应用基于内源信号的光学成像技术的视觉脑研究现状

基于脑内源信号的光学成像技术是近来国际上出现的一种脑功能成像方法。该技术既无毒 ,又具有较高的空间分辨率 ,因而被迅速应用于动物的视觉、听觉、体感皮层功能构筑的研究中。本文综述了这种光学脑功能成像在视觉脑研究方面所取得的重要进展 ,并分析了该方法与其他脑成像技术、微电极单细胞技术的关系。报道了国内自行研制第 1套脑功能光学成像系统的研究工作 ,该系统已在猫初级视觉皮层不同深度获得了清晰的方位功能图 ,并已经和正在开展进一步的深入研究。

不同的频率调谐与递质特异性神经元在鼠耳蝠听觉脑干的空间分布

分别用频率为 2 0 ,60kHz ,强度为 59～ 63或 71～ 73dBSPL(Soundpressurelevel)的纯音 (时程 4ms ,升降时间各 0 .5ms ,重复速率 2pulses/s)对 9只鼠耳蝠双耳或单耳进行暴露。采用Fos免疫组化双重标记技术 ,考察了Fos、Fos/谷氨酸 (Glu)和Fos/γ 氨基丁酸 (GABA)阳性神经元的空间分布。结果表明 ,在其脑干听核团中 ,耳蜗核 ,斜方体核 ,上橄榄核 ,外侧丘系核以及下丘分别有不同数量的Fos、Fos/Glu或Fos/GABA阳性神经元分布。两种声频率暴露条件下Fos、Fos/Glu和Fos/GABA都具有特定的空间分布模式 ,从一个侧面证实脑干频率 幅度轴的存在 ,并提示Glu能和GABA能神经元在脑干不同层次对听觉信息加工 ,特别是对频率编码的作用既表现在参与的神经细胞数量上 。

脑光学成像技术揭示的猫初级视皮层方位倾斜效应

方位倾斜效应 (obliqueeffect)是人类普遍存在的视觉心理效应。为了检测其神经基础 ,我们采用脑光学成像方法 ,对猫初级视觉皮层较大范围内的水平 垂直方位光栅刺激敏感区和倾斜方位光栅刺激敏感区的大小及其反应强度进行了定量分析。结果表明 :水平 垂直敏感区比倾斜角敏感区面积大 ,平均差异为 4 7% ;水平 垂直方位刺激引起的反应强度整体上比倾斜角方位刺激大。以上结果澄清了以往一些电生理研究结果的不同 。

脑内源信号光学成像术:猫视皮质方位功能柱的活体显示

脑内源信号光学成像术是目前为止空间分辨率最高的一种活体脑成像技术 ,它为大范围皮质的功能构筑研究提供了有力工具。本文介绍了应用这一技术显示活体猫视皮质的方位功能柱的方法 。

基于独立元分析的脑磁图数据分析和处理(英文)

背景:诱发响应信号是由刺激的时间锁定的,对于一些特定的刺激呈现小的个人差距,脑磁图数据中诱发响应的提取对人脑功能的认识很重要。目的:将独立元分析应用于分离混迭的脑磁图多通道信号中的信号源,提出一个简单有效的基于独立元分析的脑磁图数据分析和处理方法。设计:单一样本分析。单位:复旦大学电子工程系和复旦大学脑科学研究中心。对象:实验于2002-09在日本通信综合研究所关西先端研究中心完成,选择日本东京药科大学的健康志愿者1例,男性;年龄23岁。受试者自愿参加。方法:①对脑磁图进行必要的预处理,如低通滤波和主成分分解。②采用独立元分析的方法对取自148个通道的脑磁图的数据进行分析和处理,尤其是诱发反应的提取。③对提取的各独立成分进行周期平均。主要观察指标:应用独立元分析方法对脑磁图数据分析。结果:①脑磁图信号有较高的冗余度,信号能量的绝大部分集中在前30个主成分中,从前30个主成分中抽取干扰源和诱发响应活动源。②眼动干扰源仍被清楚地检测和分离在第1个独立元中,心电干扰被分离在第20个独立元中。③α波呈现在第2,3,7和9等独立元中。波(13～30Hz)呈现在第11和第12独立元中。④诱发响应是响应于刺激的周期性波形,集中在第5独立元中。结论:利用独立元分析,可从混迭的脑磁图数据中分离这些干扰源,更进一步,消除这些干扰成分,可得到净化的脑磁图数据。借助独立元分析,有效的分离α波、β波以及眼动、眨眼等神经活动源,有可能为它们的脑神经活动研究提供新的方法和途径。利用独立元分析方法成功的进行了听觉诱发反应的分离和提取。

基于内源信号的脑光学成像系统的研制

基于内源信号的脑光学成像技术（ｏｐｔｉｃａｌ ｉｍａｇｉｎｇ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ ｓｉｇｎａｌｓ） 是近年出现的研究脑功能的新技术。它因具有高空间分辨率，可连续长时间记录，使用简便， 费用较低等特点，成为在视觉，听觉以及其他各种脑功能研究的有力工具。本文介绍了国内第一套脑光学成像系统的设计和研制，以及用于视觉研究皮层功能方位柱研究的初步结果。

用脑光学成像精确测定猫初级视皮层视野拓扑投射关系

利用基于脑内源信号的光学成像和二维互相关分析的方法,对猫初级视皮层17区的视野拓扑离心度(即视网膜-皮层拓扑关系)进行了精确测量。当采用在同一屏幕内处于上下视野的、方位互相垂直的两个相邻光栅刺激时,皮层中一部分区域的绝大部分细胞因同时兴奋而导致方位功能图模糊不清。将这种方位功能图和用单一方位(水平或垂直)全屏光栅刺激所得到的功能图进行比较,通过计算每一像素的互相关系数,从而获得皮层的精确视野拓扑离心度。同时用电生理的方法测量了同一视皮层内的单细胞的感受野位置,证明这种方法得到的视野离心度和光学记录方法得到的相同。因此,本研究为大面积地确定视皮层细胞感受野在视野中的位置提供了一种快速和较准确的方法。

视皮层反馈对猫外膝体神经元方位调制特性的影响

以扫描正弦光栅作为刺激 ,用冰冻法毁损皮层 17、 18、 19区和外侧上雪氏回 (LS区 )来阻断皮层对外膝体的反馈投射 ,记录并描绘了猫外膝体 5 97个细胞的方位调制特性 .去视皮层猫外膝体神经元的平均方位选择性强度 (Bias)为 0 15 4,与正常猫 (0 15 5 )几乎相同 ,其最优方位偏向于水平方位 .与正常猫外膝体不同的是 ,去视皮层猫外膝体失去了最优方位的切向分布规律 ,用GABA或KCl压抑皮层活动得到了相近的实验结果 .结果说明正常外膝体的最优方位切向分布规律来自皮层反馈投射 .

急性眼内压升高对猫视网膜神经节细胞的影响

用前房穿刺直接升高眼内压的方法研究了 12只正常猫视网膜神经节细胞在固定的灌流压 (PP =股动脉压-眼内压 )下形态学的变化。动物经灌流固定后进行视网膜全铺片、尼氏染色 ,在网膜上的不同区域进行细胞计数 ,发现 :1 加压后视网膜的不同区域较正常视网膜相应区域的细胞密度有不同程度的降低 ;2 α、β类神经节细胞及视网膜的不同区域对高眼压有不同的耐受性 ;3 不同的加压时间 ,对视网膜上造成不同的影响。

钠-氢交换蛋白mRNA在人胎儿两个发育阶段中的组织特异性表达

钠 氢交换蛋白 (Na+ H+ exchangers ,NHE)至少包含 6个不同的亚型 ,生长因子可激活其表达。目前 ,对在发育过程中NHE的表达了解甚少。本文利用RT PCR观察了 4种NHE亚型的mRNA在人胎儿的两个不同发育阶段 (11周、16周 )在不同组织中的表达 ,以研究它们的发育调控。结果显示 ,NHE1mRNA在两种胎龄的多种组织中均有表达。和 16周胚胎相比 ,11周的胚胎的NHE1mRNA的表达较弱 ,并且表现出明显的组织差异。据此推测 ,NHE1的管家 (house keeping)功能可能至少在 11周就开始形成 ,而最迟在 16周已基本建立 ;NHE2和NHE3mRNA在 11周和16周的胚胎组织中的特异性表达呈现相反的变化趋势及组织分布上的重叠 ,后者与NHE2和NHE3在成人组织中的分布及功能的重叠的特点相吻合 ;NHE5mRNA的表达在 11周的胚胎组织中比较普遍 ,而在 16周的胚胎组织中则局限在小脑组织中。本研究表明 ,在人胚胎发育的 11～ 16周期间 ,NHE的组织特异性表达表现出时间依赖性的调控 ,而在不迟于胚胎发育的第 16周 ,具有“管家功能”

稳定表达黄嘌呤氧化还原酶的人类神经外胚层瘤PFSK细胞株的建立(简报)

黄嘌呤氧化还原酶(Xanthine Oxidoreductase,XOR)参与嘌呤类物质代谢,是嘌呤代谢的关键酶.在哺乳动物中,XOR以两种可互相转换的形式存在,即黄嘌呤脱氢酶(XDH)和黄嘌呤氧化酶(XO)[1,2].同时,由于XOR催化反应的副产物是氧自由基,因此XOR参与氧自由基产生的作用也日益受到重视.大量动物实验模型已经表明在氧化性组织损伤过程如脑缺血/再灌注等病理情况下,XOR活性增强导致的氧自由基积聚是造成组织损伤的直接原因之一[3-6].但是,人类XOR的研究却由于正常人类XOR活性和基因表达水平较低(仅为啮齿类动物的1%[7])等原因受到了阻碍,直到近期才有一些进展[8,9].而对于XOR在人类生理及病理过程中除参与嘌呤代谢外的其他作用则尚未确定.

兔抗人NESTIN抗血清的制备与鉴定(简报)

巢蛋白(nestin)属Ⅵ类中等纤维蛋白[1].最初在神经系统发育早期发现有该蛋白的表达[2].

猫高级视皮层21a区对视皮层17和18区方向选择性的反馈调制作用——基于脑内源信号光学成像的研究

猫和猴的视皮层存在着两条将视觉信息由低级视皮层向高级视皮层传递的并行的前馈信息处理通路,即形状信息处理通路(腹侧通路)和运动信息处理通路(背侧通路)。

猫视网膜神经节细胞显示对长时间光栅刺激的弱图形适应和明显的图形易化作用(英文)

图形适应被认为仅存在于视觉皮质水平 ,然而本实验室新近实验表明 ,光栅图形适应也存在于正常猫和去视皮质猫的外膝体神经元。本研究目的在于澄清外膝体的图形适应是否来源于视网膜。研究了 79个X和 Y型猫视网膜神经节细胞对长时间的光栅刺激反应。结果显示 :1与外膝体中继细胞不同 ,71 %的神经节细胞对长时间刺激反应不变 ,只有 6%的细胞显示光栅适应 ,而有 2 3%的细胞显示易化作用 ;2上述对长时间的光栅刺激的效应与细胞类型 (X和 Y型或 On-和 Off-中心型 )无关 ;3如同外膝体细胞 ,视网膜神经节细胞的光栅易化作用在刺激后 30 s内结束 ,平均反应幅度上升 1 7% ,其时程符合指数函数 ,平均时间常数为 1 7.7s。本结果提示 ,图形适应可能基本上起源于外膝体 ,而图形易化则起源于视网膜 。

单眼视觉剥夺猫外膝体神经元的双眼反应特性

采用在位（ｉｎ ｖｉｖｏ） 胞内记录技术，研究了单眼视觉剥夺猫外膝体（ＬＧＮ） 神经元的双眼反应特性（ｂｉｎｏｃｕｌａｒｉｔｙ） ， 结果发现单眼剥夺猫外膝体几乎所有的双眼反应神经元都对非优势眼的闪烁光斑刺激有不同程度的反应，并且剥夺层和非剥夺层神经元在反应特性上没有明显差异。但是，与非剥夺层神经元相比，几乎没有剥夺层的神经元能对非优势眼的正弦移动光栅刺激起反应，并受其空间频率的调制。结果提示皮层下外膝体水平上这种双眼反应的某些精细反应性质可能与后天视觉经验的修饰有关，并可能受皮层反馈输入的影响。

基于早期视觉的算法模型评述

计算机视觉与神经生理学相结合,早期视觉模型与计算相结合,对视觉研究领域具有深远的意义。早期视觉研究处理的视觉信息是视觉系统接受信息的第一步,是视觉研究的基础。它用计算机视觉的实现方式,模拟了视锥通路的早期视觉信息处理模型,验证了生理视网膜在信息处理过程中的特性,分析了视觉神经在信息采集必须充分必要的条件下,硬件复杂度、处理时间与处理精度之间的平衡。

视网膜神经节细胞非经典感受野及其方位倾向性的模型研究

建立了包含无长突细胞相互抑制网络的视网膜神经节细胞的三层网络模型,以验证李朝义等提出的非经典感受野可能源于无长突细胞相互抑制的假说,并探讨神经节细胞感受野的方位倾向性的可能机制.模拟结果表明,通过无长突细胞之间的相互抑制可以形成神经节细胞的非经典感受野.模型模拟了神经节细胞的中心区和大周边区的方位倾向性及其相互作用,结果提示神经节细胞的方位倾向性可能主要源于神经节细胞树突野的空间分布.

猴和猫初级视皮层细胞方向选择性及其功能组织的比较研究

虽然许多视皮层区内的方向选择性细胞以柱状方式排列组构，但猴初级视皮层（Ｖ１）区方向选择性功能组构仍然不甚明了．定量地比较研究了猴和猫初级视皮层方向选择性细胞的比例、选择性强度和功能组织，结果表明，猴的方向选择性细胞的比例比猫少，选择性强度和方向功能组织的程度均显著地比猫弱，提示这些种属差别可能源于其神经通路的不同．

脑磁图神经活动源数目的估计

在脑磁图信号的分析中,正确估计出脑磁图神经活动源的数目是进一步分析脑磁图信号的前提。目前广泛采用的信息论方法和主成分分析方法都是根据特征值来确定源的数目,这两种方法在源数目较多、噪声较强的情况下,会导致误判。该文提出了一种噪声调节自动阈值的脑磁图源数目判断方法,利用基于噪声调节的主成分分析并结合聂曼-皮尔逊准则对脑磁图源数目进行估计。同时,该方法采用了基于小波的噪声方差估计,实现了脑磁图信号中噪声方差的精确估计。通过对基于信息论方法、主成分分析方法以及该文所提议方法的实验结果的比较,表明该文所提议方法能更准确地估计脑磁图源数目,特别是在源数目较多、信噪比较小的情况下,仍能准确地估计脑磁图源数目,具有较大的实际意义。

猫外膝体细胞对光栅刺激图形适应的时间特性

研究了猫外膝体细胞对扫描正弦光栅刺激产生的图形适应的反应时间特性，结果表明：与视皮 层细胞类似，外膝体细胞适应后与适应前相比反应幅度降低，潜伏期延长．但与之不同的是，外膝体细 胞适应后反应的基频相位提前了．这暗示长潜伏期的抑制作用可能参与外膝体适应的形成，也说明外 膝体细胞的适应现象可能存在与视皮层细胞不同的形成机制．