机体的免疫反应是如何被激活的?——2011年诺贝尔生理学或医学奖解读

2011年10月3日，举世瞩目的2011年诺贝尔生理学或医学奖在瑞典卡罗林斯卡医学院揭晓”．因在免疫学领域取得杰出成就，美国科学家布鲁斯·博伊特勒（Bruce A．Beutler）、法国科学家朱尔斯·霍夫曼（Jules A．Hoffmann）和加拿大科学家拉尔夫·斯坦曼（Ralph M．Steinman），共同分享了这一奖项．

人类辅助生殖技术研究的里程碑——2010年诺贝尔生理学或医学奖解读

试管婴儿技术是现代医学治疗不育症的人类辅助生殖技术之一.试管婴儿技术的发展,打破了人类繁衍的自然方式和过程,是生殖医学领域的一场革命,对生命医学的发展产生了重大影响.为此,在试管婴儿技术研究中做出开创性贡献的英国科学家罗伯特·爱德华兹,荣获2010年诺贝尔生理学或医学奖.

染色体是如何被端粒和端粒酶保护的?——2009年诺贝尔生理学或医学奖解读

端粒对维持染色体的稳定和延长细胞寿命至关重要,其长度的维持有赖于端粒酶的存在.布莱克本和绍斯塔克发现端粒中的一种独特DNA序列能保护染色体免于退化,格雷德和布莱克本发现了端粒酶及其作用.这些发现揭示了端粒形成和端粒酶保护染色体的机理,3位美国科学家因此荣获2009年诺贝尔生理学或医学奖.

新世纪中推动生物科学发展的“Bio-X”

近二年国际上正掀起建立以生物科学为中心的交叉学科研究中心或研究所等实体的热潮。其中最引人注目的是美国斯坦福大学以诺贝尔物理学奖获得者朱棣文教授等人组建的“Bio -X”研究中心。Bio -X中的Bio为生物学 ,X泛指物理学、化学、工程学、医学等其它学科。在新世纪到来之时 ,生物科学中有不少迅速发展的领域迫切需要多学科交叉共同研究和参与 ,特别是 :后基因组、基于同步辐射的结构生物学、单分子测量、纳米技术、脑科学、生物医学工程等。

癫痫病人脑电信号的奇异谱

癫痫是一种常见的神经系统疾患 ,其唯一客观证据为脑电图的癫痫样发放。在癫痫发作间期 ,仅有偶发的很难辨别的癫痫样放电 ,为了正确诊断癫痫病,往往需要医生长时间监测病人的脑电信号。在对脑电信号进行相空间重构 ,进而对其进行奇异系统分析 ,发现癫痫病人无论在癫痫发作前、发作中、发作后 ,其脑电信号的奇异谱曲线不存在噪声平台 ,明显区别于正常人。是否可以认为脑电信号的奇异谱正代表着大脑的一种基本状态 ,癫痫患者在未发作时 ,大脑的基本状态已经处于异常。无论如何 ,奇异系统分析方法使得可以利用很短的一段脑电数据诊断癫痫。无疑为癫痫病人的临床诊断提供了一条简单、有效的途径。

脑电图复杂度分析中的粗粒化问题 I.过分粗粒化和三种复杂度的比较

在对生物医学信号时间序列进行复杂度分析时 ,往往需要首先对原始信号进行粗粒化预处理。这种预处理有可能会造成丢失原始信号中所蕴含的信息 ,甚至在某些情况下根本改变原信号的动力学性质。本文提出了克服这一问题的一些途径 ,通过对若干种复杂度定义的比较研究 ,建议采用近似熵和我们所定义的C0复杂度作为复杂性度量。并以脑电的复杂性分析为例作了说明。

人类脑计划和神经信息学

人类脑计划是继人类基因组计划之后的又一重大科研计划 ,本文对该计划产生的历史背景 ,目的 ,现状 ,急需解决的问题作了简要的综述。

脑电图复杂度分析中的粗粒化问题II.量化对复杂度计算的影响

在对生物医学信号时间序列进行复杂度分析时,粗粒化预处理有可能会造成丢失原始信号中所蕴含的信息,甚至在某些情况下根本改变原信号的动力学性质。用计算机计算时的量化过程也是一种粗粒化,因此也有这类问题。通过对近似熵和我们所定义的C0复杂度这两种复杂度在不同量化精度下对一些典型时间序列复杂度分析的比较研究,发现一般说来量化精度对复杂度分析的影响不是很大,仅当对原始信号进行二值化等极端情况下,才会显著改变原信号的复杂性。对脑电信号进行计算表明上述结论是实际可取的。

蛙下丘听觉神经元对双耳强度差检测功能的建模和仿真

建立了蛙下丘听觉神经元对双耳刺激强度差检测功能的一个数学模型。按此模型所作的计算机仿真和相应实验结果比较的一致性支持了下列假设 :下丘中的EO神经元对同侧刺激不产生反应可能是由于接受了来自同侧的强烈抑制性输入 ,从而掩盖了它同时接受到的来自同侧耳的兴奋性输入。而来自同侧的抑制性输入 ,与来自对侧的兴奋性输入可能通过突触前抑制的相互作用 ,则导致了EE神经元的双耳抑制现象。

基于二阶C_0复杂度的癫痫发作预测

癫痫发作的预测是近年来在临床医学和神经系统科学研究领域中备受关注的问题。如果癫痫发作能够被可靠地预测,则可以提前采取有效的临床预防措施,从而能较大程度地改善癫痫患者的生活质量。文章提出了一种基于二阶C0复杂度的预测算法用于预测癫痫发作。该算法通过分析癫痫患者颅内脑电信号的二阶C0复杂度,利用发作前期复杂度曲线的变化特征预测癫痫发作。作者运用该算法对21组癫痫病人87次发作的临床颅内脑电数据和4组大鼠4次发作的颅内脑电数据进行分析计算,预测准确率分别为94.3%和100%。实验结果表明该算法可以有效地预测癫痫发作,具有潜在的重要临床应用价值。

基于独立元分析和非线性指数分析的脑电信号中伪迹分量的自动去除

脑电(electroencephalography,EEG)信号中不可避免地存在着眼动、心跳、肌电信号以及线性噪声等伪迹干扰,这些伪迹的存在极大地影响了脑电信号分析的准确性,因此在进行脑电信号分析前需要去除伪迹干扰。为了有效地去除伪迹,结合独立元分析和非线性指数分析,提出一种自动识别并去除脑电信号中伪迹分量的方法。该方法还可同时用于提取脑电信号中的基本节律如!波等。相应的模拟与实际脑电数据的实验结果表明所提议的方法具有很好的识别和去除脑电信号伪迹分量的性能。

复杂度脑电地形图研究

脑电地形图是近年脑电分析的热点之一。通过对各种复杂度算法的分析得出,近似熵由于所需要的时间序列长度较短 ,大大减少了脑电非平稳性所带来的困难 ,且无需粗粒化 ,在对生物医学信号的复杂度分析中有其一定的优点。采用近似熵对多道脑电信号的复杂度运算结果 ,通过空间插值 ,构建复杂性动态脑地形图 ,以便于观察大脑各部EEG信号复杂度在同一时刻的相对强弱关系和这种关系随时间的变化。并通过对一些脑疾病患者脑电数据的分析 ,探索病理情况下复杂性脑地形图与正常对照在结构上的不同,从中提取信息 ,以期获得一种客观且易于为临床接受的对脑疾患、特别是功能性疾患的判别方法。通过分析发现精神分裂患者闭眼时的复杂度脑地形图模式较正常人复杂 ,而癫痫患者在癫痫发作期脑电复杂度水平降低。

视网膜神经节细胞感受野的一种新模型 II.神经节细胞方位选择性中心周边相互作用机制

在前文建立的二维视网膜神经节细胞含大周边感受野模型基础上 ,结合生理实验结果模拟了神经节细胞的方位选择性特性。文中采用椭圆感受野的观点解释了方位选择性的成因。并通过中心区以外区域对中心区方位选择性的复杂调制组合 ,展示了感受野不同亚单元对方位选择性的影响作用 ;指出方位选择性的成因是感受野椭圆亚单元的存在;感受野复杂的方位选择性是由于中心和周边在不同刺激条件下竞争的不同结果造成的;同时指出对椭圆感受野 ,倍频反应也会有相应的方位选择性。

抑制K+通道电流可以阻止大鼠小脑颗粒细胞的凋亡

钾通道电流在细胞的发育、分化、迁移和凋亡过程中起着关键的作用.我们最近研究了垂体促腺苷酸环化酶肽(PACAP)和褪黑素(melatonin)对原代培养的小脑颗粒细胞钾通道电流的影响以及神经元抗凋亡的保护作用.……

视网膜神经节细胞感受野的一种新模型 I.含大周边的感受野模型

感受野是视觉系统信息处理的基本结构和功能单元。X、Y细胞是两类主要的视网膜神经节细胞。生理实验发现,在经典感受野之外还存在一个大范围的大周边去抑制区。文中采用周边去抑制区对经典外周的去抑制非线性作用方式 ,建立一个二维的与实验结果联系紧密的X、Y细胞统一的复合感受野模型。该模型不仅能模拟X细胞的null -test反应和Y细胞的on -off反应 ,还模拟了Y细胞在低空频刺激时的倍频反应、圆面积反应曲线、感受野空间频率调谐曲线。文中用空间滤波器的观点解释了X、Y细胞空间滤波特性的不同 ,同时指出大周边去抑制区的存在 ,在有效抑制感受野低频反应上起着重要作用。

脑死亡与脑昏迷脑电信号的复杂度研究

脑死亡诊断是有关病人生死的重要问题。许多国家都把脑电平坦列为脑死亡诊断的基本条件,但研究发现并非所有的脑死亡患者均表现为脑电平坦,同时脑昏迷患者在部分情况下也会表现出脑电平坦的现象,从而有可能在临床中造成误判。C0复杂度判断指标能够利用脑电信号中的复杂度特性帮助临床诊断中对于脑死亡和脑昏迷状况的鉴别。运用C0复杂度算法对22位脑死亡和脑昏迷病例进行分析实验,可以发现脑死亡脑电信号的复杂度明显高于脑昏迷脑电信号的复杂度。实验表明C0复杂度可以用来有效地区分脑死亡和脑昏迷脑电信号,具有潜在的重要临床价值。

蛙下丘频率调谐特性方向选择性的建模和仿真

基于Feng等人的神经电生理实验结果 ,建立了关于豹蛙(Ranapipien)半规隆凸 (torussemicircularis)核团神经元频率调谐特性方向选择性反应的模型 ,并在此基础上讨论了模型各个参数对模型方向性反应输出的影响。结果提示 :1)听觉系统两侧的相互抑制作用 -双耳抑制主要决定频率调谐特性的尖锐性随方向变化的特性 ;2)前级神经元对不同方位外界声源刺激具有不同强度平均脉冲发放率的特征则主要决定其最低阈值随方向变化的特性 ;3)模型半规隆凸神经元复杂的频率调谐曲线及其方向依赖性反应 ,其产生的主要原因既同双耳抑制有很大程度上的相关性 ,同时相对复杂的神经元相互之间的联系方式也是导致频率调谐曲线形状复杂化的因素。

音乐增强大脑网络小世界特性

近年来实验发现音乐相比其他机械噪声对人脑感知系统更能增强大脑内部复杂网络特性.优美音乐在频谱上普遍具有1/f统计特征.在音乐增强脑电信号记录分析中,我们发现对比具有1/f特征的音乐信号,在仍保留1/f特征的随机乱乐刺激下,大部分脑皮层区域的脑功能网络连接密度普遍下降,并且增强的脑功能网络小世界特性在一定阈值范围内也会有显著下降.随机打乱的音乐虽然仍保留长程相关特征,但打乱后每分钟节拍数和节拍清晰度出现了明显降低.这两种音乐特性的降低与音乐打乱前后的大脑小世界网络统计指标的CMean/LMean降低有显著关联.说明音乐信号除了1/f长程相关统计特征之外的其他有效音乐信息在增强脑功能网络方面也起到重要作用.

受体型酪氨酸激酶ErbB受体亚族研究进展

ErbB受体亚族属于受体型酪氨酸激酶(RTK)超家族中的I亚族,对于胚胎发育是必需的,并与腺体肿瘤的癌变有关。ErbB受体亚族有4个成员,它们在上皮和神经等组织内表达。本文综述了ErbB受体亚族的研究概况,以及ErbB受体介导的信号转导机制及其在癌变中的作用机理等研究进展。

人脑运动前准备电位（BP）的两种成分

人脑运动前准备电位（Ｂｅｒｅｉｔｓｃｈａｆｔｓｐｏｔｅｎｔｉａｉ以下简称ＢＰ，或称ＲｅａｄｉｎｅｅｐｏｔｅｎｔｉａｌＲＰ）起始时间之长令研究者费解。本文比较了受指令食指屈曲运动和自我起始食指屈曲运动的ＢＰ。结果显示，ＢＰ在受到指令之前已经开始。显然，指令前那一部分ＢＰ即ＢＰ早期部分与运动无关．本文进一步研究了下意识眨眼运动、指令眨眼运动和自我起始眨眼运动。发现下意识眨眼运动时，ＢＰ起始时无早期成分，明显较另外两种眨眼运动的ＢＰ为短。表明ＢＰ的早期成分是由于在后两种有意识活动参与的眨眼运动中，心理活动产生的直流慢负成分，而与运动起始或运动准备无关．