脑科学专辑

编者按

为便于读者检索,本专辑将定期更新收录《集成技术》期刊发表在脑科学领域的相关文章。

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  • 1  脑干蓝斑到前庭神经核的神经环路投射及在压力应激下的激活研究
    魏梦霞,纪树钦,李子杰,林子逸,MONTARDY Quentin,王立平,李蕾
    2021, 10(5):12-22. DOI: doi: 10.12146/j.issn.2095-3135.20210324001
    [摘要](380) [HTML](0) [PDF 2.54 M](1215)
    摘要:
    前庭神经核(Vestibular Nuclei)是保持平衡的关键核团,其功能异常与晕动病、前庭偏头痛、帕 金森氏病等多种疾病状态密切关联,压力应激往往加重以上疾病的症状并伴随着蓝斑(Locus Coeruleus) 去甲肾上腺素能系统的激活。该研究利用转基因小鼠结合病毒示踪显示从蓝斑到前庭神经核的神经投 射,并利用酪氨酸羟化酶(Tyrosine Hydroxylase)抗体免疫荧光染色确定蓝斑-前庭神经核的投射为去甲 肾上腺素能。结果显示,小鼠在睡眠剥夺压力刺激下蓝斑去甲肾上腺素能神经元被强烈激活,而前庭 神经核神经元激活不明显,提示睡眠剥夺可能通过蓝斑-前庭神经核的去甲肾上腺素能神经调制起作 用。该结果可为继续探究蓝斑-前庭神经核神经环路在压力应激与前庭神经核功能调控之间的重要作用 提供解剖结构学基础。
    2  基于微型化双光子荧光显微镜的自由活动小鼠脊髓成像方法
    矣文玲,巨富荣,王立平,蔚鹏飞
    2021, 10(6):97-110. DOI: 10.12146/j.issn.2095-3135.20210331002
    [摘要](204) [HTML](0) [PDF 16.52 M](1176)
    摘要:
    脊髓作为连接大脑与周围神经系统的桥梁,在躯体感觉和运动过程中发挥着编码大脑下行指令和外周输入信号的重要作用。通过光学成像方法,实时解析动物行为和脊髓神经活动之间的关系仍是神经科学研究的一大挑战。该文借助微型化双光子荧光显微镜,开发出一套适于自由活动小鼠的脊髓神经细胞活体成像方法,并通过对脊髓前动脉血管的成像,评估了该方法在无束缚环境中自由活动的动物自发行为和剧烈运动过程中的图像质量和成像稳定性。从物理层面解决了以往研究所面临的由于脊髓无规则运动导致的图像偏差和丢失等关键问题,实现了基于微型化双光子荧光显微镜的活体脊髓稳定成像。此外,利用该方法,还实现了小鼠脊髓背角浅层神经元活动中单个神经元钙信号的实时成像。这将为探究脊髓在躯体感觉和运动过程中神经元活动模式提供技术支持,对推动脊髓功能神经网络的研究具有重要意义。
    3  三种近交系小鼠自发行为图谱的构建与比较
    李笑溪,韩亚宁,黄康,任真,王立平,朱英杰
    2022, 11(4):70-79. DOI: 10.12146/j.issn.2095-3135.20211104001
    [摘要](235) [HTML](0) [PDF 3.89 M](863)
    摘要:
    小鼠被广泛应用于各类生理、病理和行为学实验。不同基因型小鼠的自发行为差异对实验设计和结果的影响尚未明确。该文选择目前常用的 3 种近交品系小鼠 C57BL/6J、C57BL/6N、BALB/c(简称 6J、6N、BC),利用基于层次化三维动物行为特征的无监督学习框架,对其自发行为进行了客观评估。实验结果表明,基因型显著影响小鼠的自发行为,影响因素造成的差异强度为:远基因型>近基因型>雌雄对照。具体表现为,BC 与 6J 和 6N 的体态明显不同,且在“抬头”“梳理”“跑”3 种运动模式上,BC 行为明显异于 6J 和 6N。6J 和 6N 的行为谱虽较为类似,但 6N 的嗅探行为明显多于 6J。该研究结果可作为小鼠模型实验设计、品系选择和样本量确定的参考。
    4  大鼠毛发再生与药物成瘾易感性的相关性分析
    蒋辰宇,许云龙,柳昱彤,徐薇,朱英杰
    2022, 11(5):23-33. DOI: 10.12146/j.issn.2095-3135.20220217001
    [摘要](136) [HTML](0) [PDF 4.41 M](514)
    摘要:
    药物成瘾是一种顽固的慢性神经精神疾病,会引发一系列严重的社会问题。在不同个体间,药物成瘾易感性存在差异。成瘾易感性研究对药物成瘾的神经机制研究和评估、预测个体成瘾风险具有重要意义。针对 Sprague-Dawley 大鼠毛发再生能力差异和药物成瘾易感性,该文进行了 Pearson 相关分析,采用灰度分析法观察毛发再生差异,进行条件性位置偏好实验和大鼠自给药实验,评估大鼠成瘾易感性。实验结果表明:毛发再生能力与大鼠成瘾易感性呈负相关,即毛发再生能力较强的大鼠对吗啡条件性位置偏好显著降低,甲基苯丙胺自给药次数相对较低。此外,毛发再生能力对大鼠运动能力和焦虑水平无影响。该文的研究结果有助于评估、预测药物成瘾风险,进一步探讨其神经机制。
    5  脉冲电磁场对小鼠运动水平及脑内神经递质浓度影响研究
    陈波,蒋辰宇,苏小娟,刘畅,孟志强,朱英杰
    2023, 12(2):1-9. DOI: 10.12146/j.issn.2095-3135.20220808001
    [摘要](240) [HTML](0) [PDF 1.21 M](581)
    摘要:
    为研究脉冲调制射频电磁场对小鼠运动水平及不同脑区内神经递质浓度的影响,该文将野生型 C57BL/6J 小鼠随机分为干预组(n=9)和对照组(n=6)。干预组给予脉冲调制射频电磁场刺激,对照组不给予刺激,每天 30 min,持续 5 d。利用摄像装置记录小鼠运动轨迹,通过高性能液相色谱-质谱联用法检测小鼠脑内神经递质的浓度。测试结果表明,干预组小鼠的运动水平较干预前每天均有下降(P<0.05),皮层内 γ-氨基丁酸、多巴胺、乙酰胆碱等神经递质以及色氨酸的浓度有显著变化(P<0.05),5-羟色胺浓度有下降趋势,谷氨酸浓度未有显著变化。对照组小鼠的运动水平、脑内神经递质以及色氨酸和苯丙氨酸的浓度则均未有显著变化。5 d 的持续干预后,小鼠的焦虑水平和自主运动未有显著变化。由实验可知,脉冲调制射频电磁场可即时降低小鼠的运动水平,小鼠皮层内 γ-氨基丁酸浓度升高可能是引起该现象的部分原因。此外,脉冲调制射频电磁场对小鼠不同脑区内多种神经递质浓度也有不同程度的影响。
    6  大脑中动脉光化学栓塞模型的改良及免疫表型分析
    徐帆,邓霞,许文,佘泓达,高亮
    2023, 12(2):10-19. DOI: 10.12146/j.issn.2095-3135.20220606001
    [摘要](348) [HTML](0) [PDF 15.10 M](662)
    摘要:
    光照缺血模型是常用的脑卒中永久性缺血模型,其原理是:光敏感染料在光照射下被激活并产生活性氧自由基,生成的活性氧自由基会引起血管内皮损伤,导致血小板的黏附和聚集,并形成血栓。由于光照缺血模型产生的缺血半影带较小,同临床病理差异较大,限制了对于缺血半影带的研究,因此,该研究基于光化学法构建了一种改良的中动脉近端栓塞模型。具体地,向小鼠体内注射光敏感染料孟加拉红后,用激光照射中动脉近端 3 min,以诱导血管栓塞,并通过氯化三苯基四氮唑染色、免疫荧光以及流式细胞术对模型进行评估。氯化三苯基四氮唑染色和免疫荧光结果显示,与传统的光照缺血模型相比,该模型能在纹状区和皮质区产生较大且稳定的梗死区域(9%~15%),且能通过流式细胞术分离出梗死组织中的驻留小胶质细胞、浸润髓系细胞和淋巴细胞。上述实验结果表明,改良的中动脉近端光化学栓塞模型能够应用于缺血性脑卒中损伤后病理和免疫反应机制的研究。
    7  基于电路-概率理论的对神经电刺激不稳定性的定性分析
    余守骏,岳文基,阮越,董鹏,陈支通,李铭源,宋冰,王昊
    2023, 12(2):20-28. DOI: 10.12146/j.issn.2095-3135.20221013001
    [摘要](175) [HTML](0) [PDF 4.70 M](528)
    摘要:
    神经电刺激通过影响中枢或外周神经系统,进而治疗某疾病。在实际应用中,神经电刺激响应强度的不稳定性较为棘手,一般认为是由于电刺激扰动了神经轴突的膜电位,造成了神经电刺激强度的不稳定性。然而,由于神经电刺激缺乏宏观可计算模型,其膜电位扰动在电刺激中具体产生何种影响,长期以来未得到有效结论。该研究基于电路-概率理论,对神经电刺激不稳定性进行定性分析,有效地分析了膜电位的扰动对电刺激的影响。实验结果表明,在体实验数据和定性仿真的电流幅值-不稳定性曲线具有高度一致性,说明电路-概率理论可能对电刺激产生的膜电位扰动有较为准确的解释。该研究对神经电刺激的实际应用具有指导性意义。
    8  全脑小胶质细胞分布与 C6 胶质瘤侵袭性研究
    孟 锐 蔡思琦 姜春香 隆晓菁 张丽娟
    2018, 7(5):29-35. DOI: 10.12146/j.issn.2095-3135.201805004
    [摘要](434) [HTML](0) [PDF 1.11 M](1036)
    摘要:
    小胶质细胞是大脑胶质瘤的重要非肿瘤成分之一。胶质瘤和小胶质细胞的相互作用促进肿瘤生长。然而,小胶质细胞的时空异质性对胶质瘤生物学特性的影响仍不确定。该研究在 28 只 SD 大鼠脑组织中植入 C6 胶质瘤细胞的基础上建立大脑胶质瘤模型,研究肿瘤进展过程中小胶质细胞的分布 与肿瘤进展的关系。在模型建立后,首先在手术后第 7、9、12、14、16、18、22、23 和 24 天采用核磁共振进行 T2 加权成像扫描(T2WI),并选取肿瘤径线最大的层面测量肿瘤直径和平均信号强度。然后,牺牲实验动物,取全部脑组织制作切片以进行苏木精-伊红(Hematoxylin-Eosin,HE)染色和免疫 荧光染色。选取肿瘤径线最大 HE 染色图片分别于肿瘤内、肿瘤周围及肿瘤对侧脑区定义 9 个感兴趣区域;使用尺度不变特征变换算法来配准和融合 HE 染色图像与免疫荧光图像。最后,将 HE 切片上定义的感兴趣区域映射到免疫荧光染色图像,测量每个感兴趣区域内小胶质细胞的平均荧光强度,并分析平均荧光强度与 C6 胶质瘤成瘤时间的相关关系。结果显示,肿瘤区域的平均荧光强度明显大于 其他感兴趣区域中的平均荧光强度(P<0.001),且平均荧光强度随着成瘤时间和肿瘤直径的增加而增加,分别拟合于二次曲线和线性函数;肿瘤平均荧光强度与平均信号强度呈显著正相关(P<0.001)。研究结果表明,C6 胶质瘤的进展在肿瘤内和非肿瘤的全脑范围内触发了小胶质细胞的加速趋化,在全脑范围内监测小胶质细胞分布的时空异质性可为靶向微环境的胶质瘤治疗提供参考依据。
    9  下丘脑背内侧核对焦虑的调控机制研究
    王勇 鲁艺
    2019, 8(3):19-30. DOI: 10.12146/j.issn.2095-3135.20190301001
    [摘要](644) [HTML](0) [PDF 1.41 M](2326)
    摘要:
    下丘脑背内侧核(Dorsomedial Hypothalamic Nucleus,DMH)是自主神经系统的重要组成部分,同时与调控焦虑情绪的边缘系统存在广泛联系。然而,DMH 调控焦虑等负性情绪的细胞机制目前尚不明确。该文应用光遗传技术特异性调控小鼠的谷氨酸能神经元和 γ-氨基丁酸能神经元发现,兴奋 DMH 的谷氨酸能和 γ-氨基丁酸能神经元均能显著诱发焦虑样行为和心率上升,抑制两种神经元均能抑制焦虑样行为并降低心率。该研究证实了 DMH 特定类型的神经细胞对焦虑的双向调控作用,并有望为神经精神疾病的临床干预提供新的调控靶点。
    10  Wnt 信号通路激活蛋白 R-spondin 对血脑屏障功能和卒中后脑损伤的调节作用和分子机制研究
    黄晓雯 朱亚东 尹美芳 马寅仲 畅君雷
    2019, 8(6):39-47. DOI: 10.12146/j.issn.2095-3135.20190729005
    [摘要](583) [HTML](0) [PDF 1.14 M](1936)
    摘要:
    缺血性脑卒中是一种急性脑血管病,目前主要的治疗手段是及时进行溶栓或取栓治疗以 实现血管再通,但这一过程会对脑血管造成严重的再灌注损伤,使血脑屏障的结构和功能受到破坏,增加脑出血的风险。有研究表明 Wnt/β-catenin 信号通路对血脑屏障的功能起重要调节作用,但Wnt/β-catenin 信号通路激活蛋白 R-spondin 对血脑屏障和脑损伤的调节作用尚不清楚。该文通过体外制备小鼠 R-spondin-1 重组蛋白,在小鼠原代脑血管内皮细胞中证实了 R-spondin-1 蛋白协同 Wnt3a蛋白对 Wnt/β-catenin 信号通路的激活作用,并发现 R-spondin-1 能够显著改变血脑屏障功能相关基因Cldn3 和 Plvap 的表达水平;在小鼠脑缺血再灌注模型中,静脉注射 R-spondin-1 重组蛋白具有降低 脑组织梗死和提高小鼠存活率的趋势,但与生理盐水对照组相比未达到显著性差异。另外,该文还报道了 R-spondin 蛋白对血脑屏障功能的分子作用机制,并初步鉴定了其对卒中后脑损伤的治疗效果和 临床应用潜力。
    11  功能化纳米探针用于脑胶质瘤精准诊疗研究进展
    盛宗海,李三清,胡德红,高笃阳,郑海荣
    2020, 9(1):1-11. DOI: 10.12146/j.issn.2095-3135.20191013001
    [摘要](888) [HTML](0) [PDF 1.46 M](2970)
    摘要:
    脑胶质瘤是严重危害人类健康的重大脑疾病。脑胶质瘤的早诊断、早治疗对于改善脑胶质瘤 患者生存期起着至关重要的作用。当前,脑胶质瘤的诊断主要依靠磁共振、计算机断层扫描等大型仪 器设备,难以精准识别脑胶质瘤边界、术中实时引导手术治疗;且化疗药物受血脑屏障的限制,药物 到达病灶浓度极低,难以达到良好的治疗效果,且还具有严重的副作用。近年来,纳米技术的飞速发 展为脑胶质瘤的精准诊疗带来了新希望。新型功能化纳米探针具有高灵敏、高特异、多功能的优势, 已被成功用于脑胶质瘤的多模态诊断和治疗研究,并取得了重要研究进展。该文先介绍了国内外研究 小组利用功能化纳米探针开展脑胶质瘤精准诊断和治疗的研究进展;然后,重点介绍了纳米探针跨血 脑屏障、多模态成像显影脑胶质瘤边界及成像引导脑胶质瘤精准治疗三方面的研究工作,评述了纳米 探针制备、表面功能化修饰,以及用于脑胶质瘤成像和治疗过程中面临的难题;最后,对功能化纳米 探针在走向临床应用过程中面临的机遇和挑战进行了展望。
    12  基于短声和扫频音的听觉脑干诱发电位比较研究
    姜言冰 薛金伟 汪 鑫 孙淑睿 王 程 陈世雄 李光林
    2020, 9(1):28-35. DOI: 10.12146/j.issn.2095-3135.20191129001
    [摘要](584) [HTML](0) [PDF 1.02 M](1339)
    摘要:
    听觉脑干诱发电位检测(Auditory Brainstem Response,ABR)是一种客观检测听力损失的常用方 法。短声作为一种宽频信号,其诱发的 ABR 通常被认为是 ABR 检测的金标准。但由于人体耳蜗基底 膜行波具有延迟特性,短声不能同时刺激整个耳蜗基底膜产生兴奋,导致诱发的 ABR 波形因不同相而 产生衰减。为解决这一局限性,该研究设计了一种扫频音刺激,根据耳蜗基底膜的延迟特性重新调整 不同频率成分出现的时间,以诱发 ABR 信号。实验通过将所设计的扫频 ABR 方法和传统的短声 ABR 方法的波质量进行比较发现,在不同的刺激强度和刺激速率下,扫频 ABR 的波形形态均明显优于短声 ABR 的。此外,在不同的响应叠加次数下,所设计的扫频音比短声诱发 ABR 能更快地诱发出 ABR 波 形。该文所提出的扫频 ABR 方法有望提高 ABR 在听力损失诊断中的灵敏度。
    13  基于脑电波时频分析方法的认知决策任务研究
    王 程,朱明星,汪 鑫,杨子健,王小晨,陈世雄,李光林
    2020, 9(4):11-24. DOI: 10.12146/j.issn.2095-3135.20200509001
    [摘要](814) [HTML](0) [PDF 1.54 M](2636)
    摘要:
    选择和决策涉及一系列复杂的认知过程,而脑电图(Electroencephalogram,EEG)信号的时频 分析方法可以帮助理解不同认知任务中的大脑活动。为对脑认知功能评价标准的设定提供客观量化理 论参考,该研究针对正常人在做出一系列完整认知任务时的脑电波活动进行量化分析,作为后续认 知障碍研究的前期基础。通过设计了一项与“剪刀、石头、布”游戏相关的决策认知任务,使电脑 的 3 种选择按一定的概率(石头 66%、剪刀 33%、布 1%)随机出现,其中认知决策包含稳妥型、风险 型和错误型,每轮决策任务分为 3 个阶段(计划阶段、确认阶段和反馈阶段)。在整个任务期间,使用 NeuroscanQuikCap 脑电测量系统同时记录 64 个 EEG 信号通道数据,通过提取不同受试者脑电频段 (δ、θ、α 和 β)的平均频谱功率和相位同步值,研究了不同任务阶段下 4 种频段脑电波的变化特征。研 究发现,在计划阶段,实验对象想要获胜或不想输的判断决策活动与顶叶区 α 波和前额 θ 波的增强活 动效应相关,其脑电波出现的先后顺序反映受试者将做出不同类型的决策计划;在确认阶段,α 波的 频谱功率抑制效应和 δ 波的相位同步增强活动表明受试者在确认选择后会提高注意力;在反馈阶段, θ 波、β 波功率谱增强效应和 α 波功率谱降低效应与不同的反馈结果有关,其中在受试者发觉输掉游戏 的反馈中,该效应最为明显。结果表明,EEG 信号的时频特征分析方法可以有效观察大脑对不同认知 任务的响应活动。该研究不仅有望为探讨一项完整认知任务的动态过程提供可视化工具,还有助于客 观认知评估标准技术的进一步发展。

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