网虚拟大脑结构图) 更多互联网虚拟大脑理论内容请访问: http://www.intevl.com 电子书《互联网进化论》第四版下载: http://www.intevl.com/Int-Evo-law.rar
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科学家发现了瘙痒神经元的信息分析
xupeiyang 2009-8-14 11:25
http://www.sciencenet.cn/htmlnews/2009/8/222290.shtm 科学家们已经查明了小鼠体内的一组对瘙痒刺激进行反应的神经元,该组神经元会通知脑部现在是开始瘙抓的时候了。这些发现本身也挠到了神经科学一个长期的痒处:即神经系统是否对痛觉和瘙痒的感觉以同样的方式进行处置。研究人员对瘙痒是否基本上不过是疼痛的一种形式或体内是否有专门的瘙痒、疼痛及其他感觉(即所谓的标示线路假设)的神经通路进行过辩论。迄今为止,有关这一假说的证据仍然不甚一致,但由Yan-Gang Sun所做的一项新的研究应该有助于息止这一争议。研究人员过去曾经确认了一种叫做GRPR的神经元受体是感受瘙痒刺激但却不感受疼痛刺激的受体。现在,这些研究人员证明,那些脊髓中缺乏GRPR受体神经元的小鼠不会对瘙痒刺激进行挠抓反应,但它们感受疼痛的能力则与正常小鼠一样。结果,这类表达GRPR的神经元被发现与另外一组叫做SST的神经元是不同的,而这曾经是人们过去争辩的焦点。这些新的发现因而提示,表达GRPR的神经元是一个人们长期以来寻找的脊髓中的瘙痒感觉标示线路的组成成分。 信息分析平台: http://www.gopubmed.org/web/gopubmed/1?WEB01mdyex09iu5ukImI1I00c000j10040001rl 检索策略:GRPR and pruritus 分析结果: Top Years Publications 2008 1 2007 1 Top Countries Publications Canada 1 USA 1 Top Cities Publications Calgary 1 St. Louis 1 Top Journals Publications J Hepatol 1 Nature 1 Top Authors Publications Swain M 1 Chen Z 1 Sun Y 1 1 2 3 Top Terms Publications central nervous system maturation 2 central nervous system development 2 central nervous system formation 2 central nervous system morphogenesis 2 dorsal spinal cord development 2 cerebrospinal fluid secretion 2 gastrin-releasing peptide receptor binding 2 behavioral response to pain 2 spinal cord development 2 inflammatory response 2 response to pain 2 Receptors, Peptide 2 Spinal Nerve Roots 2 Spinal Cord 2 Skin Diseases 2 Liver Diseases 2 Ganglia, Spinal 2 Dermatitis, Atopic 2 Cerebrospinal Fluid 2 Gastrin-Releasing Peptide 2 1 2 3 相关文献: Gastrin-releasing peptide and pruritus : more than just scratching the surface. PMID: 18280606 Related Articles Authors: Swain, M G Journal: J Hepatol , Vol. 48 (4): 681-3 , 2008 Abstract: A gastrin-releasing peptide receptor mediates the itch sensation in the spinal cord. Sun YG, Chen ZF. Itching, or pruritus , is defined as an unpleasant cutaneous sensation that serves as a physiological self-protective mechanism to prevent the body from being hurt by harmful external agents. Chronic itch represents a significant clinical problem resulting from renal diseases and liver diseases, as well as several serious skin diseases such as atopic dermatitis. The identity of the itch-specific mediator in the central nervous system, however, remains elusive. Here we describe that the gastrin-releasing peptide receptor ( GRPR ) plays an important part in mediating itch sensation in the dorsal spinal cord. We found that gastrin-releasing peptide is specifically expressed in a small subset of peptidergic dorsal root ganglion neurons, whereas expression of its receptor GRPR is restricted to lamina I of the dorsal spinal cord. GRPR mutant mice showed comparable thermal, mechanical, inflammatory and neuropathic pain responses relative to wild-type mice. In contrast, induction of scratching behaviour was significantly reduced in GRPR mutant mice in response to pruritogenic stimuli, whereas normal responses were evoked by painful stimuli. Moreover, direct spinal cerebrospinal fluid injection of a GRPR antagonist significantly inhibited scratching behaviour in three independent itch models. These data demonstrate that GRPR is required for mediating the itch sensation rather than pain, at the spinal level. Our results thus indicate that GRPR may represent the first molecule that is dedicated to mediating the itch sensation in the dorsal horn of the spinal cord, and thus may provide a central therapeutic target for anti-pruritic drug development. Affiliation: Liver Unit, University of Calgary, Health Sciences Center, 3330 Hospital Drive, NW, Calgary , Alta., Canada T2N 4N1. swain@ucalgary.ca Title: A gastrin-releasing peptide receptor mediates the itch sensation in the spinal cord. PMID: 17653196 Related Articles Authors: Sun, Y G , Chen, Z F Journal: Nature , Vol. 448 (7154): 700-3 , 2007 Abstract: Itching, or pruritus , is defined as an unpleasant cutaneous sensation that serves as a physiological self-protective mechanism to prevent the body from being hurt by harmful external agents. Chronic itch represents a significant clinical problem resulting from renal diseases and liver diseases, as well as several serious skin diseases such as atopic dermatitis. The identity of the itch-specific mediator in the central nervous system, however, remains elusive. Here we describe that the gastrin-releasing peptide receptor ( GRPR ) plays an important part in mediating itch sensation in the dorsal spinal cord. We found that gastrin-releasing peptide is specifically expressed in a small subset of peptidergic dorsal root ganglion neurons, whereas expression of its receptor GRPR is restricted to lamina I of the dorsal spinal cord. GRPR mutant mice showed comparable thermal, mechanical, inflammatory and neuropathic pain responses relative to wild-type mice. In contrast, induction of scratching behaviour was significantly reduced in GRPR mutant mice in response to pruritogenic stimuli, whereas normal responses were evoked by painful stimuli. Moreover, direct spinal cerebrospinal fluid injection of a GRPR antagonist significantly inhibited scratching behaviour in three independent itch models. These data demonstrate that GRPR is required for mediating the itch sensation rather than pain, at the spinal level. Our results thus indicate that GRPR may represent the first molecule that is dedicated to mediating the itch sensation in the dorsal horn of the spinal cord, and thus may provide a central therapeutic target for antipruritic drug development. Affiliation: Department of Anesthesiology, Washington University School of Medicine Pain Center, St Louis , Missouri 63110, USA .
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公布若干有关电磁场对神经细胞影响的研究进展(之三):工频电磁场对皮层神经元瞬时外向钾电流的影响
热度 1 人为峰 2009-8-8 08:55
工频电磁场对皮层神经元瞬时外向钾电流的影响 1. 引言 随着现代科技的进步和社会经济的迅猛发展,各种电子产品、电力设备被大量的应用到人们生活环境中,人为产生的电磁场已逐渐成为威胁人体以及其他生物体健康和安全的环境污染因子。电磁辐射污染,又称电磁污染,已成为继大气污染、水污染和噪声污染后的第四污染 。工频电磁场 (power frequency electromagnetic field) 是由输电线及家用电器 所产生的一种极低频电磁场 ,我国采用 50Hz 为工作频率,而西方一些国家 ( 如美国、加拿大 ) 使用 60Hz 。 人类接触这种极低频电磁场的机会远远多于其他频段的电磁场和天然磁场,有研究表明,极低频电磁场可能与肿瘤、胚胎畸形以及神经、心血管、免疫、内分泌、生殖等器官系统的病变相关 。极低频电磁场暴露能增加肿瘤(尤其是白血病、脑瘤和乳腺癌等)发生的危险度 ,在一定程度上具有促癌效应 ;细胞分子水平上的很多研究提示,环境中的极低频电磁场可能具有潜在的生物学危害 ;但是也有相当一部分研究结果对此持否定或矛盾的观点 。工频电磁场暴露可导致小鼠精子数量、活力下降,精子头部畸形率上升 ;50Hz正弦磁场暴露引起鸡胚畸形率增加 ;50Hz,0.5mT正弦磁场暴露可引起鼠胚胎细胞DNA双链断裂,卵裂速度明显下降 , 0.4 mT工频磁场长时间辐照可以使人晶状体上皮细胞DNA 双链断裂增加 。但也有报道称,人血细胞暴露于50 Hz、l mT磁场中48 h,DNA无损伤 。目前多数的研究还局限于肿瘤和生殖方面的调查研究,而对神经系统研究的比较少,仅有一些工频电磁场对大鼠记忆力的影响 ,以及工频磁场能够造成大鼠脑组织的脂质过氧化,尤其是基底前脑和额皮质部位 的研究。 经过多年的研究发现极低频电磁场能通过诱导细胞膜受体的聚集、降低膜的流动性和导电性、改变膜的结构等干扰细胞信号超导 。实际上,在许多病理状态下,都有细胞膜势能的改变,膜的结构组织上出现的变化导致了细胞膜极性的翻转等。现阶段磁场生物效应没有明确的理论基础,很多对于此方面的原因的研究都处于假设阶段 。 现已发现许多脑部疾病与钾通道特性改变有关,研究工频电磁场对中枢神经细胞膜钾离子通道特性的影响,有可能为电磁场直接作用于脑组织引起某些脑部病变的机理起指导作用。鉴于电压门控K + 通道在调节神经细胞膜兴奋性及神经可塑性中起着关键作用,本文利用膜片钳实验技术,研究50Hz工频电磁场对小鼠皮层神经元瞬时外向钾通道特性的影响,为从细胞和分子水平探索50Hz工频电磁场的生物刺激效应开辟了一条新的道路,为人们研究极低频磁场对神经系统的影响提供依据。 2. 材料与方法 2.1. 材料 动物:昆明小鼠,鼠龄10~13天,雌雄不限,由中国医学科学院放射医学研究所提供。 试剂:链霉蛋白酶(Pronase),Merck公司产品。河豚毒素(TTX)、氯化镉(CdCl 2 )、氯化四乙胺(TEA-Cl)、N-2-羟乙基哌嗪-N-2-乙磺酸(HEPES)、已二醇-双(2-氨基乙基)四乙酸(EGTA)、Na 2 ATP均为Sigma公司产品。其余为国产分析纯。 (1)人工脑脊液(ACSF, mmol/L):NaCl 134,KCl 5,NaH 2 PO 4 1.5,MgSO 4 2,CaCl 2 2, NaHCO 3 25,Glucose 10,HEPES 10,pH7.4;使用前通氧气饱和。 (2)K通道标准细胞外液(mmol/L):NaCl 130,KCl 5.4,CaCl 2 2,MgCl 2 1,Glucose 10,HEPES 10,pH7.3,使用前通氧气饱和; (3)K通道电极内液(mmol/L):KCl 120,CaCl 2 1,HEPES 10,EGTA 10,Na 2 ATP 3,MgCl 2 2,pH7.2,经0.22滤膜过滤。 2.2. 小鼠大脑皮层神经元急性分离 取出生10天左右的昆明小鼠迅速断头取脑,置于4C人工脑脊液中,一分钟后将脑切成冠状切片,并继续切取皮层组织,厚度约为400左右,放入连续通95%O 2 +5%CO 2 混合气的人工脑脊液中,孵育50分钟。之后加入Pronase,其终浓度为0.36g / L,32C下消化15min。消化结束用人工脑脊液洗脑片3次,加入盛有人工脑脊液的离心管中,用4根口径渐小的Pasteur吸管轻轻吹打组织块,制成细胞悬液,静置5min后取上部细胞悬液,放入带有盖玻片的培养皿内,约15~20min后细胞贴壁。分离完整的皮层神经细胞显微镜下观察,形态呈锥体或椭圆形,顶树突和轴突完整,细胞表面光滑,颗粒均匀细腻,它可在6~8小时内保持良好的生理状态 。 2.3. 全细胞膜片钳记录和数据分析 在20~25C室温下,利用PC2C膜片钳放大器(华中科大仪博生命科学仪器有限公司,中国)进行全细胞膜片钳记录,实验参数的设置、数据采集和刺激方式的施加均通过PC2C膜片钳自带软件来控制,采样频率为100kHz。记录用玻璃微电极(中科院电子所生产)经05-E型程控玻璃微电极拉制仪两步拉制而成,充灌电极内液后,电极阻抗为2~5。当电极与细胞膜之间形成高阻封接(1G)后,将钳制电位调到-80mV,进行快电容补偿后,稍加负压破膜,使电极液与细胞内液相通,再进行慢电容和串联电阻补偿,串联电阻补偿为60%~80%。 实验所用刺激装置由实验室自行研制,由自制圆形线圈外接交流稳压电源的形式产生2mT、50Hz磁场,通过改变线圈中电流的大小来改变线圈中心磁场的大小。先将小鼠的皮层神经细胞分离和贴壁,而后再将得到活性状态较好的细胞放置于工频电磁场当中,刺激后在进行膜片钳试验,最后将得到的数据和正常的进行对比研究,刺激过程如图1所示。 图 1 工频电磁场刺激示意图 Fig. 1 Schematic diagram of pulsating magnetic fields irradiation 实验结果分析采用Pclamp软件和Origin7.5统计软件完成,分析结果用MeanSD表示,脉冲磁场刺激前后差异的显著性用单因数方差分析和检验进行分析,P0.05表示有统计学差异。 3. 结果 3.1. 瞬时外向钾通道电流(I A )的记录 采用上述标准细胞外液和电极内液,且在外液中加入1 TTX 、0.1的CdCl 2 和20的TEA-Cl,记录皮层神经细胞膜上外向钾电流。置钳制电位于-80mV,给予脉冲幅度为-60mV~+50mV,脉冲宽度60ms,步幅+10mV的去极化脉冲刺激电压(图2A),由于刺激频率与电流的强度大小没有直接关系,因此此次实验采用统一的刺激频率为0.25Hz,对得到的数据进行处理。该激活的外向电流即为快速激活和失活的瞬时外向钾电流I A (图2B)。 (A) (B) (C) 图2(A)刺激脉冲(B)记录的IA(C)曝磁后的IA Fig. 2 Transient outward potassium current traces (A) Depolarizing steps (B) Transient outward potassium current traces ( C ) Transient outward potassium current traces after magnetic fields exposure 考察正常皮层神经细胞I A 电流随时间变化的特点。给予图2A所示的去极化脉冲刺激,分别在1~6min记录不同时间的I A ,可知I A 在4min基本达到稳定。本试验分别采用加刺激与并未加刺激细胞第四分钟的I A 电流进行比较。 3.2. 工频电磁场刺激对I A 时间依赖性的影响 由于钾通道具有衰减(Rundown)现象,需要进行时间依赖性考察。给予与3.1相同的去极化脉冲刺激,分别对磁场照射15min和30min的I A 进行记录,已知I A 在4min基本达到稳定,数据记录应该从此时刻开始进行。为给予不同阶梯去极化脉冲刺激,经磁场作用15min和30min后的I A 电流密度的曲线。由实验结果可知:细胞经过曝磁后,I A 受到明显的抑制,对照组的最大电流密度为205.5326.95pA/pF (n=9, P0.05),15min照射组最大电流密度为81.689.15pA/pF(n=9, P0.05) ,30min曝磁组的最大电流密度为43.575.59pA/pF(n=9, P0.05)。 图 3I A 随时间变化 曲线 Fig.3Effects of magnetic field irradiation on transient outward potassium currents in different irradiating time. Activation potential of transient outward potassium channel began to shift towards more negative potentials after irradiating for 15 min and 30min ( n =9) 3.3. 工频电磁场对瞬时外向钾电流 I - V 曲线的影响 给予同3.1中相同的刺激方式,将未加刺激和加工频电磁场刺激30min后得到的瞬时外向钾电流数据加以比较,以不同膜电位(去极化刺激电位)为横轴,该膜电位下激活的I A 电流密度值(电流/膜电容)为纵轴,绘制通道电流的曲线(图4)。对照组和曝磁组的最大激活电流密度分别为 205.53 26.95pA/pF ,43.57 5.59pA/pF 。由 I - V 曲线可知,经检验,对照组和工频电磁场刺激组I A 在统计学上具有显著性差异(n=9, P0.05)。 图 4 对照组、曝磁组 I A 的 曲线 Fig.4 Transient outward potassium currents difference between the control and magnetic field irradiation 3.4. 工频电磁场对I A 稳态激活特性的影响 置钳制电位-80mV,预置-120mV超极化条件刺激200ms,然后给予脉冲幅度从-60mV~+50mV,脉冲宽度60ms,步幅+10mV的去极化测试脉冲电压刺激,引出一系列瞬时外向钾电流,以第四分钟纪录的瞬时外向钾电流作为对照。以本文前述方法磁场照射细胞,照射时间30min,再次记录上述电流,利用公式将电流值转换成电导值,其中 G 为电导、为测试膜电位,为翻转电位,为不同膜电位下测定的电流峰值。以电导值与最大电导值的比值对应膜电位分别绘制工频电磁场作用前后I K 的稳态激活曲线(图5)。所得曲线可以用玻尔兹曼(Boltzmann)方程拟和,其中为半数激活电压, 为曲线的斜率因子。由图 5可以看出对照组与工频电磁场组激活曲线均呈 S型,并由此计算出对照组和磁场照射组瞬时外向钾通道的半数激活电压 分别为19.962.87mV和8.121.67mV(n=9, P0.05),斜率因子分别为22.282.09和19.771.71mV(n=9,P0.05)。由此可知,工频磁场作用可明显改变I A 的激活特性,使激活曲线向左移动,并改变其斜率因子。 图5 对照组、工频磁场照射组I A 的激活曲线 Fig. 5 Effects of magnetic field irradiating on steady-state activation kinetics of I A . 4. 结论 实验结果表明,2.0mT、50Hz工频磁场作用,使小鼠皮层神经细胞膜瞬时外向钾通道电流I A 受到一定程度的抑制,且这种抑制作用呈现时间依赖性、电压依赖性。结果还表明,工频磁场的作用可使I A 的激活曲线显著地左移,且改变曲线的斜率因子。说明工频磁场作用皮层神经元,引起神经细胞膜瞬时外向钾离子通道I A 的激活过程受到抑制,使得动作电位复极化早期电压依赖性钾通道的开放延迟且关闭加快,从而使得 K + 外流减少。这一结果为各种家用电器对人体影响及磁疗产品对真实的治疗疗效提供实验参考。 电压门控离子通道是神经元电活动的分子基础,它参与初级生物信息传导,并在神经动作电位的产生、突触传递和其它重要的生理功能中起着重要作用。电压门控 Na + 通道决定了动作电位的产生,Ca 2+ 通道是再生电位产生的基础,而K + 通道在调节神经细胞膜兴奋性、神经可塑性及 在神经元的信号调控过程中起主要作用,同时也是某些神经毒素和药物作用的靶点。通过抑制瞬时外向 K+ 通道激活,使胞内钙浓度增加,对受损神经元起保护作用。 瞬时外向钾电流I A 是动作电位复极化早期外向电流的主要成分,主要调节静息膜电位,减慢去极化的速度,决定动作电位产生的频率。工频磁场作用改变小鼠皮层神经元瞬时外向钾通道电流的稳态激活特性,从而会影响神经元动作电位的形成和发放,最终调节神经元的生理功能。 磁场的生物刺激作用机制和作用靶点目前尚不明确,仅限于一些假说,而低频电磁场对有机体的作用更是一个非线性、瞬态的复杂过程。本实验从细胞膜电压门控钾离子通道角度研究工频磁场这种极低频磁场的生物刺激作用。磁场作为一种物理因素,对运动的带电物质有洛伦兹力的作用,影响细胞膜的离子通透性和膜两侧的电位,引起机体内环境平衡,从而影响带电物质的转移过程,产生一些生物效应。本实验结果提示工频磁场的生物刺激作用与细胞膜离子通道特性及通道构形变化有关,但仍需进一步从分子生物学及细胞信号转导方面进行分子层面的理论和实验验证。 参考文献 刘志华,时丽冉. 电磁辐射对人体健康的影响 ,生物学通报,2006,41(3):30-31 LIU Z H, SHI L R. 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公布若干有关电磁场对神经细胞影响的研究进展(之一):脉冲磁场对皮层神经元瞬时外向钾电流
人为峰 2009-8-7 21:39
脉冲磁场对皮层神经元瞬时外向钾电流 影响的初步实验研究 1. 引言 现代科学的发展已经表明,任何空间都存在着或低或高的磁场,这些生物磁场及其变化与生物的生命活动、生理状态密切相关。随着生物磁技术的发展,有关磁场作用与生物学效应的研究,取得了积极的成果,不仅丰富了磁场疗法的基础理论,而且推动了磁场疗法的发展与深入,各类磁疗在医学中的基础和临床应用研究越来越广泛。现代科技的发展使人们越来越多的暴露在各种各样的磁场中,磁场对人体正常的机理有着何种影响,及其影响机理如何至今未明 。 低频脉冲磁场在促进骨折愈合 、改善血流变 、预防静脉血栓、脊髓损伤及脑创伤 等方面不断有研究报道;同时射频电磁场可对人体造成多种伤害也多见报道。在神经系统主要表现为神经衰弱,同时伴有植物神经功能失调的征候 。也可影响内分泌功能。微波可使精子数量减少,活动能力降低,甚至可发生暂时性不育。妇女在妊娠早期受微波照射可引起流产,分娩后可引起乳汁分泌量减少。人们又可以利用电磁场的生物学效应来治疗某些疾病,如促进骨折愈合用做肿瘤的辅助治疗等脉冲电磁场刺激对周围神经的再生有一定促进作用 。 经过多年的研究磁场对于细胞膜有着特殊的影响 ,特别是磁场的脉冲作用 ,能够改变细胞膜两侧的离子分布,从而在某些创伤或是变性的组织产生的炎症反映中表现出治疗效应。磁场对生物膜效应有以下几个方面:磁场对于许多细胞内的酶系统有影响、它们影响了抗原和抗体的关系、它们使得细胞膜通透性发生了改变,从而改变了膜两侧离子平衡;实际上,在许多病理状态下,都有细胞膜势能的改变,膜的结构组织上出现的变化导致了细胞膜极性的翻转等。现阶段磁场生物效应没有明确的理论基础,很多对于此方面的原因的研究都处于假设阶段,因此对于电磁作用生物组织治疗机理的研究还在逐步进行中 。 2. 材料与方法 2.1. 材料 动物:昆明小鼠,鼠龄10~14天,雌雄不限,天津医科大学动物实验中心提供。 试剂:链霉蛋白酶(Pronase),Merck公司产品。河豚毒素(TTX)、氯化镉(CdCl 2 )、氯化四乙胺(TEA-Cl)、N-2-羟乙基哌嗪-N-2-乙磺酸(HEPES)、已二醇-双(2-氨基乙基)四乙酸(EGTA)、Na 2 ATP均为Sigma公司产品。其余为国产分析纯。 (1)人工脑脊液(ACSF, mmol/L):NaCl 134,KCl 5,NaH 2 PO 4 1.5,MgSO 4 2,CaCl 2 2, NaHCO 3 25,Glucose 10,HEPES 10,pH7.4;使用前通氧气饱和。 (2)K通道标准细胞外液(mmol/L):NaCl 130,KCl 5.4,CaCl 2 2,MgCl 2 1,Glucose 10,HEPES 10,pH7.3,使用前通氧气饱和; (3)K通道电极内液(mmol/L):KCl 120,CaCl 2 1,HEPES 10,EGTA 10,Na 2 ATP 3,MgCl 2 2,pH7.2,经0.22滤膜过滤。 2.2. 小鼠大脑皮层神经元急性分离 取出生10天左右的昆明小鼠迅速断头取脑,置于4C人工脑脊液中,一分钟后将脑切成冠状切片,并继续切取皮层组织,厚度约为400左右,放入连续通95%O 2 +5%CO 2 混合气的人工脑脊液中,孵育50分钟。之后加入Pronase,其终浓度为0.36g / L,32C下消化15min。消化结束用 人工脑脊液洗脑片3次,加入盛有人工脑脊 液的离心管中,用4根口径渐小的Pasteur吸管轻轻吹打组织块,制成细胞悬液,静置5min后取上部细胞悬液,放入带有盖玻片的培养皿内,约15~20min后细胞贴壁。分离完整的皮层神经细胞显微镜下观察,形态呈锥体或椭圆形,顶树突和轴突完整,细胞表面光滑,颗粒均匀细腻,它可在6~8小时内保持良好的生理状态 。 2.3. 全细胞膜片钳记录和数据分析 在25C室温下,利用PC2C膜片钳放大器(华中科大)进行全细胞膜片钳记录,实验参数的设置、数据采集和刺激方式的施加均通过软件来控制,采样频率为100kHz。记录用玻璃微电极经两步拉制而成,充灌电极内液后,电极阻抗为1.5~3。当电极与细胞膜之间形成高阻封接(1G)后,将钳制电位调到-80mV,进行快电容补偿后,稍加负压破膜,使电极液与细胞内液相通,再进行慢电容和串联电阻补偿。 实验所用刺激装置由实验室自行研制,先将小鼠的皮层神经细胞分离和贴壁,而后再将得到活性状态较好的细胞放置于脉冲磁场当中,刺激后在进行膜片钳试验,最后将得到的数据和正常的进行对比研究,刺激过程如图1所示。 图 1 脉冲磁场刺激示意图 Fig. 1 Schematic diagram of pulsating magnetic fields irradiation 实验结果分析采用Pclamp软件和Origin7.5统计软件完成,分析结果用MeanSD表示,脉冲磁场刺激前后差异的显著性用单因 数方差分析和检验进行分析,P0.05表示有统计学差异。 3. 结果 3.1. 瞬时外向钾通道电流(I A )的记录 采用上述标准细胞外液和电极内液,且在外液中加入1 TTX 、0.1的CdCl 2 和20的TEA-Cl,记录皮层神经细胞膜上外向钾电流。置钳制电位于-80mV,给予脉冲幅度为-60mV~+50mV,脉冲宽度60ms,步幅+10mV的去极化脉冲刺激电压(图2A),由于刺激频率与电流的强度大小没有直接关系 ,因此此次实验采用统一的刺激频率为0.025Hz,对得到的数据进行处理。该激活的外向电流即为快速激活和失活的瞬时外向钾电流I A (图2B)。 (A) (B) (C) 图 2 (A) 刺激脉冲 (B) 记录的 I A (C) 曝磁后的 I A Fig. 2 Transient outward potassium current traces (A) Depolarizing steps (B) Transient outward potassium current traces ( C ) Transient outward potassium current traces after magnetic fields exposure 考察正常皮层神经细胞I A 电流随时间变化的特点。给予图2A所示的去极化脉冲刺激,分别在1~6min记录不同时间的I A ,可知I A 在4min基本达到稳定。本试验分别采用加刺激与并未加刺激细胞第四分钟的I A 电流进行比较。 3.2. 脉冲磁场刺激对 I A 时间依赖性的影响 给予与3.1相同的去极化脉冲刺激,分别对磁场照射25min和45min的I A 进行记录,已知I A 在4min基本达到稳定,数据记录应该从此时刻开始进行。为给予不同阶梯去极化脉冲刺激,经磁场作用25min和45min后的I A 电流密度的曲线。由实验结果可知:细胞经过曝磁后,I A 受到明显的抑制,对照组的最大电流密度为213.8041.65pA/pF(n=9, P0.05),25min照射组最大电流密度为70.2421.92pA/pF(n=6, P0.05) ,45min曝磁组的最大电流密度为49.2810.91pA/pF(n=6, P0.05)。 图 3I A 随时间变化 I-V 曲线 Fig.3Effects of magnetic field irradiation on transient outward potassium currents in different irradiating time. Activation potential of transient outward potassium channel began to shift towards more negative potentials after irradiating for 25 min and 45min ( n =6). 3.3. 脉冲磁场对瞬时外向钾电流 曲线的影响 将未加刺激和加磁场刺激后得到的瞬时外向钾电流数据加以比较,其结果如图4所示。 以不同膜电位(去极化刺激电位)为横轴,该膜电位下激活的I A 电流密度值(电流/膜电容)为纵轴,绘制通道电流的曲线(图4)。对照组和曝磁组的最大激活电流密度分别为213.8041.65pA/pF、67.4622.34pA/pF。由曲线可知,脉冲磁场可以抑制I A 。并且经检验,对照组和脉冲磁场刺激组I A 在统计学上具有显著性差异(n=10, P0.05)。 图 4 对照组、曝磁组 I A 的 曲线 Fig.4 Transient outward potassium currents difference between the control and magnetic field irradiation 3.4. 脉冲磁场对I A 稳态激活特性的影响 给予同3.1中相同的刺激方式,以第四分钟纪录的瞬时外向钾电流作为对照。利用公式将电流值转换成电导值,其中 G 为电导、为测试膜电位,为翻转电位,为不同膜电位下测定的电流峰值。以电导值与最大电导值的比值对应膜电位分别绘制脉冲磁场作用前后I A 的稳态激活曲线(图5)。所得曲线可以用Boltzmann方程拟和,其中为半数激活电压,为曲线的斜率因子。由图5可以看出对照组与脉冲磁场组激活曲线均呈S型,并由此计算出对照组和曝磁组瞬时外向钾通道的半数激活电压分别为13.252.22mV和30.984.11mV(n=6, P0.05),斜率因子分别为24.002.05mV和23.302.13mV(n=6,P0.05)。由此可知,脉冲磁场作用可明显改变I A 的激活特性,使激活曲线向右移动,并不改变其斜率因子。 图5 对照组、脉冲磁场照射组I A 的激活曲线 Fig. 5 Effects of magnetic field irradiating on steady-state activation kinetics of I A . Currents were elicited with a series of 160 ms step pulses from 60 mV to 50 mV (10 mV increment for each step). Each point represents meanS.D. (n=6). 4. 结论 实验结果表明,频率为15Hz,强度为1.4mT,占空比位50%的脉冲磁场的作用,使小鼠皮层神经细胞膜瞬时外向钾通道电流I A 受到一定的抑制。结果还表明,脉冲磁场的作用可使I A 的激活曲线显著地右移,但其并不改变曲线的斜率因子。据文献 ,神经细胞膜瞬时外向钾离子通道I A 的激活过程受到抑制,会使得电压依赖性钾通道的开放延迟,抑制I A 的激活过程而调节神经细胞的静息电位和兴奋性,延缓神经细胞的去极化过程,加速动作电位的产生。因此可知脉冲磁场作用皮层神经细胞可以改变其瞬时外向钾通道特性,从而影响动作电位的形成和发放频率,调节神经元的生理功能,有利于受损神经元的恢复和再生。 低频脉冲磁场对有机体的作用是一个非线性、瞬态的过程,主要集中在生物膜上。在中枢神经系统,由于对获取的信号存在放大机制,即便采用低频低能脉冲磁场,在毫微秒的瞬间使膜电位发生毫伏量级的细微改变,也可使神经细胞膜电位发生意义深远的变化。神经元的快速信号获取,是典型敏感的膜离子通道关闭或开往,控制膜内外的钠、钾、钙等离子转运。无论是膜两侧离子浓度比之的变化还是电荷穿越质膜迁移所携带的信息,都会改变细胞自身的生理和生化状态。但其具体影响的机理则需要进一步的工作去研究。 参考文献 : MIYAKOSHI.J. Biological responses to extremely low-frequency electromagnetic fields , Journal of Dermatological Science Supplement , 2006,2(1):S23-S30. 徐巧玲,路丽华,罗二平,等. 低强度脉冲电磁场对大鼠骨密度及骨形态计量学的影响 , 第四军医大学学报, 2004,25(21):2004-2006. XU Q L,LU L H,LUO E P, et al .. 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脉冲磁场对神经元瞬时外向钾电流的影响
人为峰 2009-5-18 22:45
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