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[硕士论文] 胡艳
生物医学工程 中南民族大学 2016(学位年度)
摘要:理解生物体的动作检测机制是研究从计算机科学到脑科学以及心理学等交叉科学学科的一个重要领域。动作识别是计算机视觉中最具挑战的识别难题,他在自动监测,人机交互等方面有着重要应用。人类大脑视觉系统是最高效的动作识别系统。仿造生物视觉系统来构建软件模型,是近几十年仿生领域的重点,产生了大量具有重大参考价值的模型。但大多数都是分离了视觉系统的整体结构,仅考虑视皮层及视皮层更深远的部分,而没有考虑视觉系统前端细胞的预处理作用。本文主要考虑丘脑的皮质下细胞,即外侧膝状体(LGN)的预处理作用。根据真实视皮层简单细胞的形成原理,考虑LGN到简单细胞的映射作用,从而实现简单细胞的模型,并对该模型进行相应的分析及应用,取得了一定的研究成果。
  本研究建立了一个可以用于简单的运动检测以及解释和预测背侧通路中神经生理行为的动作识别模型----3D CORF模型。3D CORF模型是依赖背侧外膝体输入的V1简单细胞模型。该模型包括能增加复杂度的时空特征检测子:输入的图像序列首先通过一系列的LGNd细胞处理,通过所有响应的合成的子集,映射成为有特定方向的V1简单细胞,对运动的方向和速度进行检测。该模型具有良好的检测效果,高于目前较流行的伴随半波整流的非线性模型3D Gabor模型。将构建的3D CORF模型应用于具体的人体动作识别中,建立模拟视觉系统双通路机制的动作识别系统。其中,形状通路中的简单细胞采用2D CORF模型,动作通路中的简单细胞采用3D CORF模型。分类器选用SVM。我们用公开的KTH数据库进行实验。对获取的大量实验数据进行分析,结果表明,本文的双通路动作识别系统具有高效的对象检测性能,也表明了双通路模型比单通路模型的提取性能更好。建立的3D CORF简单细胞模型和模拟视觉系统双通路理论机制的动作识别模型都能很好地解释解剖生理学中视觉系统处理视觉信息的机制,能更好地帮助计算机视觉等交叉学科理解生理学功能,并促进计算机视觉领域快速地向前发展。
[硕士论文] 王瑞松
生物医学工程 华中科技大学 2016(学位年度)
摘要:MARCM是一项基于遗传学的单细胞标记技术,在1999年由Tzumin Lee和Liqun Luo发明。它通过FLP/FRT介导的基因重组,实现了纯合突变细胞的正向标记。MARCM发展至今,已经被应用在很多领域:神经元的单细胞标记;单个细胞的谱系分析;在健康个体上实现纯合突变来研究基因的功能。MARCM把基因操作和神经研究提高到了单细胞水平,推动了神经科学的快速发展。在技术上,早期的MARCM只用于单色标记,现在在MARCM的基础上发展的嵌合体技术已经实现了双色和多色标记。
  果蝇中枢神经系统中有一种细胞称为神经母细胞,神经母细胞不对称分裂会产生一个新的神经母细胞和一个神经节母细胞。在神经母细胞发育进入有丝分裂时热激活FLP,可以得到一个绿色荧光标记的神经母细胞或者神经节母细胞。当不被标记的神经节母细胞处于有丝分裂时,激活FLP重组酶,则其产生的两个神经元中,有一个神经元被绿色荧光标记,所以会得到一个被标记的单细胞克隆。细胞的发育时间是得到单细胞克隆的重要条件。本文把处女果蝇与雄性果蝇放入果蝇管内进行交配,当雌性果蝇开始产卵的时候,每隔2个小时把果蝇转移到新果蝇管中。在果蝇卵发育50-70小时内,每隔两个小时热激活FLP。在不同时间段内激活FLP时,统计MARCM对LPTCs神经元单细胞标记的效率。实验结果表明当果蝇卵发育60-62小时热激活FLP,MARCM对VS神经元进行单细胞标记的效率最高。当果蝇卵发育52-56小时热激活FLP,MARCM对HS神经元进行单细胞标记的效率最高。
  运用MARCM技术对HS神经元进行单细胞标记,在单细胞水平上研究睡眠剥夺对果蝇HS神经元形态的影响。研究发现当对果蝇睡眠剥夺12小时之后,果蝇的HS神经元树突的长度会明显增长。
[硕士论文] 唐敏
生物学 吉首大学 2016(学位年度)
摘要:痒觉是一种引起机体搔抓欲望的不愉快的躯体感觉。内源或外源性的致痒物质激活痒觉神经元的外周神经纤维上的痒觉受体,使神经元兴奋并产生动作电位,然后通过痒觉神经元的中枢端纤维将兴奋传导到脊髓背角中间神经元,再通过脊髓丘脑神经束上行传导到大脑感觉皮层,最终形成痒觉。MrgprA3是Mrgprs家族的成员之一,它特异性地表达在外周神经系统的背根神经节(DRG)和三叉神经节( TG)。MrgprA3是一种抗疟疾药物氯喹的特异性受体, MrgprA3+神经元(MrgprA3+neuron)是首次在小鼠的外周神经系统发现的一类痒觉特异性神经元。氯喹激活MrgprA3后引起MrgprA3+neuron兴奋,使小鼠产生瘙痒。本论文研究了MrgprA3+neuron的外周分布特征和电生理特性。
  首先,我们利用遗传学方法将MrgprA3+neuron进行特异性标记。我们将转基因 Mrgpra3EGFP-Cre小鼠与 ROSA26tdTomato小鼠交配繁殖后获得转基因Mrgpra3EGFP-Cre;ROSA26tdTomato小鼠。该小鼠的DRG中的MrgprA3+ neuron被特异性标记了EGFP和tdTomato两种荧光蛋白,它成为本论文的重要研究工具。我们采用激光共聚焦技术研究了MrgprA3+neuron的外周神经纤维(MrgprA3+fiber)在皮肤的投射分布特征。研究结果表明:颈部和腹部皮肤的MrgprA3+fiber分布较少,密度较低,呈散点分布。背部皮肤的MrgprA3+fiber分布较细长,部分毛囊周围被MrgprA3+fiber所缠绕。相比之下,脸颊和脚掌皮肤分布的MrgprA3+fiber分布较多,密度较高,直径更粗。因此,MrgprA3+fiber在小鼠躯体不同部位的皮肤区域都有分布,但是神经纤维的形态特征和分布特征存在差异。
  接下来,我们利用双光子成像技术研究了MrgprA3+neuron胞体在脊髓不同节段的整体DRG中的三维空间分布特征。研究结果表明:颈段DRG的Z轴成像深度为350μm,MrgprA3+neuron都为小直径感觉神经元,主要分布在直径11~20μm区间,占90.7%。胸段DRG的Z轴成像深度为250μm,MrgprA3+neuron绝大部分为小直径感觉神经元,主要分布在直径11~20μm区间,占81.1%。此外,还有1.0%的MrgprA3+neuron为直径26μm以上的中等直径感觉神经元。腰段DRG的Z轴成像深度为400μm,MrgprA3+neuron胞体形态清晰,分布非常集中。它们都是小直径感觉神经元,主要分布在直径16~25μm区间,占85.6%。尾段DRG的Z轴成像深度只有200μm,MrgprA3+neuron数量较少,分布稀疏。它们也都为小直径感觉神经元,主要分布在直径11~20μm区间,占92.3%。在尾段的整体DRG中还可以观察到非常清晰的MrgprA3+fiber,它被tdTomato红色荧光标记,而不带EGFP绿色荧光。因此,MrgprA3+ neuron在脊髓的颈、胸、腰和尾四个不同节段的DRG中都有分布,但分布数量和特点存在较大差异。
  最后,我们利用膜片钳技术比较研究了 MrgprA3+ neuron与两类 MrgprA3?neuron( MrgprA3?-non-Dil neuron和 MrgprA3?-Dil neuron)的电生理特性。MrgprA3?-Dil neuron是利用 Dil染料逆行追踪技术标记的特异性支配皮肤的MrgprA3? neuron,它与 MrgprA3+ neuron的外周神经纤维的支配区域一致。而MrgprA3?-non-Dil neuron的外周神经纤维支配区域广泛,可能支配肌肉、骨骼和内脏等深层组织。研究结果表明: MrgprA3+neuron主要呈现动作电位单发放模式,而两类MrgprA3?neuron主要呈现动作电位多发放模式。MrgprA3+ neuron的静息膜电位显著低于两类MrgprA3?neuron。通过对动作电位的特征进行分析,我们发现MrgprA3+neuron的后去极化相的duration to50%decay和duration to80%decay显著高于两类MrgprA3?neuron,说明MrgprA3+ neuron产生动作电位后膜电位需要更长的时间才能恢复至静息膜电位。因此,MrgprA3+neuron的兴奋性显著低于两类MrgprA3?neuron。接下来,我们利用全细胞电压钳技术比较研究了它们的电压门控钾离子通道(Kv通道),研究结果表明:MrgprA3+neuron的sustained Kv通道的电流密度显著高于两类MrgprA3?neuron。重要的是,当TEA阻断sustained Kv通道后MrgprA3+neuron的静息膜电位发生显著的去极化,动作电位发放活动显著增强,说明sustained Kv通道降低了MrgprA3+neuron的兴奋性。除此之外,我们也比较研究了它们的电压门控钠离子通道(Nav通道),研究结果表明:MrgprA3+neuron的TTX-R Nav通道的峰电流密度显著高于两类MrgprA3?neuron,但它们的稳态激活和稳态失活曲线的特征无显著性差异。由于MrgprA3+neuron的动作电位发放活动显著弱于两类MrgprA3?neuron,说明MrgprA3+ neuron的动作电位发放活动主要受到sustained Kv通道调控。我们推测MrgprA3+neuron的TTX-R Nav通道可能主要起平衡sustained Kv通道的作用,以此来避免它的神经兴奋性进一步降低,以维持它的正常生理功能。
  综上所述,我们首次研究了MrgprA3+neuron的外周神经纤维在皮肤的形态分布特征和神经元胞体在整体背根神经节的三维空间分布特征;研究首次研究了MrgprA3+neuron的电生理特性并阐明了其离子通道机理。本论文的研究有助于我们加深对痒觉神经元的形态特征和生理功能的认识,为抗瘙痒药物的开发和瘙痒治疗提供依据。
[硕士论文] 张梦迪
生物化学与分子生物学 河北大学 2016(学位年度)
摘要:主要嗅表皮(MOE)结构完整性是嗅觉感知的基础,而气味诱导的嗅觉神经元(ORNs)活动是嗅觉系统形成和维持的关键因素。嗅觉受体(ORs)是神经元活动的起点,负责结合气味分子并向下游传递信号。腺苷酸环化酶Ⅲ(AC3)是催化生成第二信使cAMP的最主要的酶,在嗅觉通路中位于ORs的下游。AC3敲除小鼠嗅觉能力及嗅觉相关行为丧失,大量嗅觉相关基因表达异常。在小鼠生后的发育过程中,AC3缺失具体如何影响ORs及相关分子的表达,尚待研究。为了探讨AC3缺失与小鼠生后MOE发育缺陷的关系,本文采用HE技术对出生后不同年龄AC3-/-型和AC3+/+小鼠的MOE组织进行染色,观察AC3缺失对MOE形态发育的影响;采用荧光原位杂交(FISH)技术对AC3-/-和野生型小鼠 MOE进行 OMP、OR基因的杂交,以明确AC3缺失对ORNs发育成熟和ORs表达的影响;并对MOE发育及ORs表达相关的转录因子Lhx2和Emx2、转运蛋白RTP、辅助蛋白REEP1以及偶联G蛋白辅助因子Ric-8b进行差异表达分析。发现AC3缺失对MOE组织出生后发育和OR表达的重要影响。
  本研究主要内容包括:⑴AC3缺失导致小鼠出生后至成年的发育过程中 MOE厚度逐渐变薄,成熟 ORNs数量逐渐减少,至小鼠成年时MOE严重受损。⑵对AC3-/-小鼠MOE中ORs基因的表达进行分析,发现ORs在MOE发育过程中,OR+-ORNs数量极显著下调,单个ORNs亮度也明显减弱,且下调随年龄增加渐趋严重,而表达区域未发生改变。⑶对MOE中Rtp1、Rtp2、Reep1、Lhx2、Emx2和Ric-8b等基因的表达进行分析,AC3缺失后这些嗅觉发育相关基因均发生不同程度的显著下调。⑷在小鼠出生后,AC3缺失导致MOE形态结构逐渐缺陷;不同染色体座位和表达分布区域的ORs显著下调,降低气味诱导的神经元活动及ORs相关因子表达下调,这可能是ORs表达下调和MOE发育受损的部分原因。本文不仅为研究外围嗅觉系统的发育和维持提供基础,也为深入了解嗅觉障碍提供一定理论依据。
[硕士论文] 罗影涛
生物化学与分子生物学 河北大学 2015(学位年度)
摘要:腺苷酸环化酶3(Adenylate cyclase3,AC3)在小鼠嗅觉信号传导通路中具有重要作用,AC3缺失会导致嗅觉探测功能失常,而AC3缺失是否也会对MOE(Main olfactory epithelium,MOE)内与之相关的基因或信号传导通路产生影响,尚待确定。
  本文利用基因芯片方法,以AC3敲除(AC3-/-)及其野生型(AC3+/+)小鼠MOE为材料,对AC3缺失后MOE内的差异表达基因进行筛选,对筛选出的差异表达基因进行相关生物信息学分析,并利用荧光定量PCR(qRT-PCR)进行验证。结果发现,AC3缺失后MOE内基因表达发生了显著变化,41266个参与检测的基因探针中,两种基因型之间表达差异倍数大于2.0以上的有3379个,占参与检测总数的8%,其中1391个上调表达,1988个下调表达,包括407个嗅觉受体基因、99个特异表达在未成熟嗅觉神经细胞和305个特异表达在成熟嗅觉神经细胞中的基因,以及155个表观遗传相关因子。Gene Ontology(GO)分析表明,这些差异表达基因功能主要集中在分子结合、细胞周期、细胞生长和发育等方面。pathway分析显示,AC3缺失后嗅觉信号传导通路、凋亡相关信号传导通路、细胞生长相关信号传导通路以及部分离子门控信号传导通路相关基因均受到了显著影响。对在表观遗传、嗅觉受体、离子运输、神经细胞发育与分化、脂肪代谢和膜蛋白转运等功能方面具有重要作用的差异表达基因进行qRT-PCR验证表明,P75NTR、Hinfp、Gadd45b和Tet3等基因显著上调表达(p<0.01),Olfr370、Olfr1414、Olfr1208、Golf、Faim2、Tsg101、Mapk10、Actl6b、H2BE、ATF5、Kirrrel2、OMP和Drd2等基因则显著下调表达(P<0.01),与基因芯片结果相吻合。通过以上实验,我们发现AC3缺失后,MOE内包括嗅觉受体基因、未成熟嗅觉神经细胞和成熟嗅觉神经细胞特异表达的基因,以及表观遗传因子等众多基因的表达发生了显著改变。AC3可能通过对这些在表观遗传、离子运输、神经发育与分化、脂肪代谢和膜蛋白转运等功能方面具有重要作用的基因群体进行综合调控,调节小鼠MOE内的嗅觉信号传导及其气味探测功能。
[硕士论文] 韩绍芳
生物化学与分子生物学 河北大学 2015(学位年度)
摘要:主要嗅觉表皮(MOE)组织能够感受和传导哺乳动物的嗅觉信号,是嗅觉信号转导的重要化学感受器官。在MOE组织中,至少有三个信号通路介导嗅觉信号的转导:环腺苷酸(cAMP)信号通路,肌醇1,4,5-三磷酸(IP3)信号通路和Hedgehog(Hh)信号通路,其中cAMP信号通路是嗅觉传导的主要通路,腺苷酸环化酶Ⅲ(AC3)为该信号通路的重要成员之一。AC3的缺失引起cAMP信号通路受损,出现嗅觉丧失,伴随着雄性攻击能力、母性关爱能力、学习与记忆能力及生殖能力下降。研究发现,MOE组织中存在腺苷酸环化酶Ⅱ(AC2),AC3,腺苷酸环化酶Ⅳ(AC4)的表达,但是,AC3缺失的情况下同工酶AC2与AC4是否在嗅觉信号的转导中发挥补偿作用?MOE组织中的AC3是一种高度的N-糖基化蛋白,β1,3-N-乙酰氨基葡萄糖基转移酶Ⅱ(β3GnT2)的表达影响AC3的活性及其在神经轴突中的定位,那么,AC3的缺失是否引起β3GnT2表达量的改变?此外,MOE组织中存在部分嗅觉神经元使用IP3信号通路传导嗅觉信号,Hh信号通路可影响嗅觉神经元的生长和分支等,AC3的缺失是否引起IP3,Hh信号通路的改变,从而影响cAMP信号通路的信号传导?这些问题目前为止仍是未知的。为了解释上述问题,本实验选择AC3缺失(AC3-/-)小鼠及其同窝出生的野生型(AC3+/+)小鼠的MOE组织,采用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)及免疫荧光组织化学技术进行研究。
  本研究主要内容包括:⑴AC3-/-小鼠MOE组织中的三个AC3相关因子ac2,ac4,β3gnt2基因水平下调,且对应蛋白表达量下调,AC2,AC4,以及β3GnT2的表达部位均没有发生改变。⑵AC3-/-小鼠MOE组织中IP3信号通路的主要基因ltrp1,calm1,calm2下调,该信号通路的代表蛋白CaM,IP3KA蛋白表达量下调,表达部位没有发生改变。⑶AC3-/-小鼠MOE组织中Hh信号通路的主要基因ptch,smo,gli1,gli2基因下调,代表蛋白PTCH,SMO蛋白免疫荧光染色结果显示表达量下调。同时,PTCH蛋白的表达部位没有发生改变,SMO蛋白的表达部位发生了改变。⑷小鼠AC3基因的缺失导致MOE组织中AC2,AC4,β3GnT2相关因子出现下调,表明在嗅觉信号的转导中AC2,AC4没有起到补偿作用,cAMP信号通路受损,同时IP3信号通路和Hh信号通路受损,导致AC3缺失小鼠嗅觉功能障碍。该结果为我们进一步研究AC3缺失小鼠嗅觉功能障碍提供一定的理论依据。
[博士论文] 蔡珊珊
生物物理学 中国科学技术大学 2015(学位年度)
摘要:脑神经发育可塑性的分子机制一直是脑科学研究的热点。对视皮层的研究工作开始的较早,其结构也了解的比较透彻,因此,视觉可塑性是研究大脑神经发育可塑性常用的经典模型。眼优势可塑性(ocular dominance plasticity, ODP)是指关键期内单眼剥夺(monocular deprivation,MD)引起的初级视皮层细胞对剥夺眼反应的降低,而对非剥夺眼的反应增加。环单磷酸腺苷(cyclic adenosine monophosphate,cAMP)-蛋白激酶A(protein kinase A,PKA)是重要的第二信使通路,有很多报道都已经证明cAMP-PKA通路对ODP的表达至关重要,但其上下游的调控机制并不清楚。本文主要是研究调控cAMP-PKA通路的两个重要分子,磷酸二酯酶4D(phosphodiesterase4D,PDE4D)和A型激酶锚定蛋白(A-kinase anchoring proteins,AKAPs)如何影响ODP。
  前人的研究已经证明cAMP参与到关键期内视觉可塑性的表达。PDE4是cAMP的主要水解蛋白,可以调控cAMP的时空分布。PDE4D是PDE4家族中的一个重要成员,有很多报道证明它通过特异性的水解cAMP从而影响突触可塑性,但是却几乎没有人研究它是否影响视觉可塑性。因此,我们首先在小鼠以及猫上研究了PDE4D在发育过程中如何参与调节视觉可塑性。在小鼠上,通过选取发育时程中不同时间点的双眼区的脑组织进行蛋白质印迹(western blot)测定,我们发现视皮层中的PDE4D的表达时程与ODP的表达时程相吻合。在发育早期PDE4D的蛋白水平较低,在关键期达到峰值,而关键期后水平下降。然而改变视觉经验,例如暗饲养(dark rearing,DR)或者MD都没有影响PDE4D在视皮层中的蛋白含量,表明PDE4D的表达是不依赖于视觉经验的。对关键期内MD的小鼠腹腔注射PDE4的选择性抑制剂咯利普兰(rolipram)之后,通过使用内源光学信号成像的方法检测到它并没有影响小鼠的眼优势(ocular dominance,OD)的偏移。同时我们也在1个月和2个月的幼猫上进行了电生理的实验,通过缓释微泵向左侧视皮层给药(rolipram)或者对照二甲基亚砜(Dimethyl Sulphoxide,DMSO),两天之后再进行右眼的MD,对于1个月的幼猫MD1天,而两个月的幼猫MD4天,记录结果显示抑制剂rolipram同样也没有影响MD造成的OD的偏移。因此,根据这些结果,我们认为PDE4D与视觉系统发育相关,而与视觉经验诱发的可塑性可能无关。
  其次,我们对PKA的锚定蛋白AKAPs进行了研究。之前已经有研究报道过PKA的活性对ODP的表达起到重要作用。向视皮层施加PKA的抑制剂,或者敲除PKARⅡ亚基,都能影响关键期内MD造成的OD的偏移。PKA有众多的靶目标,越来越多的证据表明,AKAPs对于PKA在细胞不同区域发挥其特异的作用至关重要。在本研究中,首先用胞外电生理的方法测量了AKAP150的基因敲除鼠的关键期内的ODP。结果发现,敲除AKAP150的小鼠MD4天后,OD的偏移程度小于单纯MD的对照组,即阻断了ODP。为了排除基因敲除可能造成的副作用,又使用了抑制肽段St-Ht31(一种穿膜肽段,干扰PKA与AKAPs的结合)以及其对照肽段St-H31P来研究PKA的区域化在ODP中的作用。实验动物主要是小鼠和猫,通过脑内埋管或者缓释微泵直接向视皮层给药St-Ht31/St-H31P,然后MD4天之后,使用电生理胞外单细胞记录的方法研究发现,施加St-Ht31的小鼠,MD诱发的OD的偏移被部分阻断,而St-Ht31P组与对照组的偏移程度一致,并且抑制肽段不影响视皮层神经元的功能特性。这表明阻断PKA与AKAPs的结合能部分抑制小鼠的ODP。但是施加St-Ht31的幼年猫,MD4天之后引起的OD偏移与St-Ht31P组和MD对照组却没有显著差异,说明它没有影响幼猫ODP的表达。这些结果表明,PKA信号通路通过与锚定蛋白的结合实现其特异性的区域化,对于小鼠ODP是至关重要。可能由于物种差异,St-Ht31未能影响猫的ODP。
  本文对ODP的研究有着重要的临床意义。弱视就是在关键期内,视觉神经系统发生障碍造成的一种疾病,它能严重影响人们生活的质量,我国就有几千万的弱视患者。我们对视觉可塑性的研究有助于人们了解视觉发育的基本规律,进一步阐明其可塑性和关键点,并为弱视的发病机制及临床治疗提供理论基础。
[博士论文] 田陈
神经生物学 中国科学技术大学 2015(学位年度)
摘要:绝大多数哺乳动物视网膜内是没有髓鞘的,少突胶质细胞异常地出现在眼中会在神经节细胞层形成白色或灰白色条纹状斑块。视网膜内出现髓鞘可能会导致一些视觉功能障碍,例如人视网膜内有髓鞘视神经纤维可能伴随着近视、弱视,其发生机理尚不清晰。虽然一些低等脊椎动物的视网膜内有髓鞘生成,但是视网膜内髓鞘形成的时空动态、少突胶质细胞的来源、髓鞘形成过程中少突胶质细胞的行为以及少突胶质细胞的功能并没有得到清晰地阐述。因此,我们着眼于上述几个方面,对斑马鱼视网膜内髓鞘展开研究。这将为深入了解视网膜内髓鞘的形成提供详细的信息。
  由于以往缺乏少突胶质细胞特异性标记的转基因动物品系,人们对于髓鞘的研究仅仅局限于通过免疫组化鉴定不同发育阶段的少突胶质细胞以及用电镜观察视网膜内髓鞘形成情况。斑马鱼视网膜内存在少突胶质细胞和髓鞘,并且具有多个标记髓鞘的转基因品系,使其成为研究视网膜内髓鞘发育的一个很好的脊椎动物模型。利用olig2转基因斑马鱼,我们可以实时地观察髓鞘形成的时空动态。我们发现在斑马鱼出生后的第28天,其视网膜内开始形成髓鞘。随着发育斑马鱼视网膜内的少突胶质细胞、神经节细胞的数目不断增加;少突胶质细胞的密度以及髓鞘碱性蛋白(MBP)的表达随发育不断增加,到出生后第3个月维持稳定;神经节细胞和少突胶质细胞数目的比例不断减少,到出生后第3个月维持稳定。
  关于视网膜内少突胶质细胞的来源问题,通过向鸡的第三脑室注射DiI染料,Ono等人发现视网膜内存在DiI阳性的少突胶质细胞,这提示了少突胶质细胞可能来自于眼球外部。然而,前人的实验并不能证明视网膜内的髓鞘是否全部来自于眼球外部。我们利用眼球翻转和眼球移植实验,直接证明了斑马鱼视网膜内的少突胶质细胞完全来自于眼球外部而非来自于视网膜内自身的干细胞。
  利用视神经移植,我们可以观察视网膜内单个少突胶质细胞的形态。我们发现不同年龄的少突胶质细胞表现出不同的行为:年轻的少突胶质细胞形成长度较长数目较少的结间体(internodes);成年的少突胶质细胞形成长度较短数目较多的结间体。年龄相关的少突胶质细胞行为学的改变依赖于少突胶质细胞的内在特征而非外在环境。尽管不同年龄的少突胶质细胞行为存在差异,他们包裹髓鞘的能力并没有明显改变。
  尽管有髓鞘包裹的轴突的直径随年龄的增长而增加,未髓鞘化的轴突的直径却和年龄无显著相关。与其他中枢神经系统不同,斑马鱼视网膜内的髓鞘呈松散的单圈包裹。轴突内径与轴突外径(轴突内径与髓鞘厚度之和)的比值维持在0.6-0.7。斑马鱼视网膜内髓鞘包裹的模式可能对维持视网膜光学透明性以及促进神经冲动地传导是十分重要的。利用斑马鱼眼动行为学实验以及溶血卵磷脂诱导的视网膜内脱髓鞘模型,我们发现斑马鱼视网膜内髓鞘对于斑马鱼眼动反应是有影响的。
  我们的研究结果表明,斑马鱼视网膜内的髓鞘形成起始于胚胎受精后28天;视网膜内所有的少突胶质细胞来源于眼球外部;不同的少突胶质细胞具有不同的行为,而这是由细胞的内在因素决定的;斑马鱼视网膜内髓鞘是有功能的。综上所述,本研究为了解视网膜内髓鞘以及其生理特性提供了更多的细节。
[硕士论文] 李超
生物化学与分子生物学 河北大学 2015(学位年度)
摘要:骨髓间充质干细胞(Bone marrow stromal cells,BMSCs),也称骨髓基质来源干细胞,是存在于骨髓中的一类具有多向分化潜能的干细胞,可分化为成骨细胞、骨骼肌细胞及脂肪细胞等,参与体内骨平衡调节和骨造血微环境构成。腺苷酸环化酶( Adenylyl cyclase,AC)作为第二信使cAMP信号通路的重要组分,在BMSCs的成骨/成脂分化中具有重要作用,但BMSCs中AC亚型表达种类,尚待明了。初级纤毛(Primary cilia)是一种突出于真核细胞表面的“毛发状”细胞器,是原生生物到脊椎动物中一种在进化上高度保守且必不可少的细胞器,具有感测和转导机械力和化学信号并产生信号级联反应等功能,对BMSCs细胞增殖与分化具有关键作用。AC3不仅在哺乳动物主要嗅觉表皮组织神经细胞的初级纤毛介导的嗅觉信号传导过程中具有重要调节作用,还与BMSCs中的初级纤毛共表达。但AC3是否影响BMSCs中细胞纤毛长度进而影响BMSCs的增殖与分化,尚未明确。
  本研究通过对小鼠BMSCs原代培养条件优化,发现小鼠BMSCs原代培养在以4.0×106cell/mL的骨髓单核细胞浓度培养,并于4d首次换液,增殖速度快,生长状态良好。对最适培养条件下生长良好的的细胞,提取其总RNA并反转录;采用RT-PCR和序列比对分析,确定了在原代小鼠BMSCs中有6种AC亚型表达,分别为AC2、AC3、AC4、AC6、AC7和AC9;分别对野生型小鼠骨髓间充质干细胞(WT-BMSCs)和AC3基因敲除型小鼠骨髓间充质干细胞(MUT-BMSCs)进行体外培养、饥饿诱导和LiCl刺激,利用细胞免疫荧光染色对初级纤毛进行亚定位及长度统计分析。相同体外培养条件下,相较于WT-BMSCs细胞,MUT-BMSCs细胞增殖速度相对较慢;同时,体外诱导条件下,WT-BMSCs细胞初级纤毛长度最长为8.96μm,MUT-BMSCs细胞初级纤毛长度最长为5.61μm,MUT-BMSCs细胞初级纤毛长度明显短于WT-BMSCs细胞初级纤毛长度。本研究明确了原代小鼠BMSCs中AC亚型表达种类分别为AC2、AC3、AC4、AC6、AC7和AC9,并首次发现小鼠AC3基因缺失可导致其BMSCs纤毛长度变短。
[硕士论文] 王丹
神经生物学 沈阳师范大学 2015(学位年度)
摘要:目的:为进一步掌握昆虫视觉传入神经纤维在中央复合体的投射部位,确定两者相关联系;探讨双斑蟋中央复合体对不同图形的视觉认知产生的不同电变化,总结其放电规律为进一步研究双斑蟋视觉认知系统传导通路的研究提供理论依据。
  方法:于实体解剖镜下对双斑蟋脑神经节进行形态学观察,计算测量其大小,定位中央复合体具体部位,对单侧视叶神经传入纤维进行3%NiCl2顺行染色,大致确定视叶传入纤维在脑神经节的投射分布。运用常规硬质石蜡切片法及苏木精-曙红染色法确定视叶神经传入神经纤维在中央复合体的具体投射部位。应用玻璃微电极电生理技术对不同图形刺激中央复合体神经元产生的不同电变化进行记录。利用spss20.0统计分析软件及Excel软件对所得记录数据进行统计分析。
  结果:视叶传入神经纤维其神经末梢纤维的大部分投射到前脑区,在蕈形体、中央复合体处分布最多,少部分神经分支投射到对侧脑的视叶神经纤维通路;未经过3%NiCl2顺行染色的双斑蟋脑神经节切片呈清晰对称可见形状,经过3%NiCl2顺行染色的双斑蟋脑神经节切片其中央复合体脑桥处有投射分布;在有视觉图形作为视觉刺激时,双斑蟋主要产生的放电形式以连续单个放电为主,对三角图形的响应最为强烈,在图形相同但颜色不同时,双斑蟋主要对蓝色图形的响应较为明显。
  结论:双斑蟋视叶投射传入纤维在脑神经节有三条主要投射分布通路,切片染色验证视叶传入神经纤维在中央复合体的脑桥区有投射分布存在;在不同图形作为视觉刺激进行电生理实验时,三角形的刺激效果相对较好。在同一形状不同颜色的图形作为视觉刺激时,蓝色相对比较更好,双斑蟋在给予视觉图形刺激时,其前脑中央复合体区域放电形式主要以连续放电为主。
[硕士论文] 朱佩佩
发育生物学 杭州师范大学 2015(学位年度)
摘要:遗传、过度噪音接触和年龄老化导致内耳毛细胞(HCs)和螺旋神经元(SGNs)退化引起听力受损。哺乳动物缺乏内耳毛细胞和螺旋神经元的再生功能,因此造成的听力受损是不可逆的。通过干细胞技术再生内耳毛细胞和螺旋神经元可为治疗听力受损提供可能性。保护和延长内耳毛细胞和螺旋神经元的寿命将会延缓年龄老化导致听力退化的进程。目前对内耳毛细胞和螺旋神经元的形成和细胞功能维持还知之甚少。
  本研究使用pax2-cre对内耳中的Isl1基因进行条件性敲除后发现,虽然出现了耳蜗管缩短的表型但毛细胞的总数和形态没有发生显著变化。已知内耳同时表达Isl1同一家族的Isl2基因,我们推测二者之间可能存在功能上的互补代偿作用。本课题设计构建Isl1/2单敲除和双敲除小鼠,通过与野生型小鼠对比分析,发现Isl1和Isl2确实存在功能上的冗余关系,在Isl1和Isl2双敲除后,出现了内耳毛细胞和螺旋神经元发育异常数量减少的表型,并综合前期研究提出了一种 LIM-HD/LDB/GATA模型来解释与小鼠耳蜗上皮腹侧前感觉区域形成有关的Gata3,Isl1/2和Lmo3/4基因调控模式,为今后治疗听力受损,听力恢复提供新的视角和方向。
[博士论文] 石丽娟
遗传学 东南大学 2014(学位年度)
摘要:研究背景和目的:由噪声、药物、遗传、感染、老龄化及全身性疾病导致的听力损害严重影响着人们的生活质量和人际交流,费用高昂的耳蜗移植和安装助听器只能部分的恢复听力,并且给个人和社会带来巨大的医疗负担,因此听力保护是当今社会面临的重要问题。大量实验结果显示,听觉功能与多种基因调控的离子通道功能密切相关。对小鼠耳蜗发育过程中瞬时受体电位(transient receptor potential,TRP)基因定量分析发现Trpm7基因在耳蜗具有较高的表达,但该通道在耳蜗的定位及其功能研究尚未见报道。TRPM7通道广泛表达于哺乳动物的多种组织器官,与胚胎发育、细胞生存和增殖、神经递质释放以及神经细胞的死亡都有着密切的关系,成为近年来离子通道领域研究的热点。本实验旨在研究:1.TRPM7通道在小鼠出生后耳蜗发育的不同时期、不同部位表达水平和定位的研究;2.TRPM7通道在螺旋神经节神经元(Spiral ganglion neuron,SGN)细胞上的作用研究;3.模拟噪声后SGN形态和存活状态的变化与TRPM7通道功能的关系。研究结果将有利于全面的认识TRPM7通道在耳蜗中的细胞分布和出生后耳蜗发育过程中的变化以及对SG细胞功能及存活的影响,为临床保护和恢复耳蜗功能提供新的实验依据。
  研究内容和方法:1.以出生后不同发育时期(P0、P7、P15、P21)小鼠的耳蜗为研究对象,通过分子生物学方法和免疫组织化学技术确定Trpm7基因和蛋白在耳蜗的表达变化以及该通道的组织分布情况;2.以培养的原代SGN细胞为研究对象,利用TRPM7通道阻断剂2-APB,观察TRPM7通道对SGN生理作用,并观察TRPM7通道是否会通过介导Ca2+超载引起SGN的损伤,将揭示TRPM7通道介导的Ca2+超载与SGN的损伤的关系;3.通过培养基中加入过量谷氨酸,模拟噪声引起的毛细胞过度兴奋,观察SGN损伤的程度和细胞的死亡率,探讨噪声导致的SGN损伤与TRPM7通道功能的关系。
  结果:1.Trpm7mRNA和蛋白在P0表达水平最高,明显高于出生后其它时间点(p<0.05),之后,表达水平保持相对稳定状态;TRPM7通道主要表达于耳蜗毛细胞(HC)、血管纹(SV)和螺旋神经节(SG)三个部位;荧光灰度值分析结果显示,TRPM7通道在HC内的表达在P0最高,SV内的表达在P15最高,而SG内的表达在P21最高。2.急性分离培养的原代SG细胞中,SGN达到85%以上。分离后的SGN可以连续培养7天左右而保持良好的状态,这为我们的实验提供了充裕的时间窗口。利用Indo-1检测细胞内Ca2+浓度,低浓度Ca2+(0.3mM)培养基处理后,SGN内游离Ca2+浓度明显高于对照组(p<0.01),给予TRPM7通道阻断剂2-APB预处理后,低Ca2+培养基导致的SGN细胞内游离Ca2+浓度升高的程度明显下降(p<0.01)。除此之外,对2-APB浓度效应进行观察时发现,当培养基中2-APB达到一定浓度时(200μ M),培养一定时间后(4小时),正常培养的SGN纤维长度变短(p<0.01)。3.培养基中加入过量谷氨酸,模拟噪声引起的毛细胞兴奋释放过量谷氨酸的现象,实验结果显示,培养基中谷氨酸浓度升高,培养72小时,SGN纤维长度与对照组比较明显变短(p<0.01),同时发现SGN死亡率升高(p<0.01),给予2-APB预处理,可以减轻SGN的损伤程度(p<0.05)和细胞的死亡率(p<0.01)。
  结论:根据以上结果,我们可以得到以下结论:1.TRPM7通道在不同发育时期小鼠耳蜗的HC、SGN和SV都有着特异的组织定位,并且表达水平变化与这些组织的形态和功能发育相关,这提示TRPM7通道可能在耳蜗形态和功能的发育以及听觉功能的维持中起着重要的作用。2.细胞外一过性低钙可以导致细胞内游离Ca2+浓度升高,表明SGN对Ca2+通透性升高,这与脑神经元Ca2+超载的现象极其相似,而2-APB的预处理可以降低细胞内Ca2+浓度升高的程度,证明了TRPM7通道参与了一过性低钙导致的SGN内游离Ca2+浓度升高的过程。这些结果提示,SGN的死亡可能与Ca2+超载和TRPM7通道的功能相关。3.培养基中谷氨酸浓度升高可以导致SGN继发性损伤甚至死亡,抑制TRPM7通道的功能,可以减轻谷氨酸对SGN损伤的程度和死亡率,这一结果与抑制TRPM7通道表达可以保护脑缺血/再灌注后的海马神经元迟发性死亡一致。因此推测,噪声导致的细胞外谷氨酸浓度升高,激活突触后膜NMDA受体,介导Ca2+进入SGN细胞,导致细胞内过氧化产物含量升高,同时细胞外Ca2+浓度降低,都成为激活TRPM7通道的刺激因素,激活的TRPM7通道进一步介导Ca2+进入细胞,诱发Ca2+超载,最终导致了SGN细胞的损伤和死亡。这表明TRPM7通道可能在噪声导致的SGN损伤中发挥着重要的作用,这为探讨噪声性SGN损伤的机制奠定了基础,也为听觉功能保护提供有力的实验支持。TRPM7通道在HC和SV的分布,也为进一步探索TRPM7通道在耳蜗的功能提供直接的实验依据。
[硕士论文] 彭佳卉
物理电子学 山西大学 2014(学位年度)
摘要:人们时时刻刻都在摄取来自不同感官的各种信息,以完成不同的认知任务。大脑通过对这些信息进行整合和调控,能够高效的指导人的行为和意识活动。为借鉴大脑这种快速高效的信息处理模式,将其推广应用于智能系统,研究者对大脑认知及信息整合机制进行了大量的研究。视觉和听觉作为接受外界信息的两个重要感官通道,受到了广泛的重视。目前,对视、听觉单一感官通道的研究已经取得大量有价值的成果,然而,对于视听交互作用的大脑认知研究、与视听觉认知相关的信息处理方法、以及视听信息融合的特征提取等方面还存在一些亟待解决的关键问题。
  针对上述问题,本文设计了视听同步刺激的实验范式,并采集脑电信号,研究了视听诱发脑电信号的处理方法和脑功能区域的源定位问题,进而探索视听跨感觉通道大脑认知的协同补偿作用和交叉干扰作用。具体完成工作如下:
  (1)基于Stroop效应,设计了视听同步刺激诱发实验范式,利用40导联脑事件相关电位仪并基于Scan4.5软件平台,实时采集视觉刺激、听觉刺激及视听觉联合刺激下的脑电信号。
  (2)对采集的脑电信号,利用独立成分分析方法去除眼电伪迹,并采用AR模型建模,再进行20次相干平均,对采集的脑电信号进行预处理。该方法能有效去除原始脑电信号中的噪声、干扰和伪迹,得到纯净的诱发脑电信号。
  (3)采用小波变换的方法,对经预处理后的视觉、听觉和视听觉联合诱发脑电信号进行特征提取,获得了三种刺激模式下的诱发脑电P300特征。并深入分析了视听觉诱发大脑认知的信息整合规律、交叉干扰作用和注意竞争效应。
  (4)采用样本熵分析方法,求解不同视听刺激模式下,相关导联的样本熵值,提取诱发脑电的非线性特征。对脑电信号的复杂度进行了度量,分析了大脑神经系统的复杂性和耦合性特征。
  (5)基于Source溯源软件平台,对视觉靶刺激、听觉靶刺激及视听觉双靶刺激模式下的诱发脑电数据进行偶极子溯源分析。研究了视、听觉单一通道刺激与双通道联合刺激的脑功能作用区域,分析了视听觉刺激之间的交叉耦合作用,为脑功能网络的构建奠定了基础。
  本文研究方法和成果可应用于神经信息处理,脑认知科学和脑-机交互系统中,具有科学和应用双重价值。
[硕士论文] 曹振龙
细胞生物学 河北大学 2014(学位年度)
摘要:在哺乳动物中,嗅觉功能的行使依赖两个主要功能器官,即主要嗅觉表皮(MOE)和犁鼻器(VNO),研究表明MOE内嗅觉信号转导过程是由cAMP信号通路介导的。小鼠MOE内cAMP信号通路的主要成分包括嗅觉受体、Golf蛋白、腺苷酸环化酶3(AC3)和环核苷酸门控离子通道(CNG)等。AC3基因在小鼠MOE内的嗅觉信号传导中起着重要作用,AC3基因缺失不仅能引起小鼠嗅觉功能丧失,甚至还会影响到小鼠学习与记忆能力、生殖能力、体重等方面。但是,AC3基因缺失后,是否会导致MOE内与之相关的基因发生差异表达,目前还没有任何了解。抑制性消减杂交(SSH)技术是在消减杂交和抑制性PCR扩增基础上建立起来的筛选差异表达基因的有效方法,其操作简捷、准确率高、假阳性低,已被广大研究者应用于各个领域。因此,本文利用SSH技术对AC3基因敲除小鼠MOE内受其调控的差异表达基因进行筛选,以期阐释AC3基因对小鼠嗅觉产生影响的相关机制。
  本文以AC3基因敲除(AC3-/-)及其同窝出生的野生型(AC3+/+)小鼠MOE为材料,提取其中的RNA,并反转录成双链cDNA,经过消减杂交,构建了正向和反向两个消减文库。采用dot blot方法对消减文库进行初步筛选,并对筛选出的差异表达基因进行序列测定及生物信息学分析。利用荧光定量PCR(qRT-PCR)方法对所筛选的差异表达基因的相对表达量进行分析。
  在实验过程中,我们获得了高质量的总 RNA,高效率的接头连接,对比明显的巢式第二次PCR结果,以及获得了差异程度10-15个循环的消减杂交效率验证结果。利用M13F和M13R引物检验文库中阳性克隆,结果显示所挑选的阳性克隆均携带100bp以上的目的片段。Dot blot筛选得到386个差异表达克隆,随机选取其中的80个进行DNA序列测定,经序列比对后发现有62个在GenBank上获得与之相匹配的基因信息,其中24个上调差异表达克隆对应于kcnk3、mapk7、megf11等基因,38个下调差异表达克隆对应于tmem88b、c-mip、skp1a、mlycd等基因。利用Gene Ontology(GO)方法对这些差异表达基因进行蛋白功能注释,并在WeGo网上进行统计制图,发现它们主要集中在分子结合、细胞周期、生物和细胞过程等功能方面。选取其中上调基因kcnk3和下调基因 c-mip、mlycd、tmem88b及 trappc5进行 qRT-PCR实验。结果表明,在 AC3-/-小鼠MOE内kcnk3的表达量显著上调,是对照组小鼠的127%,而c-mip、mlycd、tmem88b和trappc5的表达量显著下调,分别为对照组小鼠的20%、7%、32%和29%。
  上述实验结果表明,我们利用SSH技术,成功构建了AC3基因在MOE组织内的正向与反向消减杂交文库。并对文库进行了dot blot筛选和qRT-PCR验证。经过DNA测序分析及蛋白质功能注释,发现这些差异表达基因与 K+通道、细胞发育与分化、脂肪代谢和膜蛋白转运等生物学功能密切相关。推测它们可能与 AC3基因共同作用,影响到小鼠MOE内嗅觉电位的形成、MOE组织的发育、嗅觉感觉神经元的代谢能力以及嗅觉受体的合成与分泌等生物学过程,进而影响到小鼠MOE内的嗅觉信号转导功能。
[硕士论文] 李国梁
细胞生物学 苏州大学 2014(学位年度)
摘要:人类可以感知到甜、酸、苦、咸、鲜5种基本的味觉,甜味作为其中最重要的一种味觉,预示着身体的能量来源—碳水化合物的存在。雌激素与甜味感知紧密相连,可以通过影响机体对甜味的感知能力而改变人们对碳水化合物的摄取,与肥胖、糖尿病的发生密切相关。但是对于雌激素和甜味感知之间关系的研究,目前仍然缺乏可靠的数据。本实验以行卵巢切除术的C57BL/6小鼠为动物模型,采用行为学、分子生物学、形态学等技术手段,在整体水平上研究雌激素对小鼠甜味感知阈值、摄食、体重变化、味蕾的数量、最大横截面积和甜味信号传导相关分子和蛋白在口腔及肠道中表达的影响。
  本研究首先通过行卵巢切除术建立一个雌激素缺失的小鼠模型,通过检测卵巢切除术后的小鼠体内雌激素的含量、体重和摄食量来对模型进行验证。在模型成功建立的基础上,进一步采用行为学测试、免疫组化实验、qRT-PCR和Western blot等实验技术检测卵巢切除术后不同时期(1W、2W、4W、6W和8W)雌激素对小鼠舌面上味蕾的形态、数目和味细胞内与甜味传导相关的分子及蛋白表达量的影响,研究雌激素对小鼠甜味感知在外周和分子生物学方面的作用机理。结果显示,行卵巢切除术后的小鼠血液内雌激素含量明显降低,体重显著性增加。通过行为学测试发现,雌激素缺乏的小鼠对安赛蜜和蔗糖的偏好阈值均提高了,并且降低了对低浓度时AK和蔗糖的偏好率,但通过对卵巢切除的小鼠给予雌激素替代治疗后,其体重及对AK和蔗糖的偏好阈值和偏好率均恢复到正常对照组水平。研究了雌激素对外周味觉系统的影响,发现雌激素对味蕾的形态和横截面积没有显著性的影响。同时我们对甜味传导相关的分子和蛋白在舌面和软腭中的表达量进行了实验,结果显示,卵巢切除术后的小鼠,舌面上甜味受体T1R3的表达量显著性降低,而软腭上甜味信号传导的关键基因 Gα-gustducin、PLCβ2、TRPM5的表达量也有降低的趋势,并且在个别时间点上与对照组相比达到显著性差异;在十二指肠和空肠中的实验发现,T1R3在十二指肠中表达量显著低于对照组,在空肠中T1R3和TRPM5的表达量与对照组相比也有降低的趋势。综上所述,雌激素增加了小鼠对甜味的敏感性,使小鼠对较低浓度的AK和蔗糖溶液显示出偏好,而雌激素的缺失提高了小鼠对AK和蔗糖溶液的偏好阈值,降低了对低浓度时AK和蔗糖的偏好率。味觉的调节是多种组织和传导通路协同作用的结果,这种行为学上的差异主要是雌激素影响了和味觉传导通路中相关分子和蛋白的表达量,使甜味传导关键信号分子 T1R3在分子和蛋白的表达水平显著性降低,对TRPM5、PLCβ2、Gα-gustducin等相关信号分子和蛋白的表达量也有一定的抑制作用,表明雌激素对味觉的影响是一个多方面协同作用的结果。本研究为进一步揭示雌激素对味觉感知的影响及相关机制研究提供了理论基础。
[硕士论文] 闫凤侠
药理学 蚌埠医学院 2013(学位年度)
摘要:目的:建立小鼠条件反射的动物模型,采用电生理实验方法,研究条件反射建立后,小鼠桶状皮层(Barrel Cortex)锥体神经元内在特性和神经元群集发放动作电位编码能力的变化及细胞学机制。
  方法:⑴条件反射模型的建立:选择出生后10天的FVB-T g(Gad GFP)4570Swn/J小鼠,在行为学上建立小鼠胡须触觉和嗅觉的条件反射动物模型。以乙酸丁酯作为气味源的无关刺激,经过训练10天后变为条件刺激,非条件刺激是5Hz的胡须触觉刺激。实验分为四组:空白对照组、嗅觉训练组、触觉训练组、联合训练组,应用Canon HFR28视频拍摄仪对小鼠行为学进行拍摄,然后用会声会影软件分析小鼠触须摆动的频率及屈曲的时间。⑵膜片钳电生理实验:选择出生后10天的FVB-T g(Gad GFP)4570Swn/J小鼠,连续训练10天,条件反射模型建立后,用异氟烷麻醉药吸入麻醉,迅速将大脑分离,做冠状切片(400μm),然后将脑片置于氧合的人工脑脊液(ASCF)中,25℃下孵育1-2小时后转移至灌流槽,在31℃下对脑片进行灌流;采用IR-DIC光学显微镜(Nikon E600FN)荧光显微镜定位大脑桶状皮层锥体神经元;运用Axoclamp-200B放大器,电流钳模式全细胞记录方法研究小鼠大脑桶状皮层锥体神经元内在特性(ARP;Vts;Vr;Input-Output)与动作电位发放能力、发放精确性(ISI;SDST)和神经元突触传递效应(自发性兴奋性突触后电流)的变化,信号数据输入Clampex10.1进行处理分析。
  结果:①仅受嗅觉训练的小鼠,与空白对照组相比,小鼠胡须摆动的频率和屈曲的时间无明显的变化。②受胡须触觉训练的小鼠在训练前和训练10天后胡须摆动的频率增加,且屈曲时间延长。③小鼠在接受胡须-嗅觉联合训练10天后能建立起以乙酸丁酯气味刺激为条件刺激的条件反射。在非条件反射上表现为胡须的摆动频率及回缩时间均显著增加,且与触觉训练组相比有显著差异。④应用膜片钳方法,电流钳模式实验结果发现,仅受嗅觉训练的小鼠与空白对照组相比其锥体神经元的内在特性无明显的变化(P>0.05),单纯受触觉训练的小鼠与空白对照组相比,锥体神经元群集发放动作电位的发放容量显著增加,动作电位间距ISI缩短(P<0.05),阈电位(Vts)降低(P<0.05),绝对不应期缩短(P<0.05),单位时间内发放动作电位的个数(Input and Output)增加(P<0.05);而受触觉-嗅觉联合训练的小鼠其锥体神经元群集发放动作电位的发放容量显著增加,动作电位间距ISI缩短(P<0.01),阈电位(Vts)降低(P<0.01),绝对不应期缩短(P<0.01),单位时间内发放动作电位的个数(Input and Output)增加(P<0.01),且与触觉训练组相比有显著统计学差异(P<0.05)。⑤电压钳模式实验结果发现,仅受嗅觉训练的小鼠与空白对照组相比,锥体神经元的sEPSCs的电流间距、电流幅度无明显的变化(P>0.05),受触觉训练的小鼠与空白对照组相比,锥体神经元的sEPSCs的电流间距缩短(P<0.05)、电流幅度增加(P<0.05)。受触觉-嗅觉联合训练的小鼠与空白对照组相比,锥体神经元的sEPSCs的电流间距缩短(P<0.01),电流幅度增加(P<0.01)且与触觉训练鼠相比有显著的统计学差异(P<0.05)。
  结论:⑴小鼠触须重复受到刺激后敏感性增加,可能发生了易化性的可塑性变化。⑵小鼠在受到联合训练后,形成了联合记忆,这进一步证明了Barrel Cortex和 Piriform Cortex之间存在着某种联系。⑶联合训练组的小鼠比触觉训练组小鼠桶状皮层锥体神经元内在特性增加更为明显,由此我们推断联合式学习记忆可能更优于单纯的经验依赖性学习记忆。
[博士论文] 王飞
理论物理 华中科技大学 2013(学位年度)
摘要:音调是听觉系统感知声音刺激最重要的知觉特征。音调的变化所形成的旋律,是构成音乐世界的基础。然而迄今为止,音调的物理本质仍然是一个悬而未决的问题。不仅如此,音调感知发生的部位也充满了争论。最初音调被认为是信号的频率,这一观点得到了听觉外周的频率分析功能的支持,但是并不能解释包含多个频率成分的复杂音所引起的音调感知现象。随着神经科学的发展,更多的研究者认为音调感知发生在神经系统中,音调是信号的时域特征。近十年来,耳蜗的非线性动力学理论重新解释了音调漂移现象,再次指出听觉外周可能参与音调提取过程。目前,这些非线性动力学理论所预期的现象还缺少听觉外周的生理实验检验。一旦音调感知现象在听觉外周中被观察到,一方面可以增强人们对于音调听觉感知机理的理解,另一方面也将极大地促进电子耳蜗等听力康复技术的发展。
  过去,听觉音调感知的研究主要局限于心理声学实验,这些研究揭示了“基频缺失”“音调漂移”等重要的听觉音调感知特征。但是这些音调感知特征的机理和发生的部位并不清楚,本文是第一个在听觉外周上研究音调感知现象的生理实验。作者于2009年开始设计生理实验所需的耳蜗振动测量系统。为了克服现有激光干涉测量的非线性失真在研究研究音调表达上的缺陷,满足实验要求的高精度和线性性,作者提出了新的相位解调方法将动态相位测量转化为连续的时间间隔测量,并且引入时间数字转化技术测量时间间隔。经过两年多的努力,搭建完成基于时间数字转化技术的高精度外差式激光干涉测量系统,性能测试的实验结果证实实际振动测量精度高于0.5nm。此后,针对耳蜗测量中实际的问题,作者改进了干涉光路:采用电路模块代替参考光路产生相位解码所需的参考信号,增加了激光的能量利用效率;增加了一个分光比调节器,利用偏振光性质提高系统的光信号的信噪比,使激光干涉仪能够适用于弱反射率(0.01%);整合了观察用的显微镜和干涉测量光路。改进后的系统能够精确地记录具有生物活性的耳蜗对声音刺激的响应。利用这套耳蜗振动测量系统,作者在2013年进行了音调感知现象的实验检验。通过对耳蜗基底膜振动波形时序分析,可以明显观察到音调漂移现象。这就说明音调感知确实有听觉外周的参与,音调通过时域信息来表达的可能性更大。
  本研究工作得到国家自然科学基金项目(批准号:60874099)和国家自然科学基金委员会重大研究计划“视听信息的认知计算”(批准号:90820001)支持。
[硕士论文] 史慧革
控制理论与控制工程 郑州大学 2013(学位年度)
摘要:视觉系统是大脑感知、接收外界信息的主要途径。初级视觉皮层(V1区)是大脑皮层处理视觉信息的最重要区域。动作电位发放序列是V1区神经元表达视觉信息的主要方式,蕴含着丰富的视觉刺激特征信息。视皮层对信息的处理在很大程度上依赖于多个神经元构成的神经元集群的协同作用。V1区神经元集群信号的研究对于深入理解其视觉信息处理机制具有重要意义。
   神经元集群信号的高维特性是集群响应研究面临的主要困难之一。拓扑特征是视觉刺激的基本特征之一,视知觉方面的研究表明视觉系统能够感知拓扑特征的差异并具有对拓扑性质的概括能力,但在神经生理学中对V1区神经元集群响应的拓扑结构特性却很少有人研究。因此,研究V1区神经元集群响应的可视化表征和拓扑结构响应特性对于进一步揭示和解析其信息处理机制具有十分主要的作用。
   基于以上背景,本文以LE大鼠为实验对象,采集大鼠在光栅和简单图形视觉刺激下V1区的多通道神经元信号,进行多维集群响应信号的可视化表征和拓扑结构响应特性研究。具体内容如下:
   (1)多通道神经元信号的可视化方法。利用基于三维自组织映射网络用颜色特征表征多通道神经元信号的动态可视化方法,对光栅刺激情况下的多通道神经元响应进行表征,并利用样本熵对可视化结果进行检验;然后,把基于PCA方法的可视化表征方法与基于自组织映射网络的可视化方法进行比较。
   (2)神经元集群响应的拓扑结构特性。首先,利用移位预测算子方法寻找具有突触连接相关性的多个神经元构建神经元集群,用基于三维自组织映射网络的可视化方法对简单图形刺激下神经元集群响应信号进行可视化表征,研究神经元集群对拓扑结构特征的响应特性;然后,研究由共模输入引起的集群中神经元间相关性对简单图形拓扑结构特征的影响:获取不同简单图形刺激情况下集群中神经元间相关曲线描述参数中峰值、峰值对应时刻等参数,分析各种刺激情况下这些参数的变化情况,进而研究集群对拓扑结构信息的响应及编码情况。
[硕士论文] 李晓燕
控制理论与控制工程 郑州大学 2013(学位年度)
摘要:视觉系统是生物获得外界信息的主要通道,研究视觉系统对于盲人视力再现具有重要的意义。对视觉系统研究的第一步在于获取与视觉刺激相关的神经元放电信号,神经元锋电位信号是神经元网络活动的基本表现形式。因此,神经元锋电位信号的研究对于进一步的了解大脑对外界事物的反应是如何编码、表达和加工的具有至关重要的作用。由于锋电位信号具有宽带、高频和小幅值等特点,易受噪声干扰。因此,抑制锋电位检测信号中的噪声干扰,获得信噪比较高的锋电位信号是对其进行进一步研究的基础。
   本文首先对V1区用微电极阵列采集到的锋电位信号及所含噪声信号进行了功率谱分析,针对其特性先后运用锋电位仿真信号和实测信号进行了噪声干扰抑制算法研究和验证,重点研究了信号相对独立的锋电位信号的相关噪声的抑制,并对噪声抑制效果进行了质量评估。主要内容如下:
   1、简要分析了锋电位信号的产生机制,锋电位信号的特点,以及本文所采用的实验刺激模式,采集得到V1区锋电位检测信号;分别分析了其时域和频域特征。表明锋电位检测信号中除含有白噪声外,还含有具有相关性的噪声,且检测信号中具有较多小幅值的锋电位信号。
   2、针对常见噪声源,研究了两种去噪算法:PCA去噪算法和小波-PCA联合去噪算法。分别运用仿真信号和实测信号对PCA去噪算法和小波-PCA联合去噪算法进行了研究和验证,结果表明,针对检测信号中噪声的相关性,PCA去噪算法去噪效果不太显著,信噪比提高较小,但小波-PCA联合去噪算法可以有效的提高信噪比,但由于其是在小波阈值去噪前进行PCA去噪,虽然可以提高小波对相关噪声的抑制能力,但其PCA会使锋电位信号的波形畸变加大。
   3、针对上述算法存在的不足,本文采用了多元小波去噪算法分别对仿真数据和实测数据进行了研究和验证。本文引入多元小波去噪算法虽然本质上也是小波阈值去噪与PCA的结合,但是这种结合是在小波阈值去噪中进行的,对小波第一层细节系数进行奇异值分解本质上就是利用主成分分析将其投射到新的基空间中,然后将不同层细节系数投射到这个基空间中再进行阈值去噪。此外,本文将细节系数幅值的量级引入到阈值中,在减少spike波形的畸变的同时提高了去噪效果。
   4、针对本文仿真信号和实测信号,对三种去噪算法:PCA、小波-PCA联合和多元小波去噪算法进行了质量评估,并对三种算法的干扰抑制效果进行了比较分析。结果表明,多元小波去噪算法在保持小波阈值去噪算法在白噪声抑制效果的同时,改善了其对相关噪声的去除效果,有效提高了相对独立的神经元锋电位检测信号的信噪比。仿真和实测数据表明,信噪比仿真信号提高约为4.25dB,实测信号信号提高约为2.75dB,锋电位波形的畸变的减小,仿真信号约为3.9μv,实测信号约为2.8μv。
[硕士论文] 姚华
眼科学 重庆医科大学 2013(学位年度)
摘要:目的:了解LED做为光源在特定色温及照度下短时间阅读后,阅读者眼表及视觉功能的改变情况。
  方法:入选18名自愿参加实验的大学生,以暖白光LED(色温为4000k、照度300lux)为光源,受试者在三天中分别进行不同时长(半小时、1小时、2小时)的书本阅读,并在受试者阅读前后进行TBUT(泪膜破裂时间)、AC/A(调节幅奏与调节比率)、调节幅度及阅读后行眼部不适问卷调查,用spss19.0分析实验数据。
  结果:实验者在LED做为光源的环境中分别进行不同时长阅读后,阅读前后受试者的AC/A(调节集合与调节比率)、调节幅度变化无统计学差异(P>0.05),泪膜破裂时间有统计学差异(P<0.05);问卷调查总体得分在三个不同时长之间有差异(P=0.006),总体得分在30分钟与1小时之间无统计学差异(P=0.082),在30分钟与2小时组之间有差异(P=0.002),1小时和2小时组之间无统计学差异(P=0.113)。
  结论:暂未发现以暖白光LED灯做为照明光源(4000k,300lux),短时间阅读对光环境下阅读者的视功能有明显变化,但对泪膜稳定性有一定的影响;LED灯长时间使用对视功能及眼表的影响还需进一步观察。
  
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