中缝背核注射对氯苯丙氨酸观察睡眠的变化及5-羟色胺神经元形态学的改变

目的 观察大鼠中缝背核 (DRN)微量注射对氯苯丙氨酸 (PCPA)后睡眠的变化及 5 羟色胺 (5 HT)能神经元的形态学改变。方法 采用核团微量注射、多导睡眠描记和免疫组织化学技术。结果 DRN内微量注射PCPA(10 μg)引起睡眠时间增加 ,尤以深慢波睡眠增加明显 ;免疫组织化学显示DRN内 5 HT阳性神经元明显减少。结论 大鼠DRN微量注射PCPA后睡眠增加且 5 HT阳性神经元明显减少 ,提示 5 HT神经元参与睡眠调节。

基于AdaBoost的神经元形态分类的研究

根据神经元形态的几何特征,使用AdaBoost算法对其进行分类,采用决策树、贝叶斯和关联规则分类模型作为基分类器。算法首先采用直接面向组合分类器分类精度提升的集成学习算法选取基分类器,其次利用分类过程中生成样本的累计权值来调整前K次(K>1)被错误分类样本的权重,并提出双重阈值法对样本的最终投票表决结果进行判定。对20个测试样本进行分类,得出高可信度分类数为18个。

复方地黄对AD大鼠行为学改变及海马CA_1区神经元形态结构的影响

目的:观察复方地黄对阿尔茨海默病(Alzheimer’s Disease,AD)模型大鼠学习记忆能力及海马CA1区神经元形态结构的影响。方法:在腹腔注射D-半乳糖造成大鼠衰老的基础上,海马CA1区注射喹啉酸(QA)造成拟老年性痴呆学习记忆损害模型,复方地黄汤治疗后,观察光、电镜下海马CA1区神经元形态的变化。结果:复方地黄可明显缩短AD大鼠的Morris水迷宫潜伏期、增加平台象限路程比和跨平台次数,明显减轻海马CA1区神经元的损伤,阻止神经元数量上的过度缺失,明显修复线粒体,保护高尔基复合体、粗面内质网的形态,减少突触的溶解。结论:复方地黄对AD模型大鼠受损的神经行为学有明显的改善,对损伤的神经元有一定的保护作用;尤其对损伤突触有一定程度的修复。

基于特征重构自愈残差网络的神经元形态分类

针对不同类别神经元之间的形态相似度高、类内区别性大,容易导致神经元分类准确率不高的问题,提出了一种基于特征重构自愈残差网络的神经元形态分类方法。针对传统卷积造成边缘像素弱化和填充策略带来新像素侵蚀特征的问题,在基础网络后端构建特征重构模块来保留重要的中心特征并过滤受损的边缘特征。利用自注意力权重模块和排序正则化损失方法增强对神经元形态特征的关注。自注意力权重模块为每个样本重新分配权重,以此捕获样本重要性进行加权损失;排序正则化模块则将这些权重按降序重新排序,分为高低2组权重,同时通过在2组平均权重之间强制执行边距进行正则化处理。所提方法在大鼠神经元形态数据集上进行实验,实现了较为优良的分类效果,在Img-raw、Img-resample和Img-XYalign数据集上进行十二分类的准确率分别达到了96.7%,86.94%,85.84%。与其他分类方法相比,所提方法具有更高的神经元形态分类准确率,相较于基础网络ResNet18,有效地提升了神经元形态分类准确率。

上调TNFAIP3对血管性痴呆小鼠海马神经元形态影响

上调TNFAIP3对脑缺血再灌注小鼠海马神经元形态影响,为揭示TNFAIP3参与I/R发病的机理以及确立TNFAIP3作为I/R防治的新靶点提供充分的理论依据。方法 随机分为4组,给药后进行神经功能评分,取材海马组织,观察海马组织的神经元形态变化,结果 与Sham组比较,Model组海马神经元数量减少,尼氏体大量消失,与Model组比较,Model(+)组海马神经元数目增加,海马神经元形态完整,尼氏体增多,结论 探索TNFAIP3对损伤海马组织神经元形态的影响,我们实验结果已经初步探究TNFAIP3在神经保护中起着关键作用。

神经元形态重建工具的研究进展

近年来,分子标记和显微光学成像技术的系列突破,使得单细胞分辨的全脑尺度神经群落成像成为现实.然而,现有神经元形态重建工具的发展速度远远滞后于海量数据的产生速度,难以满足现阶段成像数据的分析需求.在此背景下,我们首先分析了神经元形态重建工具发展滞后的原因,简述现有半自动和全自动神经元形态重建工具的特点和最新发展,并结合现有工具的特点分析其向高通量、高准确度重建工具发展时面临的挑战.最后,我们对未来形态重建工具的发展趋势及应用前景做出展望.

乙酰胆碱、阿托品、毛果芸香碱在痛觉调制中对大鼠蓝斑核神经元形态的影响

目的研究乙酰胆碱(ACh)、阿托品、毛果芸香碱与正常大鼠蓝斑核(LC)在痛觉调制中的作用及其相互关系。方法采用电生理学与侧脑室给药的方法,以电脉冲刺激坐骨神经作为伤害性刺激,用玻璃微电极引导LC中痛反应神经元的电变化。观察ACh、阿托品、毛果芸香碱对LC中神经元形态学改变的影响。结果ACh可使LC内神经元形态发生改变,即神经元体积变大、外形不规则,细胞核轻度水肿等。M受体拮抗剂阿托品能阻断上述作用,使神经元结构基本恢复正常。M受体激动剂毛果芸香碱能产生与ACh相似的效应。结论外源性ACh不仅能加强大鼠LC中痛反应神经元的电活动,而且使神经元的形态也发生了相应的改变,表现为易化疼痛效应。揭示,ACh的易化疼痛作用主要是通过M受体介导而实现的,LC内神经元形态的改变进一步证实ACh和LC在痛觉调制中起重要作用。

急性等容性血液稀释联合控制性降压对大鼠神经元形态学及神经元型一氧化氮合酶表达的影响

目的：观察四种不同程度急性等容性血液稀释（ANH）联合控制性降压对大鼠脑海马CA1区神经元形态学及神经元型一氧化氮合酶（nNOS）表达的影响。方法：40只雄性SD大鼠随机分为对照组（假手术组）和4种不同程度血液急性稀释联合控制性降压的四个实验组,即血细胞比容（Hct）30%、25%、20%和15%组,应用硝普钠控制平均动脉压在50-60mmHg,持续1 h。术中通过股动、静脉持续监测平均动脉压（MAP）、心率（HR）、中心静脉压（CVP）,并于血液稀释前即刻（T0）、降压前即刻（T1）、降压后30min（T2）和停降压后30min（T3）分析和记录HR、CVP,及动脉血气分析。血液稀释后3 h处死大鼠,应用光镜和电镜观察脑海马CA1区神经元形态学改变,用免疫组化法测定海马CA1区nNOS的表达。结果：①实验组动物HR在T1、T3与T0相比,无明显差异（P〉0.05）;T2与T0相比有所上升（P〈0.05）。实验全程CVP无明显改变。②光镜下示Hct 20%和15%组大鼠海马CA1区神经元形态结构改变明显;电镜下示海马CA1区神经元线粒体超微结构评分明显高于其余三组。③Hct 25%、20%和15%组大鼠海马CA1区神经元nNOS表达较假手术组及Hct 30%组逐渐显著上调。结论：维持控制性降压,使平均动脉压维持在50-60mmHg 1 h,脑组织通过适度上调nNOS,能较好地耐受Hct≥25%的ANH;而联合Hct≤20%的ANH时,nNOS过度激活,神经元发生明显的缺血、缺氧性形态学损伤。

黑眶蟾蜍圆核神经元形态-CajalⅢ氨酒精法

用ＣａｊａｌⅢ氨酒精法将黑眶蟾蜍脑做成切片，在光学显微镜下观察，可确定两栖类圆核的位置，并可了解到黑眶蟾蜍圆核内神经元形态主要为四种，各神经元主要特征及占总细胞百分比如下：①圆形细胞：胞体圆形，无树突，占细胞总数２２．３％；②单极细胞：胞体梨形或椭圆形，梨形胞体有短而粗树突，椭圆形胞体有一细而长树突占细胞总数３６．４％；③双极细胞：胞体棱形或不规则，有两树突，主树突无分枝，占细胞总数１４．１％④多极细胞：胞体近似圆形或多边形，有三个或以上树突，主树突无分枝，占细胞总数２７．２％。

微管剪切蛋白调控果蝇节律神经元的形态发育

Spastin、Katanin60和Fidgetin是3种重要的微管剪切蛋白,它们的突变会导致神经退行性疾病。然而,这些微管剪切蛋白如何调节神经元的形态和功能尚不明确。果蝇的昼夜节律行为主要受位于大脑腹外侧的4对神经元LNv的控制。LNv神经元具有简单的形态,并且其轴突末梢会随着昼夜节律而伸缩。本研究利用LNv神经元作为模型,探讨不同微管剪切蛋白在神经元形态发育中的功能差异。我们发现,在LNv神经元中组成性表达Spastin会导致轴突和树突的发育异常,并且抑制神经肽PDF的转运;在成虫时期特异性表达Spastin会引起神经纤维的退化。而在LNv神经元中过量表达Katanin60或Fidgetin则不会影响LNv神经元的形态和神经肽PDF的转运。我们的结果揭示了不同微管剪切蛋白在不同神经元中具有不同的功能特性。

坐骨神经损伤后脊髓前角神经元形态学的观察

目的 研究大鼠坐骨神经损伤后 ,脊髓前角运动神经元胞体形态学的变化 ,以探讨其主要死亡性质。方法 切断大鼠右侧坐骨神经 ,再原位吻合 ,手术后不同时间取腰 4～腰 6(L4～L6)节段脊髓 ,作石蜡切片 ,通过苏木素 伊红 (HE)染色 ,光镜下观察脊髓前角运动神经元胞体的形态学变化特征 ;作超薄切片 ,电镜下观察脊髓前角运动神经元胞体超微结构的变化情况。结果 右侧脊髓前角运动神经元胞体尼氏体和细胞核染色质浓缩 (光镜下 ) ;电镜下 ,细胞膜内陷 ,将细胞分割成凋亡小体 ,然后裂解、细胞体消失 ;而左侧脊髓前角运动神经元胞体均一、无变化。结论 坐骨神经损伤后 ,脊髓前角运动神经元有死亡 ,死亡性质主要是细胞凋亡。

三维神经元几何形态生成算法研究进展

神经元是神经系统的基本构建和计算单元,神经元几何形态的计算模型对理解大脑的结构功能关系及信息处理极其重要。在总结和分析各种三维神经元几何形态生成算法的基础上,给出三维神经元几何形态生成算法的计算框架。根据神经元几何形态生成机制的不同,将生成算法分为基于统计分析的重建算法、基于文法规则的生成算法和基于生物发育的生长算法3类,并重点比较和分析现有生成算法的优缺点。

GNMR:基于图神经网络的三维神经元几何形态检索

神经元形态结构是分析神经元活动和发展功能的重要任务。如何有效识别不同形态的神经元是一个挑战。论文提出了一种基于图形卷积神经网络的三维神经元形态检索新方法(简称GNMR)。首先,采用子-父节点方案对三维神经元进行预处理,根据三维形态的空间几何结构,将一个三维神经元分别映射到X-Y、X-Z和Y-Z三个平面;其次,论文设计了一个GNMR来检索神经元形态,为了避免梯度爆炸和梯度消失的问题,在连接层增加了三层ReLU函数。最后,在NEU-1500数据集上对该方法进行了仿真,实验结果表明该方法能够有效识别三维神经元的形态,具有较高的检索准确率、精准率和召回率。

柔肝通络汤预处理对MCAO大鼠脑细胞凋亡及神经元形态的影响

目的:探讨柔肝通络汤对大脑中动脉阻断(MACO)所致脑缺血/再灌注损伤大鼠脑细胞凋亡及神经元形态的影响。方法:将实验大鼠分为柔肝通络汤高、中、低剂量组和空白对照组、假手术组、模型组。采用线栓法制备大鼠局灶性脑缺血/再灌注损伤模型,采用TUNEL法及Nissl染色法分别观察实验动物缺血再灌注后3、6、12、24、48h脑凋亡细胞及神经元形态。结果:柔肝通络汤能够显著降低模型动物的凋亡细胞数,增加活神经元数量。柔肝通络汤组的凋亡细胞数低于模型组(P<0.05),活神经元数量高于模型组(P<0.05)。结论:柔肝通络汤通过抗细胞凋亡发挥脑保护作用。

局部特征与点云配准引导下的神经元相似性度量方法

针对现有神经元形态学匹配与相似性度量方法难以有效处理大规模且结构复杂神经元数据的问题,提出一种由局部特征与点云配准引导下的神经元相似性度量方法.首先,利用全局特征进行大规模检索完成神经元相似数据的初筛;其次,基于深度卷积自编码器,对筛选后的神经元数据进行无监督的局部特征提取,实现两两神经元之间的粗配准,并借助迭代最近点算法,将具有空间树型结构的神经元匹配问题转换为点云的三维配准问题;最后,通过与全局特征下的检索结果进行融合,实现神经元形态数据的相似性度量.在NeuroMorpho公开数据集上抽取了19286个神经元,并与其他6种相似性度量方法进行对比实验,文中方法的Top-1和Top-50精度分别为0.981和0.721,均优于现有对比方法,验证了其在大规模数据集上的有效性与精确性.

银染高尔基染色法用于神经元完整结构成像

高尔基染色是神经元树突和树突棘可视化的经典方法,目前仍被广泛用于神经元形态可视化。银高尔基染色目前存在易产生黑色沉淀、染色神经元形态结构不完整等问题。对重铬酸钾(K_(2)Cr_(2)O_(7))和硝酸银(AgNO_(3))如何影响银染高尔基染色方法的染色效果进行了研究,通过研究染色液组成成分重铬酸钾、硝酸银质量浓度变化和组分的不同作用方式,实现了对银染高尔基染色方法的优化。结果表明,35 mg/mL多聚甲醛(Paraformaldehyde,PFA)和20 mg/mL K_(2)Cr_(2)O_(7)混合液染色效果要明显优于20 mg/mL K_(2)Cr_(2)O_(7)单独染色效果,在K_(2)Cr_(2)O_(7)的质量浓度优化过程中,80 mg/mL K_(2)Cr_(2)O_(7)的染色效果最佳,35 mg/mL PFA与20 mg/mL K_(2)Cr_(2)O_(7)混合溶液和80 mg/mL K_(2)Cr_(2)O_(7)最佳染色时长比为3∶1,染色过程中AgNO_(3)的最佳质量浓度为10 mg/mL,在最终的染色液组成成分以及作用方式中40 mg/mL PFA固定2 d、35 mg/mL PFA和20 mg/mL K_(2)Cr_(2)O_(7)混合溶液处理3 d、80 mg/mL K_(2)Cr_(2)O_(7)处理1 d和10 mg/mL AgNO_(3)处理5 d对脑组织神经元形态的可视化具有最佳效果。优化后的银染高尔基染色方法可实现对神经元的完整形态结构染色,同时在染色过程也将产生更少的成像杂质沉淀噪点。该工作将提供一种新的高尔基改良染色方法,实现神经元完整形态结构的染色,有望为研究脑神经元结构变化与脑疾病之间的关系提供新的染色方法。

基于三维深度神经网络的大规模神经元形态表征与检索方法

高效准确的相似神经元检索方法是神经元形态分析的重要支撑.随着高精度显微成像、神经元示踪、人工智能等技术的发展,近些年出现了若干基于机器学习的神经元形态计算与分析方法,这些研究主要包括对传统神经元形态度量指标的统计分析,以及将神经元形态二维投影与深度学习结合的神经元量化表征方法,在神经元的特征提取、分类、相似检索等任务中均取得了不错的效果.不过随着越来越多的三维神经元数据被重建出来,以上方法都无法满足当前背景下对大规模神经元形态数据的细粒度表征、检索与分类需求.为此,本文提出了基于三维深度神经网络的大规模神经元形态表征与检索方法.首先,为了将神经元的三维空间拓扑结构转换成适用于深度神经网络的形式,我们设计了神经元空间形态的体素转换方法,将原始的神经元重构文件转换成三维体素的形式,极大地保留了神经元的三维空间拓扑结构.随后,考虑到当前神经元数据缺乏精细的分类标准,本文设计了基于三维卷积自动编码器的神经元形态表征算法,应用深度神经网络无监督地学习神经元体素数据的结构特点,得到神经元形态的量化表征,并以此设计端到端的相似神经元快速检索算法.最后通过实验验证本文所提出的方法,在9万余神经元数据中检索形态相似的神经元,实验结果显著优于其他基于神经元量化表征的检索方法.实验表明,本文方法可以更高效准确地检索相似神经元,为神经元的形态学分析、神经元单细胞分类等相关研究的关键问题提供支持.

黄芪多糖对脊髓损伤大鼠脊髓运动神经元组织形态及自噬相关蛋白表达水平的影响

目的:探讨黄芪多糖对脊髓损伤大鼠脊髓运动神经元组织形态及自噬相关蛋白表达水平的影响。方法:选取30只6周龄SPF级SD大鼠,体质量200±30g,采用Allen打击装置处理大鼠T10脊髓,制成脊髓损伤模型,并分为黄芪多糖治疗组、模型组和正常对照组。配置1mg/ml的黄芪多糖注射液,按照10mg/kg的注射量,每天注射1次。术后使用HE染色在7天、14天、28天测量大鼠的运动神经元组织形态;使用Westen Bolt和RT-PCR在0天(6小时)、7天、14天、28天定性、定量检测大鼠Bcl-2、Bax、Beclin1、LC3蛋白表达情况。结果:染色观察发现,模型组大鼠脊髓内部有大量空洞,出现自噬小体,在黄芪多糖治疗组中有少量的自噬小体,脊髓内部空洞较少。相比模型组,黄芪多糖治疗组抗凋亡蛋白Bcl-2显著升高,(P<0.01),Bax显著降低(P<0.01),Bcl-2/Bax在7天时显著低于模型组(P<0.01),7~28天时Bcl-2/Bax显著高于模型组(P<0.01)。Beclin1的表达量在0(6小时)、7天时,黄芪多糖治疗组显著高于模型组(P<0.01),7、28天时,黄芪多糖治疗组Beclin1的表达量则低于模型组(P<0.05);0(6小时)、7天时,黄芪多糖治疗组LC3-Ⅰ/LC3-Ⅱ的比值显著高于模型组(P<0.01),7~28天时,黄芪多糖治疗组则显著低于模型组(P<0.01)。结论:黄芪多糖通过调节大鼠自噬相关蛋白Bcl-2、Bax、Beclin1、LC3的表达水平,使神经元组织自噬先增强后减弱,达到促进脊髓损伤的康复的效果。

腺相关病毒AAV2/Anc80L65对原代培养的螺旋神经元形态标记效能的探究

目的探究含有神经元特异性启动子(human synapsin promoter,hSyn)及绿色荧光蛋白(enhanced green fluorescent protein,eGFP)标记的AAV2/Anc80L65-hSyn-eGFP病毒对体外培养的螺旋神经元(spiral ganglion neuron,SGN)形态的标记效果。方法向体外培养的SGNs中加入一定量的AAV2/Anc80L65-hSyn-eGFP病毒,通过荧光显微镜在低倍镜下计数荧光神经元的比例以评估其对螺旋神经元细胞的转染的特异性和效率,在高倍镜下观察荧光神经元胞体及神经突的精细形态。并通过膜片钳实验验证该病毒在活体SGNs中的实际应用。结果AAV2/Anc80L65-hSyn-eGFP病毒对体外培养的SGNs具有很高的特异性和转染率,且不会产生明显的细胞毒性。同时,该病毒可以快速清晰地标记螺旋神经元胞体和神经突的形态且对神经元形态没有明显损伤。相比Tuj1荧光染色还可以标记更加精细的神经突结构,如丝状伪足。当应用于膜片钳实验中时,AAV2/Anc80L65-hSyn-eGFP病毒有助于神经元识别和定位,可极大提高SGNs膜片钳实验的效率和成功率。结论AAV2/Anc80L65-hSyn-eGFP适合作为标记体外培养的活体SGNs形态的理想工具。

神经元形态重建进展及趋势

神经元形态重建是指从图像中挖掘表征神经纤维特征的量化数据.该技术在神经元类型识别、神经回路绘制、脑图谱构建等众多脑科学基础研究中发挥重要应用,也会为人工智能领域的多项研究提供有益借鉴.近年来,分子标记和成像技术的系列进展将全脑尺度神经元网络研究推向前所未有的尺度,但也对现有神经元形态重建方法提出若干挑战.在此背景下,本文简述国内外神经元形态重建研究现状和经典方法,论述单神经元重建到神经群落重建是领域发展的必然趋势,并对神经元形态重建的未来发展方向做出展望.上述内容有助于我国研究者迅速了解神经元形态重建领域的最新动向,发展与现有数据特点相匹配的神经元形态重建方法.