时间：2023-06-05 09:54:14
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇神经元的功能，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
[关键词] 基底前脑；巢蛋白；胆碱能神经元
[中图分类号] R329 [文献标识码] A [文章编号] 2095-0616（2015）01-48-03
[Abstract] To summarize the achievements of nestin immunoreactive neurons in basal forebrain and to explore the future research direction.To study the literature of nestin immunoreactive neurons in basal forebrain，especially to analyze and review the literature of recent five years.Nestin immunoreactive neurons in basal forebrain，which is a subset of cholinergic neurons and may be a kind of functional status of cholinergic neurons but not be neonatal neurons.Nestin of neurons doesn't originated from neural precursor cells，but has expressed after neuronal differentiation.Therefore，cholinergic neurons in basal forebrain could be classified into nestin immunoreactive neurons and negative neurons，the effect of nestin expression on the neuronal function of basal forebrain is worthy of in-depth study.
[Key words] Basal forebrain；Nnestin；Cholinergic neurons
基底前脑存在着一群巢蛋白免疫阳性神经元，这群神经元受到越来越多人的关注，现将其研究进展综述如下。
1 基底前脑的组成及神经元概况
基底前脑是指位于端脑内侧面靠近脑表面一些的灰质结构，主要包括隔核、斜角带核、杏仁核、Meynert基底核和腹侧基底核等[1]，与脑的其他区域没有明确的界线。其中内侧隔核和斜角带核共同组成隔-斜角带复合体（medial septum and diagonal band complex，MSDB）。MSDB含有胆碱能神经元、γ-氨基丁酸能神经元、谷氨酸能神经元在内的多种神经元。这些神经元中胆碱能神经元数目最多，对其功能的研究也较深入，认为其与学习记忆功能有关，老年性痴呆患者MSDB的胆碱能神经元明显减少[2-4]。
2 基底前脑有一群巢蛋白免疫阳性神经元
巢蛋白（nestin）是Ⅵ型中间丝蛋白，由胚胎期
神经前体细胞一过性表达，神经元的分化后停止表达，被其它中间丝蛋白代替。巢蛋白常作为神经前体细胞的特异性标记物，广泛应用于体内外的神经前体细胞鉴定[5]。在正常成年脑组织中，巢蛋白主要在具有神经发生功能的部位、血管内皮细胞以及激活的神经胶质细胞中表达[6]。
最近发现成年大鼠MSDB和成人的基底前脑区域都有一个连续的巢蛋白免疫反应阳性（nestin-immunoreactive，nestin-ir）的细胞带。Nestin-ir细胞特异性地分布于MSDB，能表达神经元特异性稀醇化酶和神经元特异性白[7-8]，但不表达胶质纤维酸性蛋白，而且其大小及形态均与成熟的神经元类似，因此认为此类细胞是成熟神经元[9]。
最初的实验结果提示基底前脑的nestin-ir神经元是一类独立于胆碱能神经元、GABA能神经元及谷氨酸能神经元之外的神经元[8-9]。MSDB的nestin-ir神经元能发出纤维到海马、丘脑及前额叶皮质[9-10]。大鼠MSDB的nestin-ir神经元数量、胞体面积与大鼠的认知功能密切相关[11]。
3 基底前脑nestin-ir阳性神经元研究的新进展
近年，对基底前脑nestin免疫阳性神经元的研究又取得了一些新的进展，如对nestin-ir阳性神经元的化学属性进行了进一步研究；对nestin-ir阳性神经元电生理特征进行了初步研究；对nestin-ir阳性神经元来源及可塑性进行了探索。
3.1 Nestin-ir阳性神经元的化学属性鉴定
最初的研究认为nestin-ir阳性神经元是位于基底前脑的一类独立于胆碱能神经元、GABA能神经元及谷氨酸能神经元之外的独立的神经元。但Guo等[12]使用免疫荧光双标及激光共聚焦检测技术发现，基底前脑的nestin-ir阳性神经元几乎全部与胆碱能神经元双标，约占胆碱能神经元的50%。使用单细胞RT-PCR及电生理特征检测，也证实基底前脑的nestin-ir阳性神经元属于胆碱能神经元[13]。Hendrickson等[14]的实验也证实基底前脑的nestin神经元是胆碱能神经元。
3.2 Nestin-ir阳性神经元的电生理特征
使用膜片钳全细胞记录技术与单细胞RT-PCR技术证实MSDB的巢蛋白阳性细胞具有典型的成熟神经元的动作电位，从电生理的角度证实了此类细胞为成熟的神经元。巢蛋白阳性神经元表现出慢放电神经元特征，而不是快放电（faster-firing）和簇状放电（cluster-firing），因而从电生理特征上也证实验巢蛋白阳性神经元是胆碱能神经元而不是GABA能神经元和谷氨酸能神经元，巢蛋白阳性神经元是胆碱能神经元的一个亚型[12]。与巢蛋白阴性的胆碱能神经元相比，巢蛋白阳性的胆碱能神经元具有较大的超极化激活的内向电流（Ih）及较大的兴奋性突触后电流。提示巢蛋白阳性和阴性的胆碱能神经元在学习记忆过程中可能具有不同的功能[13]。
3.3 Nestin-ir阳性神经元发育神经生物学
Guo等[15]通过免疫荧光双标的方法研究了基底前脑巢蛋白、胆碱乙酰转移酶（choline acetyl transferase，ChAT）和小清蛋白（parvalbumin，PV）阳性神经元在出生后的表达模式。发现ChAT在出生后1天即开始表达，而PV在较晚出现，约在出生后16天开始表达。巢蛋白在出生后9天开始表达，并在出生后的整个发育过程中与同一区域的部分ChAT阳性神经元重叠。研究结果进一步提示巢蛋白阳性神经元是胆碱能神经元的一个亚群，但巢蛋白阳性和阴性的胆碱能神经元有不同的出生后表达模式。神经元内的巢蛋白不是直接来源于神经元前体细胞，而是在神经元分化后再表达的。
3.4 巢蛋白阳性神经元的来源探索
为探索基底前脑巢蛋白免疫阳性神经元的来源，朱丹青等[16]研究了巢蛋白免疫阳性神经元与5-乙炔基-2’脱氧尿嘧啶核苷（EdU）阳性细胞、巢蛋白免疫阳性神经元与双皮质素（doublecortin，DCX）阳性神经元的关系。发现EdU阳性细胞主要分布于海马齿状回及侧脑室的室管膜及室管膜下区的细胞，在内侧隔核、斜角带核等区域无明显的EdU阳性细胞，巢蛋白免疫反应阳性神经元与EdU阳性细胞无共定位表现。巢蛋白免疫反应阳性神经元与双皮质素阳性神经元之间无双标。由于EdU是胸腺嘧啶核苷的类似物，能在细胞增殖期替代胸腺嘧啶渗入正在复制的DNA分子中[17-18]，而DCX只在新生的神经元中表达。因此，实验提示基底前脑巢蛋白免疫反应阳性神经元不是新生的神经元，可能是成熟胆碱能神经元的一种功能状态。可能是巢蛋白表达使胆碱能神经元产生了特殊的功能。通过腹膜腔给大鼠连续注射BrdU（75mg/kg）28d，在基底前脑的NESs中未发现BrdU免疫阳性，但在大鼠的SVZ、吻侧迁移流及SGZ检测到BrdU强阳性，也说明基底前脑的NENS不是新生神经元[14]。
3.5 巢蛋白阳性神经元纤维投射及损伤研究
赵宇红等用快蓝注射法追踪基底前脑巢蛋白阳性神经元向嗅球的纤维投射及嗅神经损伤对基底前脑巢蛋白阳性神经元影响，发现约53.6%的基底前脑胆碱能神经元投射到嗅球，MS及vDB的巢蛋白阳性神经元在嗅神经损伤后具有代偿功能[19]。嗅神经元损伤后巢蛋白阳性神经元数目的下降要缓慢于巢蛋白阴性神经元。提示与巢蛋白阴性神经元相比，巢蛋白阳性神经元对于损伤有更强的耐受性。Yu等[20]的研究则提示，巢蛋白阳性神经元对于秋水仙碱的损伤有更强的耐受性。但Hendrickson等[13]的研究则发现巢蛋白表达对192-皂草素引起的神经损伤无保护作用。因此，需要更多的研究来证实巢蛋白表达对神经元功能的影响。
4 展望
最新的研究改变了当初对于巢蛋白阳性神经元化学属性的认识，证实了基底前脑巢蛋白阳性细胞是成熟的神经元，属于胆碱能神经元。这种神经元具有较大的超极化激活的内向电流和兴奋性突触后电位，可能在学习记忆过程中具有不同的功能。神经元内的巢蛋白不是直接来源于神经前体细胞，而是在神经前体细胞分化后再表达的。巢蛋白阳性神经元也不是新生神经元，而是胆碱能神经元的一种功能状态，可能是巢蛋白表达使胆碱能神经元产生了特殊的功能，使其具有更强的神经可塑性。虽然我们对巢蛋白阳性神经元有了一定的了解，但仍有很多迷团需要打开，特别是巢蛋白表达对神经元功能的影响，以及我们能否通过调控基底前脑神经元巢蛋白的表达来改变神经元的功能，改善学习记忆等。
[参考文献]
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马保华
神经系统是由神经细胞(神经元)和神经胶质组成的。
神经元 神经元(neuron)是一种高度特化的细胞。是神经系统的基本结构和功能单位，具有感受刺激和传导兴奋的功能。神经元由胞体和突起两部分构成。胞体的中央有细胞核，核的周围为细胞质，胞质内除有一般细胞所具有的细胞器(如线粒体、内质网等)外，还含有特有的神经原纤维及尼氏体。神经元的突起根据形状和机能又分为树突(dendrite)和轴突(axon)。树突较短，但分支较多。它接受冲动，并将冲动传至细胞体。各类神经元树突的数目多少不等、形态各异。每个神经元只发出一条轴突，长短不一，胞体发生出的冲动则沿轴突传出。
根据突起的数目，可将神经元从形态上分为假单极神经元、双极神经元和多极神经元三大类。根据神经元的功能，其可分为感觉神经元、运动神经元和联络神经元。感觉神经元又称传入神经元，一般位于外周的感觉神经节内，为假单极或双极神经元。感觉神经元的周围突接受内外界环境的各种刺激，经胞体和中枢突将冲动传至中枢。运动神经元又名传出神经元，一般位于脑、脊髓的运动核内或周围的植物神经节内，为多极神经元，能将冲动从中枢传至肌肉或腺体等效应器。联络神经元又称中间神经元，是位于感觉和运动神经元之间的神经元，起联络、整合等作用，为多极神经元。
神经胶质 神经胶质(neuroglia)数目较神经元多，突起无树突、轴突之分。胞体较小，胞浆中无神经原纤维和尼氏体，不具有传导冲动的功能。神经胶质对神经元起着支持、绝缘、营养和保护等作用，并参与构成血脑屏障。
突触 神经元间的联系方式是互相接触。而不是细胞质的互相沟通。该接触部位的结构特化称为突触(synapse)。通常是一个神经元的轴突与另一个神经元的树突或胞体错突触发生机能上的联系。神经冲动由一个神经元通过突触传递到另一个神经元。
世界卫生组织和卫生部规定。60岁以上为老年人。但在现实生活中，不难发现，同是花甲之人，有的身体健康，有的疾病缠身；有的暮气沉沉；有的老当益壮，有的未老先衰；有的壮心不已，有的万念俱灰。显然简单地以年龄或表面现象来划分老年人是很不科学的，所以有关专家也有以下4种观点：
1 根据年代年龄界定：所谓年代年龄，也就是出生年龄，是指个体离开母体后在地球上生存的时间。西方国家把45―64岁称为初老期，65―89岁称为老年期，90岁以上称为老寿期。发展中国家规定男子55岁、女子50岁为老年期限。根据我国的实际情况，规定45―59岁为初老期，60～79岁为老年期限，80岁以上为长寿期。
2 根据生理年龄界定：所谓生理年龄就是指以个体细胞、组织、器官、系统的生理状态、生理功能以及反应这些状态和功能的生理指标确定的个体年龄。生理年龄可分为4个时期：出生至19岁为生长发育期，20～39岁为成熟期，40～59为衰老前期。60岁以上为衰老期，因此，生理年龄60岁以上的人被认为是老年人。但生理年龄和年代年龄的含义是不同的，往往也是不同步的。生理年龄的测定主要采用血压、呼吸量、视觉、听觉、血液、握力、皮肤弹性等多项生理指标来决定。
3 根据心理年龄界定：所谓心理年龄是根据个体心理学活动的程度来确定的个体年龄。心理年龄以意识和个性为其主要测量内容。心理年龄分为3个时期：出生至19岁为未成熟期，20―59岁为成熟期，60岁以上为衰老期。心理年龄在60岁以上的人被认为是老年人。心理年龄和年代年龄的含义是不一样的。也是不同步的。如年代年龄60岁的人，他的心理年龄可能只有四五十岁。
4 根据社会年龄界定：所谓社会年龄是根据一个人在与其他人交往的角色作用来确定的个体年龄。也就是说一个人的社会越位越高，起的作用越大，社会年龄就越成熟。 (季玉娜)
人体五大保健“特区”
范士忠
医学研究表明。人体有五大保健“特区”：背部、腋窝、脊柱、肚脐和脚部。
背部中医养生专家指出。后背正中的脊柱是人体动脉的必经之地，脊柱两旁的太阳膀胱经络与五脏六腑联系甚密，经常予以激发疏通，有益于气息运动，使血脉流畅，滋养全身器官。现代医学发现，人体背部皮下还蕴藏着大量免疫细胞，忠上感冒或中暑后，“摔背”和“刮痧”等就是激活背部免疫细胞的好办法。
腋窝腋窝蕴藏着丰富的血管、神经和淋巴结。假如被人用手触及。被接触者就会控制不住大笑，这被专家称为“腋窝运动”。其强身奥妙有两，最：一是刺激此处的神经、血管和淋巴结。可促进体液循环，使全身器官能享受到更多的养分与氧气；二是由骷及腋部而引发的大笑，可以使人体所有的器官甚至细胞都得到运动，对脑、心脏和肺最有益。
脊柱 最新医学研究表明，人老首先是脊柱先老。日本一家杂志报道，锻炼脊柱可防治100多种疾病。脊柱是人体的中心轴，做太极旋转能产生很强的生物电能，给各脏腑和脑部以至全身输送、补充能量，对病毒的侵袭也有极强的免疫力，对脑血栓、老年痴呆症、中风瘫痪、神经官能症、糖尿病等也有防治作用。
关键词 分层次教学 合作学习 神经系统
中图分类号：G633.91 文献标识码：A 文章编号：1002-7661（2016）22-0050-02
所谓分层次教学，就是教师在学生知识基础、智力因素和非智力因素存在明显差异的情况下，有区别地设计教学环节和进行教学，遵循因材施教原则，有针对性地实施对不同类别学生的学习指导。作为老师，应该相信每一位学生通过自己怕努力都能实现预订的目标。为了让所有学生都能更好地发挥潜能，教师应结合他们实际，设计合理的分层目标，既让优等生吃得饱，又得让学困生吃得了。
[教学案例]
课题：北师大版七年级下《神经系统与神经调节》第1课时
1.教学目标
（1）知识性目标。描述神经系统的组成及各组成部分之间功能上的关系；说出神经元的功能，解释神经元结构和功能的统一性。
（2）能力目标 。初步尝试利用生活中的小材料制作生物小模型；尝试通过材料分析、小组合作讨论初步具备分析归纳问题的能力。
（3）情感态度价值观。初步养成主动思考、勤于动手的良好习惯和团队意识，认同生物体结构和功能相统一的观点；体验团队活动，分享个人及小组成果，关注生命安全。
2.教学设计过程
（1）观看视频，小组合作讨论中获得：神经系统的组成
在播放视频前提出问题及要求：①通过视频你知道神经系统由哪些结构组成？②各个组成部分有什么特点？播放神经系统组成视频，引导学生小组合作讨论从视频中总结神经系统组成，并画出神经系统组成结构图。
设计意图：通过视频的观看，培养学生获取和抽提信息的能力，进一步利用结构图来帮助学生构建知识框架。问题由浅入深保证三个层次的学生都有能力思考和参与到问题的讨论中，知识结构图的构建及不断完善符合学生的认知发展规律，同时有利于培养学生的团队合作能力和参与的积极性。
（2）在活动体验中思考：神经系统是协调人体各项活动的基础
组织学生参与“我说你做”游戏，体验神经系统的调节功能。选派两名司令员命令，其余学生充当小兵执行命令。命令由两部分组成，司令员A命令的前半部分，司令员B命令的后半部分，小兵们将两个命令组合起来并执行。如：A命令为男生；B命令为不要起立。
设计意图：通过活动体验的方式让学生直接从活动直观感受神经系统的功能，促使学生主动思考神经系统是如何调节生命活动，以学生的生活经验和活动经验为基础加深对知识的印象。简单生动的游戏形式简化抽象知识，更易于基础较差学生的接受，培养学生的生物学兴趣，增强克服学习困难的信心。
（3）创建新旧知识联系：神经元是神经系统结构与功能的基本单位
回忆生物体结构层次的知识，引导学生思考：①神经系统的结构与功能的基本单位是什么？图片展示动物细胞的模式图与神经元，启发学生比较神经元与动物细胞的异同。提出问题：②神经元与其他动物细胞相比有哪些相同点和不同点？播放生物电的产生视频及神经冲动在神经元上传导的动画，引导学生回答：③神经元的哪些结构与它的功能相适应？
设计意图：通过对神经元和动物细胞模式图的对比，既有助于学习能力较强的学生构建知识的连接，帮助基础较差的学生巩固已学过的知识，为新知识的学习奠定基础，同时有利于对神经元的形态形成直观的认识，对神经元突起的特点留有深刻的印象。在获得感性认识的基础上，提出问题，促进学生归纳：神经元和其他动物细胞在结构上主要区别是具有大量突起。通过对问题的思考，激活学生原有的知识结构，从而使新知识同化到学生的知识结构中去。通过视频的方式将微观抽象的“生物电”“神经冲动”等名词具体化，使学生获得直观的印象，同时结构与功能的先后顺序安排有利于培养学生的结构与功能相适应的生物学观点。
（4）在动手中建构神经元模型
课前准备毛线球、有颜色的胶带、波浪状塑料棒等代表神经元各部分结构模型以及剪刀等。对照神经元的结构模式图，学生小组合作“组装”神经元模型。模型制作完毕后，小组代表将神经元模型放在实物展台上展示，并描述神经元的结构以及冲动在神经元上是如何传导的。
设计意图：通过构建直观、形象的神经元模型进一步使得神经元的结构具体化，加深学生对树突和轴突特点的记忆；在模型不断改进、完善中，也使神经元的结构在不断构建。模型制作过程中眼、脑、手并用，更有利巩固和记忆知识。
3.教学反思
（1）创新教学模式，创建高效课堂
本节课中设计了四个环节，每个环节都不同，设计意图的侧重点和目的也不同，从不同的角度和出发点促进教学的知识性目标、能力目标和情感态度价值观等目标的实现，践行了新课标。教学过程中兼顾到各个层次的学生的发展水平，让优生吃得饱、学困生吃得饱、中间学生有挑战，提高课堂的有效性。
（2）坚持实践，不断反思，完善分层教学模式
随着教学活动层次化的由低到高的发展，学生学习和探究的能力相应地得到了提高，使各层次的学生都能得到各自的发展。分层教学过程中也有一些看不见的因素影响这分层教学的效果：①过分关注学习成绩而忽视了能力的培养；②分层过于明显，影响了一部分学生学习的积极性；③分层评价系统不够完善，不能较好的对学生进行评价。因而在以后的教学实践过程中要注意跟踪学生的思想和学习的动态变化及时调整分层对象，与学生建立起相互信任的合作关系，同时要及时与家长、班主任沟通了解学生的情况，才能更好的促进学生的全面发展。此外，分层教学对于教师的要求更高，工作量也更大，需要教师有更强的责任心，因而需要更多的教学实践和经验才能推动其更好的发展。
参考文献：
1 引言
神经网络是近年来得到广泛关注的一种非线性建模预报技术。它具有自组织、自学习、自适应和非线性处理、并行处理、信息分布存储、容错能力强等特性，对传统方法效果欠佳的预报领域有很强的吸引力。基于神经网络的非线性信息处理方法已应用于军事信息处理及现代武器装备系统的各个方面，并有可能成为未来集成智能化的军事电子信息处理系统的支撑技术。该技术在一些先进国家已部分形成了现实的战斗力。
船舶在波浪中航行，会受到风、浪和流的影响，因而将不可避免地发生摇荡运动。严重的摇荡会使船员工作效率下降、物品损坏、军舰的战斗力下降。如果能够预知未来一段时间船舶的运动情况，不仅有利于尽早采用先进控制算法控制舰载武器平台隔离船舶运动的影响，使其始终稳定瞄准目标，而且还可获得未来一个海浪周期内的船舶运动情况，以研究船载武器上层的控制策略，从而提高火力密度，因此，有必要研究在海浪中具有一定精度的海浪中船舶运动的短期预报。此外，如能有效准确地预报船舶的横摇运动，对于提高船舶的耐波性和适航性也有重要意义。
国内外学者也将神经网络用于船舶运动预报研究，但往往没有考虑实时性等实现问题，因而不能实用化。神经网络实现技术是神经网络研究的一个重要方面。神经网络实现可分为全硬件实现和软件实现两种。目前神经网络的实现还主要以软件模拟为主，由于现行的冯诺曼计算机体系结构不能实现并行计算，因而神经网络软件的实时应用还受到一定限制。
目前，一些著名集成电路制造公司如Intel、Mo-torola、松下、日立、富士通等均已推出自己的模拟或数字神经网络芯片，这些芯片无论在网络规模还是运行速度上都已接近实用化的程度，因而给神经网络应用的发展以极大的推动。由于舰载武器系统，需选用具有在片学习功能的神经网络芯片，即将网络训练所需的反馈电路及权值存储、计算和修正电路都集成在了一个芯片，因而可实现全硬件的、具有自学习能力的神经网络系统，也可以说，这是一种具有自适应能力的神经网络。
2 ZISC78的功能及工作原理
ZISC78是由IBM公司和Sillicon联合研制的一种低成本、在线学习、33MHz主频、CMOS型100脚LQFP封装的VLSI芯片，图1所示是ZISC78的引脚排列图。ZISC78的特点如下：
内含78个神经元；
采用并行结构，运行速度与神经元数量无关；
支持RBF／KNN算法；
内部可分为若干独立子网络；
采用链连接，扩展不受限制；
具有64字节宽度向量；
L1或LSUP范数可用于距离计算；
具有同步／异步工作模式。
2．1 ZISC78神经元结构
ZISC78采用的神经元结构如图2所示，该神经元有以下几种状态：
(1)休眠状态：神经网络初始化时，通常处于这种状态。
(2)准备学习状态：任何时侯，神经网络中的神经元都处于这种状态。
(3)委托状态：一个包含有原型和类型的神经元处于委托状态。
(4)激活状态：一个处于委托状态的神经元，通过评估，其输入矢量处于其影响域时，神经元就被激活而处于激活状态。
(5)退化状态：当一个神经元的原型处于其它神经元类型空间内，而大部分被其他神经元类型空间重叠时，这个神经元被宣布处于退化状态。
2．2 ZISC78神经网络结构
从图3所示的ZISC78神经网络结构可以看出，所有神经元均通过“片内通信总线”进行通信，以实现网络内所有神经元的“真正” 并行操作。“片内通信总线”允许若干个ZISC78芯片进行连接以扩大神经网络的规模，而这种操作不影响网络性能。
ZISC78片内有6 bit地址总线和16 bit数据总线，其中数据总线用于传输矢量数据、矢量类型、距离值和其它数据。
2．3 ZISC78的寄存器组
ZISC78使用两种寄存器：全局寄存器和神经元寄存器。全局寄存器用于存储与所有神经元有关的信息，每片仅有一组全局寄存器。全局寄存器组中的信息可被传送到所有处于准备学习状态和委托状态的神经元。神经元寄存器用于存储所属神经元的信息，该信息在训练学习操作中写入，在识别操作中读出。
2．4 ZISC78的操作
ZISC78的操作包括初始化、矢量数据传播、识别和分类等三部分。
初始化包括复位过程和清除过程。
矢量数据传播包括矢量数据输入过程和神经元距离计算过程。神经元距离就是输入矢量和神经元中存储的原型之间的范数。通常可选L1范数或Lsup范数：
其中，Xi为输入矢量数据，Xs为存贮的原型数据。
对于识别和分类，ZISC78提供有两种可选择的学习算法RBF和KNN。其中RBF是典型的径向基函数神经网络。在该RBF模式下，可输出识别、不确定或不认识的状态；KNN模式是RBF模式的限制形式，即在KNN模式下，新原型的影响域总被设为1，输出的是输入向量和存储原型之间的距离。需要指出的是，ZISC78具有自动增加或减小神经元个数以适应输入信号的分类和识别功能，神经元个数的最大值和最小值在全局寄存器组中设定。
2．5 ZISC78的组网
一个ZISC78芯片内可以通过寄存器操作定义若干个独立的网络。若干个ZISC78芯片通过层叠可以组成一个更大的神经网络，组网芯片数量没有限制，小于10个ZISC78组网时，甚至连电源中继器件也不需要。所以，ZISC78具有最大的灵活性，能够满足不同的需要。
3 仿真实例
为了验证ZISC78用于船舶运动实时预报的精度，本文对径向基函数神经网络预报进行了仿真，图4给出了基于径向基函数神经网络和船舶运动惯导实测信号预报的0．3秒（15步）误差曲线图。
通过以惯导实测数据ZHX＿lg．dat为例预报0．3秒（15步）以后的船舶运动，作者运用相空间重构理论已经判断出本数据为非线性信号。
该仿真的最大预报误差方差为6．4666e－004，该数据可以满足战技指标。
4 结束语
【关键词】帕金森病，干细胞治疗，文献综述
帕金森病又名震颤麻痹，是一种由于黑质多巴胺能神经元等进行性变性缺失所致的神经系统变性疾病，随着人口的老年化，其发病率呈逐年上升趋势。2006年中华医学会神经病学分会运动障碍及帕金森组制定的诊断标准［1-2］：①运动减少。②至少符合以下1项：a：肌肉僵直；b：静止性震颤；c：姿势不稳。③至少符合以下4项中的3项：a：单侧起病；b：静止性震颤；c：逐渐进展；d：发病后多为持续性不对称性受累。尽管近10多年对帕金森病的发病机制认识及治疗手段探索均有长足的进步，但尚无法对其彻底根治。近年来对神经系统可塑性的研究及对神经再生和干细胞的认识逐渐加深，干细胞工程迅速发展。干细胞由于具有自我更新能力和多向分化潜能的特性，运用干细胞移植治疗帕金森病成为可能，极具发展前景和应用价值。
1 神经干细胞的特点
1.1 神经干细胞（NSCs）是一群能自我更新并具有多种分化潜能的细胞，它来源于神经组织并可生成神经组织，在适当条件下可分化成神经元、少突胶质细胞和星形细胞。Ourednik等认为神经干细胞是最适合于中枢神经系统细胞的替代治疗和基因治疗的细胞。
1.2 神经干细胞可直接来源于胚胎成年哺乳动物的脑组织。在补充适量的促有丝分裂试剂如碱性成纤维细胞生长因子、表皮生长因子或白血病抑制因子后，神经干细胞可在无血清的或含血清的培养液中生长。另一个提高增殖和延长培养时间的方法是，在神经元祖细胞中转染增殖调节基因。V-myc基因可转染神经干细胞，建立长久分化的神经干细胞系。最近研究表明，源于胚胎中枢神经系统各区域的NSCs具有不同的分化潜能，中脑来源的NSCs（mesencephalic neural stem cells，mNSCs）更易于分化为DA神经元，是细胞移植治疗PD的理想细胞源。然而由于机体局部微环境的影响，仅少量mNSCs可在体内分化为DA神经元。
2 影响神经干细胞分化的因素
首先，移植的神经干细胞的分化受其本身内在性质的影响。其次，神经干细胞所处的局部微环境因素和营养因素对神经干细胞的分裂和分化也具有一定的诱导作用。移植干细胞的分化与所处环境的神经类型和神经发育阶段有关。向体外培养的干细胞中加入不同组合的诱导因子如血清、组织提取液、各种细胞因子等，可使神经干细胞继续增值或向不同方向诱导分化。神经干细胞自然分化为多巴胺能神经元的比例只占细胞总数的0.5％～5％，而在一定条件下，神经干细胞向多巴胺能神经元分化的比例甚至可达到80％。一些因子在多巴胺能神经元的分化中起作用。Nurrl和Ptx3等转录因子能够调节神经细胞向多巴胺能神经元分化。胶质细胞源性神经营养因子（glial cell line derived neurotrophic factor，GDNF）是目前发现最强的DA神经营养因子，然而由于血脑屏障和脑组织结构的特点，使其应用受到了限制［3］。
3 神经干细胞移植后的生物学特性
Alcksandrova 等［4］将源于胚胎大鼠和人胚的神经干细胞分别移植于新生及成年大鼠脑内，于移植后1个月应用放射自显影技术观察，发现源于胚胎大鼠的神经干细胞在移植到成年大鼠脑后并未停止发育，它能够继续分裂、迁移，形成神经元和胶质细胞，免疫组化显示它能够表达特异性的神经递质和神经肽。将来源于8～12周胚胎的人神经干细胞，移植前培养两周，然后将其移植入大鼠脑内，于移植后10～20d，光镜下，所有的受体脑内均可见培养的人神经干细胞。成簇的移植细胞位于尾状核、侧脑室、白质、脑皮质，移植的细胞周围可见巨噬细胞，但未见明显的免疫反应。移植细胞的浓度从注射区向周围逐渐减少干细胞中可见有丝分裂细胞，表明在新的微环境下干细胞仍有增殖潜能。大鼠和人神经干细胞移植于成年大鼠脑后，表现相似的生物学行为并分化为神经元和胶质细胞。移植后，两者都可以连续地进行有丝分裂，从移植区迁移至受体脑的周围组织。大鼠脑内移植可作为人神经干细胞发育的生物模型。Brustle等将源于8周人胚的神经干细胞移植入大鼠胚胎脑室，也可见有神经元的分化，移植细胞可以在轴突、神经元、星形胶质细胞、少突胶质细胞等各个水平广泛整合。
成体中区神经系统中存在神经干细胞，也可以在体外培养扩增后移植到脑内。从成鼠前脑室下带中分离出神经干细胞，然后进行单细胞克隆、扩增、收集，分别移植至大鼠切割海马伞侧和正常侧的海马齿状回中，发现移植至海马齿状回中的神经干细胞能够存活，并可沿正常海马齿状回中固有的神经干细胞迁移路径即颗粒下层迁移。切割海马伞侧海马内存活和迁移的神经干细胞明显多于正常海马内的神经干细胞。提示切割海马伞侧海马齿状回内促进神经干细胞的存活并诱导其迁移、分化的物质增强。移植到小鼠嗅球的室管膜下区的神经干细胞可与该处的神经元发生广泛的整合。将神经干细胞移植入大鼠海马，观察到由神经干细胞分化来的神经元与宿主的神经元形成功能性的突触联系，体外实验也证实了这一点。所以，神经干细胞有望从解剖和功能上对受到损伤或变性的脑组织进行修复。移植的神经干细胞在大鼠脑内表现多巴胺的特性。Villa等［5］报道，应用V-myc转染的人胚神经干细胞，可以建立人神经干细胞系，使体外大量扩增神经干细胞成为可能。
对于帕金森病，产生人多巴胺能神经元是我们治疗的主要目的。胚胎和成年脑组织干细胞均可产生多巴胺能神经元，从而为帕金森病的移植治疗提供细胞来源。在增殖时，这些细胞形成表达中枢神经系统祖细胞标记（nestin）免疫活性的细胞球。在包含有IL-1b，IL-11，LIF和GDNF等分化介质中可形成TH免疫活性的细胞，这些细胞表现为多巴胺能神经元的形态学和功能的特性，包括多巴胺的产生和释放。目前已经培育出分化为酪氨酸羟化酶（TH）阳性细胞比例达98%的单克隆神经干细胞系。这些细胞可进一步扩增，可在液氮中储存，复苏后可以重新扩增。这些单克隆细胞系移植后可产生更高的多巴胺水平。源于人胚胎中脑的神经干细胞也可移植于被毁损的大鼠脑内，成功地恢复多巴胺水平。
利用神经干细胞作为基因治疗的载体是一种新兴的方法。在体外将外源基因导入神经干细胞，再经过培养、扩增，导入脑内，可以广泛用于中枢神经系统变性疾病及肿瘤的治疗。应用单个或多个外源基因对神经干细胞进行修饰，使其携带补充外源性多巴胺基因及营养因子基因，然后导入脑内，可用于帕金森病和阿尔茨海默病的治疗。植入的神经干细胞受局部微环境的影响，在植入部位分裂增殖为相应的神经细胞，补充和替代受损的细胞并与宿主的局部细胞整合，建立功能性突触联系；另一方面，外源基因在移植部位表达，发挥治疗作用。Park等将NT-3（神经营养素-3）转染神经干细胞，发现体外培养时分化为神经元的比例可达90%，移植到梗死灶后，有20%的细胞可向神经元方向分化，移植到缺血半暗带后，向神经元方向分化的比率可达80%。Ryu等［6］将TH联合GTPCH-1基因修饰的C17.2系NSC移植到PD鼠模型纹状体中，发现NSC能够很好的存活、迁移和分化，并能明显地改变动物行为。Kim等采用TH联合GTPCH-1基因修饰的永生化系mNSC（HB1.F3）移植治疗PD，能改善动物行为，并在移植区有大量的TH阳性细胞表达，表明NSC是基因治疗PD的有效理想载体。研究发现孤儿核受体（Nurr1）基因可促进NSC系如C17.2分化为DA神经元，减少其分化为胶质细胞的比例。Nurr1基因修饰后的胚胎干细胞分化为DA神经元的比例可从15%增至50%。这些神经元能表达中脑特异性的标志物，包括TH，Ret，Pitx3，Enl；而且将这些神经元移植到6-羟基多巴胺大鼠模型脑内可产生功能性整合，并出现行为学改善。因而Nurr1基因的移植可通过增加外源性DA神经元的数量对PD起治疗作用。O’KeeffeFE等［7］过度表达Pirx3于NSCs中，然后暴露于E11，这导致多巴胺能神经元细胞分化的明显增强，再植入6-羟基多巴胺毁损帕金森病大鼠脑内，导致明显运动功能恢复。另外，有大量Girkz阳性NSC起源的A9神经元在移植周围。这证明给予正确的信号，NSC能诱导成多巴胺能神经元。Li等通过腺病毒载体将Nurr1转染于NSC后，移植到6-羟基多巴胺大鼠模型脑内，发现其比单纯NSC移植治疗PD的病理学行为学改善更明显。胶质源性神经营养因子（GDNF）是目前发现针对DA神经元的一种最有效和特异性的神经营养因子。Liu等发现将表达NTN的C17.2-NSC植入PD模型鼠纹状体，移植细胞能够存活、分化，保护DA神经元，抵制6-羟基多巴胺对DA神经元的毒性并能改善动物旋转行为，其保护效果可持续4个月以上。褪黑素（MT）具有重要的免疫调节作用。Sharma等［8］应用MT联合C17.2-NSC移植治疗PD模型，发现对PD模型损害侧黑质纹状体的TH免疫反应有明显保护作用。目前，免疫调节蛋白或神经保护因子联合NSC用于细胞移植后免疫应答的调节也是PD细胞移植治疗的研究热点。
4 前景与展望
神经干细胞移植治疗帕金森病目前已成为一种研究和治疗的方向，但对其分子机制、免疫排斥、移植诱导产生的运动等问题还需进一步研究。目前大部分结论都是基于动物实验的结果，能否在人类身上得到类似或更好的结果还尚未可知，在实用性、技术、神经生物学等方面存在一些问题。但随着分子生物学、基因工程技术的发展和对神经干细胞及帕金森病治疗研究的深入，特别是近来对移植诱导产生的运动的鉴定以及分化至多巴胺能神经元的新方法的出现［9］，有望对神经干细胞移植治疗帕金森病的研究产生更好的推动作用。
参考文献
［1］ 中华医学会神经病学分会运动障碍及帕金森病学组，帕金森病的诊断［J］.中华神经科杂志，2006，39（6）；408-409
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［3］ 邓兴力等，神经干细胞联合多巴胺神经元移植治疗帕金森病的实验研究［J］. 昆明医学院，2008，28（5）
［4］ ALCKSANDROVA MA,SABURINA IN,KOROCHKIN LI,etal.Behavior and differentiation of the neural stem cells in vivo［J］.Biology Bulletin,2001,28(6） :553- 560.
［5］ VILLA A,SNYDER EY,VESCOVI A,et al.Establishment and properties of a growth factor- dependent,perpetual neural stem cell line from human CNS［J］.Exp Neurol,2000,161:67- 84.
［6］ RYU MY，LEE MA,AHN YH,et al.Brain transplantation ofneural stem cells cotransduced with tyrosine hydroxylase and GTP cyclohydrolase in Parkinsonian rats［J］.Cell Transplant, 2005,14(4)：193- 202。
［7］ O'KEEFFE FE，SCOTT SA，TVERS P.Induction of A9 dopaminergic neurons fromneural stemcells improves motorfunction in an animal model of Parkinson's disease［J］.Brain,2008，131 （3） :630- 641.
［8］ SHARMA R,MCMILLAN CR,NILES LP.Neural stem cell transplantation and melatonin treatment in a 6 hydroxydopamine model of Parkinson disease［J］.J Pineal Res,2007,43(3):245- 254.
［9］ Allan LE, Petit GH, Brundin P. Cell transplantation in Parkinson's disease: problems and perspectives. ［J］.Curr Opin Neurol. 2010 May 19. ［Epub ahead of print］
【关键词】 依托咪酯;认知功能;水迷宫;caspase-3;海马
作者单位:528000徐州医学院江苏省麻醉学重点实验室(冯舒韵);
佛山市第一人民医院麻醉科(杨承祥 李恒)
术后认知功能障碍(postoperative cognitive dysfunction, POCD)是指手术麻醉后数天内发生的一种可逆的、具有波动性的急性精神紊乱综合征,表现为精神错乱、焦虑、人格的改变以及记忆受损。年龄因素是发生术后认知功能障碍的主要原因[1,2]。近来研究发现,围术期物对老年患者术后认知功能障碍的发生也有着密切的联系。不同的静脉对POCD的影响尚无定论。而依托咪酯作为一种快速静脉全麻药,有着对心血管系统影响小的突出优点,尤其适用于老年患者。本研究拟探讨依托咪酯对老年大鼠认知功能的影响及可能机制,为临床提供依据。
1 资料与方法
1.1 材料 药品:依托咪酯(批号20031105,贝朗药业有限责任公司生产),50%脂肪乳(批号031001,贝朗药业有限责任公司生产)。动物选择及分组:12个月龄的老年SD大鼠54只(徐州医学院动物中心提供),体重(400±50)g,雌雄各半。大鼠行1次水迷宫测试,剔除有明显运动障碍的大鼠。随机分为照组(N组,n =18),依托咪酯组(E组,n=18),脂肪乳组(L组,n=18)。
1.2 给药方法 给药:给药前三组均行水迷宫测试,4次/d,连续4 d,记录潜伏期(入水时至找到平台的时间)及穿越中点次数。第5d 起E、L组分别以20 mg/kg的剂量腹腔注射依托咪酯,连续3 d,N组不予任何处理。于停药1 d后(即第9 d)行水迷宫测试。
1.3 水迷宫测试[3] 通过Morris水迷宫(徐州医学院麻醉学实验室提供)测试,圆池高约80 cm,直径150 cm,分成4个象限,将平台置于第4象限没人水中约1 cm,水及平台表面预先被染黑,水深14 cm;依次选择4个不同象限将大鼠人水,通过自动图象拍摄系统记录游泳轨迹,以人水时至找到平台的时间为潜伏期,取其平均值。停药1 d,于第9天行水迷宫测试。平台置于第4象限,大鼠依次于各象限入水,记录大鼠找到平台位置的时间及穿越中点的次数,取平均值;测试结束1 h后处死大鼠。
1.4 海马神经元凋亡分析 腹腔注射10%水合氯醛350 mg/kg,待3~5 min大鼠完全麻醉后,断头处死,取出完整大脑组织,予4%甲醛浸没固定。3 h后取出脑组织置于滤纸上,冠状切取海马组织(2~5 mm),继续固定24~48 h;系列乙醇脱水、二甲苯透明、石蜡包埋连续冠状切片(片厚5 μm,隔10张取2张),常规脱蜡。用免疫组化法进行测定。其主要试剂均由上海晶天生物有限公司提供,R&D公司生产的caspase-3免疫组化试剂盒。抗原修复为高压热修复,SP法免疫组化染色,抗体比例为1:150。
1.5 统计学处理 用SPSS13.0统计软件进行分析,计量资料以均数±标准差(x±s)表示,组间及组内比较采用单因素方差分析,P
2 结果
水迷宫测试结果的比较注射依托咪酯前,与水迷宫测试第1天比较,E、L、N组水迷宫测试第4d潜伏期缩短及穿越中点次数增加(P0.05);注射依托咪酯后,与N组比较,E组水迷宫测试潜伏期及穿越中点次数无明显变化(P>0.05),见表1。
海马CA1区神经元caspase-3表达情况(显微镜倍数×400,高倍镜视野下每个标本观察10个视野,取总和)。与N组比较,E、L组海马神经元caspase-3表达无明显增加(P>0.05),见表2。
表1
3组水迷宫不同时间点潜伏期与穿越中点次数的比较(n=18,x±s)
指标 组别1 d4 d 9 d
潜伏期 E组35.2±4.5 8.2±2.2* 7.9±2.5*
(s) L组40.6±4.2 7.5±1.6*7.6±2.1*
N组38.5±5.3 9.2±3.1* 8.3±1.8*
穿越E组 023*
中点L组032*
(次)N组023*
注:与第1天比较,*P
表2
3组海马CA1区神经元caspase-3表达情况的比较 (n=18,x±s)
组别表达caspase-3细胞个数
E组32±3
L组28±4
N组30±2
图N 海马CA1区神经元400×
图E 海马CA1区神经元400×
3 讨论
全麻药的靶器官是脑,关于全麻药对记忆认知的影响及其机制,已有了大量的研究,表明有许多全麻药影响记忆认知功能、改变或损害大脑可能是POCD病因的依据[4]。依托咪酯是咪唑类衍生物,属于一种快速催眠性静脉全麻药,静脉注射后很快进入脑和其他血流灌注丰富的器官。在催眠作用开始时导致新皮质睡眠,降低皮质下抑制。由于其对血流动力学影响小,在临床上一直主张用于有脑缺血风险的神经外科手术麻醉和老年体弱及危重患者的麻醉中。依托咪酯对老年患者术后认知功能是否有影响的研究比较少。Dixon CE等研究发现依托咪酯对大脑受伤的大鼠并不增加海马神经元的损伤。但Martin等的研究表明依托咪酯可引起记忆缺失并可以被γ-氨基丁酸受体拮抗剂所逆转。麻醉诱导时单次应用依托咪酯不会损害神经元。依托咪酯实施麻醉对术后认知功能是否有影响仍存在争议,尚需大量临床和动物实验佐证。
POCD的发病机制至今尚未明确,目前认为老年患者的术后认知功能障碍可能与胆碱能功能的减退,多巴胺,去甲肾上腺素和谷氨酸释放过度,五羟色胺和GABA的活性增强及降低有关,最终导致与学习记忆、空间定位的重要中枢海马(hippocampus)结构和形态发生改变。在与学习记忆有关的脑区中,海马结构的作用显得特别突出,现已证明,海马CA1区与学习记忆密切相关,它的突触是神经信息传递的关键部位。在动物实验研究中,人们发现全身物作用于发育中的大鼠后,可通过药物对神经元的毒性作用,诱发炎性细胞因子的释放等使脑部神经元的凋亡增强。Jevtovic-Todorovic等发现吸入麻醉后发育期的鼠脑产生广泛的神经退行性变,并导致海马神经元突触传递功能损害,进而产生持久的学习、记忆功能缺失。根据本实验免疫组化结果,E组表达caspase-3的神经元个数为(32±3),与N组相比差异无统计学意义(P>0.05),故笔者认为单次注射依托咪酯不增加老年大鼠海马神经元凋亡的发生。
本研究结果表明,在注射依托咪酯后, E组第9天与第1天比较,潜伏期明显缩短,差异有统计学意义(P0.05),提示单次注射依托咪酯不增加老年大鼠海马神经元凋亡的发生,笔者认为单次注射依托咪酯并不损伤大鼠海马神经元。
综上所述,单纯应用依托咪酯进行麻醉,对老年大鼠学习记忆功能无明显影响。但对于临床上的应用,仍需要更多研究。
参 考 文 献
[1] Moller J T, Cluitmans P,Rasmussen LS,et al.Long-term post-operative cognitive dysfunction in the elderly : ISPOCD1 study.Lancet,1998,351:857-861.
[2] 王春燕, 吴新民.全身麻醉术后对中老年患者认知功能的影响.中华麻醉学杂志, 2002,22: 332-335.
但是，最近一些研究发现，人的一些器官和组织受损后，即便没有输入干细胞进行治疗，人体也有自我修复的强大功能，而且这些功能表现在许多方面。
多种干细胞修复机体
生物体，包括人体的自我修复能力其实就是再生医学的一部分，因为再生医学就是寻找有效的生物治疗方法，促进机体自我修复与再生或构建新的组织与器官，以改善或恢复受损组织和器官的功能。
机体的自我修复需要以干细胞的分化和生长为基础。例如，早就有研究人员发现，牙髓内胶质细胞能转化为干细胞，后者再修复损伤的牙齿。牙髓是位于牙齿中心的柔软组织，其间有少量间充质干细胞，后者能分化为牙齿、骨骼和软骨细胞，因此可以修复牙齿，甚至骨骼。
但是，过去没有人知道间充质干细胞来自何方。现在，瑞典卡罗林斯卡医学院发育生物学家阿达米科研究团队发现，牙髓内的胶质细胞的功能是支持和包围缠绕在口腔和牙龈上的神经元，并帮助疼痛信号从牙齿传递到大脑。他们在小鼠的一组胶质细胞中添加荧光标记时发现，随着时间的推移，一些胶质细胞离开了牙龈上的神经元向牙齿内部移动，在这里它们转化为间充质干细胞。最后，这些间充质干细胞分化为牙齿细胞。这说明，人体有强大的自我修复功能，可以不需要外源性干细胞或胚胎干细胞就能自我修复受损的组织和器官。
机体的自我修复也体现在心脑血管病的康复上。脑卒中是一种急性脑组织和细胞受损的疾病，也被视为是不可修复的疾病。脑卒中分为缺血性脑卒中和出血性脑卒中，是一种突然起病的脑血液循环障碍性疾病，又叫脑血管意外。多种原因可引起脑内动脉狭窄、闭塞或破裂，造成急性脑血液循环障碍，临床上表现为一次性或永久性脑功能障碍症状和体征。
发生脑卒中后，人体神经细胞缺乏足够的氧气供给，几分钟内就会死亡。接着，受这些神经细胞控制的身体机能也会退化和消失。过去认为，死亡的大脑细胞无法替换，因此脑卒中造成的后果通常是永久性的。患有大脑大血管急性缺血性损伤的患者，每小时损失1.2亿个神经细胞、每分钟有190万个神经细胞受损，同时伴有无数的神经突触和神经有髓纤维受损。与因大脑老化而产生的神经细胞的正常死亡速率相比，缺血性大脑如果不接受治疗，则每小时老化3.6年。
但是，现在一些新的研究发现，发生脑卒中后，大脑中的一些星形胶质细胞能变成神经细胞，弥补受到损害和丢失的神经细胞。同样，心肌梗死或心脏缺血也会导致心脏血管受损，但是，一些新的研究发现心脏内的成纤维细胞也能转化为内皮细胞，促进和引起血管增生，达到修复心脏血管的目的。这些都是机体的自我修复功能。
成纤维细胞转变成内皮细胞的奥秘
现在，阿达米科等人还不知道牙髓内的胶质细胞变成干细胞的具体原因和途径，他们分析认为，牙齿中有某种化学信号发挥作用，才会使胶质细胞转化为间充质干细胞。如果能弄清这一点，就能在实验室尝试用新方法培植干细胞，从而促进机体的自我修复。
不过，对心脏内的成纤维细胞是如何转化为内皮细胞的，研究人员已经找到了部分答案。
人的皮肤和肌肉遭受外伤后会自我修复，修复的结果是在皮肤表面形成瘢痕。同样，心脏病发作后心脏组织也会自我修复并形成瘢痕。现在美国北卡罗来纳大学医学院的研究人员艾里克・乌比尔等人发现，在心脏病发作后通常生成瘢痕组织的成纤维细胞可以转变为内皮细胞，后者可以生成血管，从而向心脏受损区域供应氧气和营养。这就会大大降低心脏病发作后的损害以及产生的后遗症。
但是，成纤维细胞转化为内皮细胞并由此修补血管必然有某种人们以前并不知道的机制。乌比尔等人发现，这其中的转化开关其实是一个在人体组织中起着关键作用的蛋白，即肿瘤抑制蛋白p53。如果提高瘢痕形成细胞中的p53水平，可显著减少心脏病发作后的瘢痕并改善心脏的功能。
这一发现改变了此前人们对机体自我修复的一些看法，例如，认为成纤维细胞是终末分化的细胞，因此成纤维细胞无法分化形成其他类型的细胞。但是，研究人员对小鼠的研究发现，情况并非如此。只要有一些条件，成纤维细胞就可以分化为内皮细胞并形成血管。这些条件是：一是心脏受损，二是有p53的诱导。
研究人员过去的研究证明，心脏病发作后，成纤维细胞会用瘢痕组织来替代受损的心肌组织。然而，瘢痕使得心脏壁变硬，从而削弱心脏将血液输送到全身的能力，引起较多的后遗症。但是，随后内皮细胞会构建出新血管来改善受损区域的循环。更让人不愿看到的结果是，有时候这些内皮细胞会自然转变为成纤维细胞，增加瘢痕厚度。
乌比尔等人受此启发，想探索是否能把内皮细胞自然转变为成纤维细胞的顺序颠倒，让成纤维细胞转变成内皮细胞，如此就能更好地帮助病人，这也是机体自我修复机制的一种应用。
乌比尔等人诱导小鼠发生心脏病，然后研究小鼠心脏中的成纤维细胞是否具有一些内皮细胞的特征性标记物，结果正如他们所期待的，在小鼠心脏受损区域几乎1/3的成纤维细胞上发现了内皮细胞标志物。这也意味着实际上在心脏受损后，是由成纤维细胞生成的内皮细胞形成了新的功能性血管。
接下来，乌比尔等人进一步发现，触发成纤维细胞生成内皮细胞的是p53，后者能够引发受损的失控细胞自杀（细胞凋亡），从而减少这些细胞继续生长并发展成癌症，所以p53是一种阻止癌症发生的有利因子，也被称为基因组卫士。在心脏损伤之后，p53在成纤维细胞中被开启或过度表达，调控成纤维细胞变为内皮细胞。因此，提高p53水平可以促使更多的成纤维细胞转变为内皮细胞，再由后者修复和形成血管。
乌比尔等人认为，刺激心脏成纤维细胞p53信号通路能增加成纤维细胞向内皮细胞转化的能力，从而增加血管密度，促进心脏功能的恢复。机体的自我修复功能意味着这是未来治疗心脏病的一种简单可行和实用的方法，因为这种方法并不需要向病人输入外源性干细胞。当然，这种方法要在临床中使用可能还需要好几年的时间。
星形胶质细胞如何转化为神经元？
脑卒中是导致人们迅速死亡的严重疾病之一，脑卒中造成的死亡仅次于心脏病造成的死亡。脑卒中导致脑组织的血流供应中断，组织缺血缺氧，结果大量神经元（神经细胞）坏死，并由此导致运动、感觉和认知等一系列大脑功能障碍。因此，发生脑卒中之后，人的生活质量很差。
过去，研究人员一直致力于研究将外源性干细胞输入脑卒中患者的大脑以产生新的神经元来修复大脑。现在，瑞典隆德大学的柯卡亚和卡罗林斯卡医学院的林德瓦尔等人对大脑缺血的小鼠（相当于人患脑卒中）进行研究，发现小鼠大脑中的星形胶质细胞能转化成神经元，不过，这种神经元是幼稚的神经元，但可以经过发育成为成熟的神经元，由此修复大脑。这一研究也是首次发现脑卒中后星形胶质细胞可以转化为神经元。
然而，星形胶质细胞不会平白无故地转化为神经元，而是有条件的，即大脑受到缺血性损害，而且要启动一种分子信号通道，这种信号通道就是Notch信号通道。所谓Notch信号通道是1917年摩根等人发现的。他们在突变的果蝇中发现Notch基因，该基因的部分功能缺失会使果蝇翅膀的边缘产生缺口（Notch），因此得名。
后来，研究人员发现，Notch信号通道广泛存在于脊椎动物和非脊椎动物中，由Notch受体、Notch配体和其他效应分子组成，这一通道启动后可造成相邻细胞的相互作用，从而调节细胞、组织、器官的分化和发育。哺乳动物有4种Notch受体和5种Notch配体。
大脑中也存在Notch信号通道。在正常人的大脑中，Notch信号通道激活可抑制星形胶质细胞向神经元转化，因此星形胶质细胞不会转化成神经元。但是，对患脑卒中的小鼠的研究发现，小鼠大脑中的Notch信号通道被抑制，而星形胶质细胞可以启动这一抑制过程，由此星形胶质细胞可以转化为神经元。研究人员推论，人患脑卒中后也可通过这一途径让星形胶质细胞转化为神经元。
柯卡亚等人在研究中还发现，对未患脑卒中的小鼠人为阻断Notch信号通道，也能让星形胶质细胞转化为神经元，因此，脑卒中和其他途径都可阻断Notch信号通道，从而让星形胶质细胞转化为神经元。这也意味着，阻断大脑中的Notch信号通道有可能成为治疗脑卒中的一种新方法，而且简便实用，因为不用向脑卒中患者大脑注射外源性干细胞。
此外，研究人员对小鼠的研究还发现，小鼠大脑中新生成的神经元与其他细胞形成了突触，这是神经细胞之间发生联系的一种基本结构。但是，这些新的神经元是否具有功能，以及它们在动物和人类卒中患者康复过程中的具体作用还有待进一步研究来证实和阐明。
其实，早在10年前，柯卡亚和林德瓦尔就发现，人患脑卒中后大脑自身神经干细胞可形成新的神经元。但这次的新研究证明，大脑的自我修复能力不只是神经干细胞可以转化为新的神经元，而且星形胶质细胞也可以转化为神经元。也许，大脑中的其他细胞也可能具有潜在的转化为神经元的能力，只不过需要一定的条件。因此，机体修复自身的能力一直被低估了。
【摘要】
目的 观察单侧黑质纹状体通路损毁对大鼠丘脑网状核神经元电活动的影响。方法 采用在体细胞外记录方法研究正常大鼠和帕金森病(parkinson’s disease, pd)模型大鼠丘脑网状核(trn)γ氨基丁酸(gaba)能神经元放电频率和放电形式的变化。结果 对照组和pd组大鼠trn神经元的放电频率分别是(14.7±1.6)hz (n=23)和(33.8±3.0)hz(n=29)，pd组大鼠trn神经元的放电频率显著高于对照组(p<0.001)。在对照组大鼠，17%的神经元呈现不规则放电，83%为爆发式放电；而在pd组大鼠，具有规则、不规则和爆发式放电的神经元比例分别为7%、45%和48%，爆发式放电的神经元比例明显低于对照组(p<0.05)。结论 单侧黑质纹状体通路损毁诱发大鼠trn内gaba能神经元的放电频率增高，爆发式放电减少，这种变化可能与皮质trn兴奋性神经传递增强和苍白球trn抑制性神经传递减弱有关。
【关键词】 丘脑网状核；帕金森病；γ氨基丁酸；电生理学；大鼠
unilateral lesion of the nigrostriatal pathway changes the neuronal activity of the reticular thalamic nucleus in the rat
zhang qiaojun, liu jian, liu yaping, yuan haifeng, gao rui, xiang li
(department of neurology, the second affiliated hospital, medical school of xian jiaotong university, xian 710004; department of physiology and pathophysiology,medical school of xian jiaotong university, xian 710061, china)
abstract: objective to investingate the changes in neuronal activity of the thalamic reticular nucleus (trn) following the unilateral lesion of the nigrostriatal pathway. methods the changes in the firing rate and firing pattern of the trn gabaergic neurons were examined with extracellular recording methods in control and parkinsons disease (pd) rats. results the results showed that the firing rates of trn neurons in control and pd rats were 14.7±1.6hz (n=23) and 33.8±3.0hz (n=29), respectively, and the firing rate of trn neurons in pd rats was significantly increased when compared to that of control rats (p<0.001). in control rats, 17% of the neurons fired irregularly and 83% in bursts. in pd rats, 7% of the neurons fired regularly, 45% irregularly and 48% in bursts, the percentage of the neurons firing in bursts being siginificant lower than that of control rats (p<0.05). conclusion unilateral lesion of the nigrostiatal pathway induces an increase of the firing rate on the trn gabaergic neurons and a decrease of the percentage of the neurons firing in bursts, suggesting that the changes may be associated with the increase of the corticaltrn excitatory neurotransmission and decrease of the globus pallidustrn inhibitory neurotransmission.
key words: thalamic reticular nucleus; parkinsons disease; γaminobutyric acid; electrophysiology; rat
丘脑网状核(thalamic reticular nucleus, trn)位于背侧丘脑的前外侧面，主要由γ–氨基丁酸(γaminobutyric acid, gaba)能神经元组成，与丘脑、皮质有广泛的纤维联系。因此，trn影响丘脑和皮层之间的神经信息传递，参与感觉、运动和边缘系统功能活动的调节[1]。研究发现trn与帕金森病(parkinson’s disease, pd)的静止性震颤有密切关系。trn也接受来自基底神经节的纤维投射，特别是来自苍白球和黑质网状部的投射[2]。苍白球是基底神经节环路间接通路中的一个重要核团，影响丘脑底核的活动；而黑质网状部是基底神经节环路的一个输出核，其gaba能传出抑制丘脑和皮质的活动[3]。电生理学研究也发现刺激黑质或腹侧苍白球能够改变trn神经元的电活动[34]。然而黑质致密部多巴胺能神经元的变性导致苍白球和黑质网状部神经活动的改变，这种变化如何影响trn神经元的活动目前尚不清楚。因此，在本研究中我们以6羟多巴胺(6hydroxydopamine, 6ohda)pd模型大鼠为对象，采用玻璃微电极细胞外记录方法，观察pd模型大鼠trn中gaba能神经元电活动的变化。
1 材料与方法
1.1 pd大鼠模型的建立 选用西安交通大学医学院实验动物中心提供的健康雄性sd大鼠16只，体重180-220g。大鼠在标准环境饲养1周，随机分为对照组(n=6)和pd组(n=10)。pd组大鼠在水合氯醛(300mg/kg, i.p.)麻醉下固定于脑立体定位仪上(narishige)，根据paxinoswatson大鼠脑定位图谱确定右侧黑质致密部的位置：ap 5.0-5.3mm， l 1.9-2.1mm，d 7.2-7.4mm[5]。注射6ohda前30min，先给大鼠注射地西帕明(25mg/kg, i.p., sigma)以保护去甲肾上腺素能神经元。6ohda(sigma)溶于含0.1g/l抗坏血酸的生理盐水中，用前配制。10μl微量注射器与玻璃微电极相连，尖端直径约50μm，分两个位点在黑质致密部注射6ohda，每点4μg/2μl，总量8μg/4μl，给药速度1μl/min，注射完毕后留针5-10min，退针。6ohda注射后1周，大鼠皮下注射阿朴吗啡(0.05mg/kg)，10min后诱发向健侧旋转每5min大于20转者，表明pd模型成功，列为实验对象[6]。
1.2 电生理记录 电生理记录在黑质致密部损毁后2周进行。大鼠在乌拉坦(1.2g/kg, i.p.)麻醉下固定于脑立体定位仪上，并确定右侧trn的位置：ap 1.4-1.6mm；l 1.8-2.0mm；d 5.6-6.2mm[5]。采用玻璃微电极细胞外记录法记录trn内gaba能神经元的放电。电极尖端直径1-2μm，阻抗10-20mω，充灌液为0.5mol/l醋酸钠含20g/l滂胺天蓝。细胞放电经微电极放大器显示于记忆示波器上(nihon kohden)，以观察电位波形和细胞放电的形式，同时信号输入监听器监听。将信噪比大于3∶1的、稳定的单细胞放电经生物电信号采集与分析系统(ced1401 spike2)输入计算机后，做实时观察、储存和进行频率及放电形式的分析，每一神经元的采样时间5-10min。整个实验过程中监测大鼠心电，直肠温度维持在(37±0.5)℃。
1.3 gaba能神经元的确认及放电形式分析 trn的gaba能神经元动作电位是以正相波为主的2相波，动作电位时程1.5-2.5ms，放电频率5-40hz，不规则或短串爆发式活动[1]。根据放电间隔图(interspike interval histogram, isih)和不对称指数确定神经元的放电形式。每一神经元isih的生成最少包含500个动作电位，bin宽4ms。依据该图将神经元的放电形式分为：规则、不规则和爆发式放电。规则放电isih呈对称分布；不规则放电isih呈随机分布；爆发式放电isih呈现逐渐衰减的正偏态分布。从isih中我们还测量和计算了众数(mode)和不对称指数(asymmetry index)，以协助判断神经元放电形式的变化。众数是指最高频率的放电间隔；不对称指数为众数与平均放电间隔的比值，反映放电间隔图的形状，该值小于1表示正偏态分布，反映神经元活动的规律性[7]。
1.4 组织学定位 电生理记录完毕后，通过玻璃微电极电泳滂胺天蓝标记记录位点(-20μa，15min)。大鼠在麻醉下经心脏灌注生理盐水，随后用40g/l多聚甲醛溶液灌注固定，迅速断头取脑，后固定4h。冠状冰冻切片，片厚50μm，确定被记录神经元的位置。
1.5 统计学处理 对符合gaba能神经元特点，且位于trn内的神经元进行统计分析。统计分析采用spss11.0软件，实验数据以均值±标准差(±s)表示。两组大鼠trn内gaba能神经元放电频率的比较采用独立样本t检验，平均放电间隔和不对呈指数采用mannwhitney u检验；2组大鼠放电形式的比较采用χ2检验，以p<0.05为差异有统计学意义。
2 结果
2.1 两组大鼠trn内神经元的放电频率 实验共记录和分析了52个神经元的电活动，其中pd组29个，对照组23个。这些神经元均符合gaba能神经元的鉴定标准，且位于trn内。对照组大鼠trn内gaba能神经元的放电频率为5.0-35.7hz(14.7±1.6, n=23)，pd组神经元的放电频率变化范围是11.8-67.0hz(33.8±3.0, n=29)。与对照组相比，pd组神经元的平均放电频率显著增高(p<0.001, 图1a)。
图1 两组大鼠trn神经元放电频率、平均放电间隔和不对呈指数的比较（略）
fig.1 comparisons of the firing rate, mean interspike interval and asymmetry index of trn neurons in control and pd rats
a: firing rate; b: mean interspike interval; c: asymmetry index *p<0.001 vs. control group; pd: parkinsons disease
2.2 两组大鼠trn内神经元的放电形式 对照组大鼠的神经元表现出2种放电形式，不规则放电神经元4个(17%, n=23)，爆发式放电神经元19个(83%, n=23)。在pd组大鼠，有3种形式的神经元放电，规则放电神经元2个(7%, n=29)，不规则放电神经元13个(45%, n=29)，爆发式放电神经元14个(48%, n=29)。经χ2检验，pd组大鼠爆发式放电神经元明显减少(p<0.05)，而不规则放电神经元增加，同时有规则放电神经元的出现(图2)。
图2 对照组和pd组大鼠trn神经元放电形式的分布（略）
fig.2 the distribution of firing patterns of trn neurons in control and pd rats
*p<0.05 vs. the value in control rats; pd: parkinsons disease
反映2组大鼠trn中gaba能神经元放电形式的参数平均放电间隔和不对称指数也有显著差异。对照组和pd组神经元的平均放电间隔分别是(86.2±9.2) ms和(37.6±3.7)ms，pd组大鼠的平均放电间隔明显缩短(p<0.001)，表明放电频率增高；不对称指数在对照组大鼠为0.42±0.07，pd组大鼠是0.76±0.06，pd组显著大于对照组(p<0.001)，其均值更接近于1，说明放isih趋向于正态分布，即爆发式活动减少(图1b、1c)。
3 讨论
我们分别从6只对照组大鼠记录到23个gaba能神经元放电，从10只pd组大鼠记录到29个gaba能神经元的电活动，经组织学确认它们均位于trn内。黑质致密部多巴胺能神经元的变性，导致纹状体中多巴胺水平显著降低，从而引起整个基底神经节环路的功能改变。基底神经节环路由直接和间接2条通路所组成，当纹状体中多巴胺水平降低时，组成直接通路的、表达d1受体的纹状体中等大小棘状投射gaba能神经元传出活动降低，使环路的传出核(黑质网状部和脚内核)抑制性输出增加；而组成间接通路的、表达d2受体的纹状体中等大小棘状投射gaba能神经元传出活动增加，抑制苍白球的活动，导致底丘脑核活动增强，兴奋性谷氨酸能传出增加了传出核的抑制性输出。因此，黑质纹状通路的变性导致基底神经节环路直接通路的抑制性活动减弱，间接通路的兴奋性活动增强，使环路的2个传出核的抑制性传出活动增强，进而抑制丘脑和皮质的活动[3]。
基底神经节环路中的苍白球和黑质网状部均发出抑制性gaba能纤维投射到trn[2]。在pd状态下，苍白球活动降低使trn神经元去抑制，而黑质致密部活动增强抑制trn神经元。我们的实验结果证实黑质致密部多巴胺能神经元的损毁引起trn神经元的放电频率显著增高，除了与上述2个核团的活动有关外，也与皮质trn的兴奋性神经传递增强有关。近年来研究发现黑质纹状体通路的变性引起基底神经节内兴奋性谷氨酸能神经传递的增强，这种变化在pd的病理生理机制中具有重要作用[3]。许多研究已经证实pd模型动物和pd患者的底丘脑核谷氨酸能神经元活动增强，深部脑刺激抑制底丘脑核的活动能改善pd患者的临床症状[3]。离体脑片实验也发现黑质纹状体通路的损毁引起皮质纹状体谷氨酸能突触传递增强，并且皮质纹状体纤维末梢第ⅱ组代谢型谷氨酸受体表达增多[8]。我们以往的研究也证实黑质致密部多巴胺能神经元的损毁引起内侧前额叶皮质锥体神经元放电频率增加。皮质锥体神经元活动的增强导致trn内谷氨酸的释放增多，引起trn内gaba神经元的放电频率增加。在pd模型大鼠发现中脑脚桥核的电活动增强，而中脑脚桥核的胆碱能传出通过直接的抑制作用，以及间接抑制黑质网状部神经元的活动，进而降低了网状部对trn的抑制，这也是pd模型大鼠trn神经元活动增强的一个原因[6]。神经元放电形式的变化取决于神经元的自身活动和外来传入的影响，爆发式放电活动与神经递质的释放相关。黑质致密部多巴胺能神经元的变性导致基底神经节环路的抑制性输出增加，抑制丘脑神经元的活动，而丘脑又有丰富的谷氨酸能纤维投射到trn，来自丘脑的兴奋性传入的减少导致trn神经元爆发式活动降低[9]。此外，中脑脚桥核胆碱能传出的增加抑制trn神经元的活动，减少了神经元的爆发式活动。由于中枢神经系统解剖和功能的复杂性，我们的在体实验结果证实黑质纹状体通路的损毁诱发了trn内gaba能神经元的放电频率显著增加，爆发式放电神经元的数目减少。这些变化可能与皮质–trn兴奋性谷氨酸能传递的增强，以及苍白球trn抑制性gaba能传递的减弱有关。同时黑质纹状体多巴胺的耗竭引起trn活动的改变也为pd静止性震颤的起源和认知功能障碍的研究提供了新线索。
【参考文献】
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关键词 镜像神经元系统；社会认知；模仿；心理理论；共情
分类号 B845
1 前言
近年来，关注心理理论(theory of mind ToM)、共情(empathy)等社会认知领域的研究成为发展心理学、社会心理学、认知神经科学等领域研究的热点。而Gallese等人(1996)和Rizzolatti等人(1996)在猴脑F5区发现的镜像神经元(mirrorneurons)及随后研究发现的人类大脑的镜像神经系统(mirror-neuron system，MNS)，使得研究者能够从神经机制层面更深入地理解我们的社会认知活动。而且，镜像神经系统的根本特点――建立对外界观察的内部行为表征使得我们能够居身模仿(embodied simulation)，也使得研究者能够从一个比之前更加统一、基础的理论出发来了解各种纷繁复杂的人类社会认知活动，包括模仿学习、语言的习得及理解、推测他人意图以及共情等(Gallese et al，2004)。以镜像神经系统为切入点的研究成为近几年社会认知神经科学的一大趋势，其研究报告或综述多见于Science、Nature Neurosci、Nature Rev Neurosei、Neuron、Ann，Rev，Neurosei，这些杂志也反映了该领域研究的重要性。
2 对猴子镜像神经元的研究
应该说，和科学界很多重要发现，如青霉素一样，镜像神经元的发现也是一个美丽的偶然。Rizzolatti等人在利用单细胞记录(single-unit recording)技术研究猕猴大脑运动前区皮层(promotor codex)F5区在猕猴进行抓握食物活动时的神经元放电活动时，偶尔发现当实验者将食物抓起时，观察到这一行为的猕猴的大脑F5区表现出了强烈的放电活动，而且该电活动模式、强度和猕猴自己进行该行为时F5区神经元的放电活动相似。在这一偶然发现后，Rizzolatti等人(1996)的实验进一步证实了F5区的一系列神经元，不仅在自己进行抓握某物体的行为时放电，而且在观察其他个体(无论是人――实验者，还是同类――另一只猕猴)进行同样活动时也发生放电反应。也就是说，自己实施行为所激活的神经元在观察他人进行同样活动时也发生激活，这种将观察到的外界行为投射到自身实施行为的特性使得F5区的神经元被命名为镜像神经元。
2.1镜像神经元如何从听觉信息来理解行为
在发现位于F5区镜像神经元可以匹配自己和他人的行为后，Rizzolatti等人认为镜像神经元的首要作用在于理解他人的行为，而非仅仅对观察到的动作进行反应(RizzolaRi等人，1996)。为此，有人假设和动作相联系的听觉信息，如剥花生时的剥壳声，会激活和剥花生的动作相联系的镜像神经元。Kohler等人(2002)的研究即发现，除了视觉信息，和动作相联系的听觉信息同样可以激活镜像神经元。研究发现F5区的一部分神经元在猕猴撕纸且听到撕纸的声音时激活。有趣的是，即使猕猴没有看到撕纸的动作而单单听到撕纸的声音，该部分镜像神经元同样发生激活，而在控制条件(白噪音)下该部分神经元则没有反应。在发现F5区的神经元可以对动作相关的声音发生激活后，Kohler等人进一步考察了镜像神经元能否根据不同特征的声音，例如剥花生和撕纸产生的不同声音，来区分不同的动作。其还比较了神经元在观察且听到声音、仅观察没有声音、仅听声音没有观察、自己执行动作这四种条件下的激活。实验结果再次表明，镜像神经元的分工是非常精细的，例如一些神经元在观察剥花生且同时听到剥壳的声音(视觉+听觉)时激活强烈；而一些神经元仅仅在听到剥壳声音时(仅听觉)就强烈激活；另外代表相应动作的声音也激活了和该动作相联系的镜像神经元。这一系列结果表明，猕猴能够对外界信息，无论是视觉还是听觉，通过镜像神经元的相应激活来建立内部的行为表征从而理解该信息表征的行为。而且，听觉信息的刺激同样能够激活运动前区皮层F5区的镜像神经元，也使得研究者推断这部分镜像神经元可能在进化上促进了人类言语的发展、习得和理解，这个问题还会在后面提到。
2.2镜像神经元在推测他人行为意图中的作用
研究者发现只有在猕猴观察目的指向(goal，directed)的动作时镜像神经元才发生激活，而仅仅观察物体及没有目的的行为都无法激活镜像神经元。另外，仅仅听到和动作相关的声音也可以激活镜像神经元(Kohler等，2002)。这些证据使得研究者认为镜像神经元的激活并不是基于对知觉到的动作刺激的表征，而是在一个更抽象的层面上对行为的意图进行理解。基于该假设，Umilta等人(2001)设计了一个猕猴观察人抓握木块的实验，该实验的关键之处在于人的抓握动作的后半部分被挡板遮掩，猕猴仅仅能观察到动作的前半部分。实验条件为猕猴事先知道挡板后面有一个木块，控制条件为猕猴知道挡板后面什么也没有。结果发现当猕猴知道挡板后面存在着木块的时候，即使其没有看到具体的手抓握木块的动作，仍有相当部分的镜像神经元表现出和完整地观察到抓握行为类似的神经元激活模式，说明此时猕猴仍能建立对发生动作的内在表征。而控制条件下，即使实验者仍然进行抓握行为，但F5区的镜像神经元没有发生激活。这些结果首先再次表明了只有目的指向的抓握行为才能激活运动前区皮层F5区的镜像神经元，其次猕猴可以利用自己的先前知识来理解当前观察到的行为，即镜像神经元在外部线索不明确的情况下依然可以建立对外部行为的内在表征来帮助猕猴推断其观察的行为的意图。由此也可以看出镜像神经元的激活不是单纯对动作的物理性质的反映，而是代表了对动作的意图等方面的理解。沿着这条思路，Fogassi等人(2005)的研究考察了隐含着不同意图的同样动作是否可以通过镜像神经元的不同激活模式来表征。研究采用了经典的诱发镜像神经元的实验情景：猕猴观察别人的行为和自己执行同样的行为。为了区分不同的动作意图，实验设置一是猕猴抓食物放入嘴中，二是猕猴抓食物放入一个容器里，这样，容器的有无就成了判别行为意图的背景线索。研究发
现顶下小叶(inferior parietal lobule IPL)被记录电活动的神经元中有2／3在猕猴观察别人行为中激活。这些神经元表现出镜像神经元的特性：在自己执行行为和观察别人行为时表现出相似的激活。而且，镜像神经元表现出了对不同行为目的的不同激活方式，例如某些镜像神经元表现出对以进食为目的的抓握动作的激活，对将食物放入另一容器为目的的行为则没有激活；而另一些镜像神经元则表现出相反的激活模式。需要指出的是，在观察行为和执行行为阶段，同样意图的行为激活的镜像神经元回路也相似，再次表现出镜像神经元在建立对外界观察的内在行为表征时是根据行为的意义、意图等而非其物理特性。
3 人类的镜像神经系统
自从Rizzolatti等在猴脑F5区发现镜像神经元后，考虑到F5区和人类大脑Broca区的同质性，研究者也推断人脑中可能存在同样性质的镜像神经系统来帮助人们理解他人行为以至于语言的理解。利用功能核磁共振fMRI等脑成像技术进行研究的结果也都支持人脑中同样存在能够匹配观察到的行为和自己执行行为的镜像神经系统(Hari al。1998，Iacoboni et al，1999)。这些结果表明镜像神经系统可能是人类进行模仿学习(imitation learning)的基础，进而也是心理理论的获得、共情能力、社会交往等的神经机制(Meltzoff&Deter,2003)。
3.1模仿
模仿行为在出生几个小时的婴儿身上就已经出现了，研究表明12-21天大的婴儿已经可以准确地模仿如伸舌头、手指动作及各种面部表情，研究者认为模仿是发展基本的社会技能如心理理论等的关键(Meltzoff&Decety，2003)，模仿功能的缺失则会导致孤独症等以社会交往缺陷为核心症状的症候群(Williams et al，2001；Oberman＆Ramaehandran，2007)。虽然有大量的行为研究表明人们会无意识地模仿和自己正在沟通的人的行为、面部表情、说话方式甚至呼吸节律等等，表现出“变色龙效应”(chameleon effect)，William James解释为这是因为我们观察到的行为会在某种程度上激活自己相应的行为模式，类似于启动效应(转引自Iacoboni&Dapretto，2006)。但这些解释并未指出实际上人们对行为的观察和执行是基于一个共同的机制，这个机制从神经基础上来看也就是镜像神经系统。镜像神经系统作为人类模仿能力的基础是不难理解的，因为其核心特征即观察他人行为可以激活自己大脑中负责编码及执行这些行为的皮层，包括运动皮层，从而进行居身模仿(embodied simulation)并完成动作的输出。例如Iacoboni等人(1999)在实验中要求被试对手指运动进行模仿，对照组为同样的手指运动，只是按照空间提示进行的运动而非模仿观察到的手指运动。这样在控制了手指运动因素后，fMRI结果表明左侧额下回Broca区域和顶上小叶(superiorparietal lobule)在模仿时激活。其中顶叶负责编码被观察的手指动作而额区负责理解行为的目的及对动作进行编码。其研究结果表明了模仿是基于观察行为和形成内在行为表征并执行该行为的直接匹配机制。在另一个通过观察模仿进行学习的研究中，Stefan等人(2005)的结果也表明了具有镜像活动性质的初级运动皮层(primary motor cortex)在人通过模仿、观察进行动作学习中起重要作用。基于此类结果Iacoboni和Dapretto提出了模仿的神经回路，其包括了额下回(inferior frontal gyrus IFG)、顶下小叶(IPL)等镜像神经系统区域。而且颞上沟(superior temporal sulcus STS)也在模仿中起重要作用(Iacoboni et al，2001)。该回路的工作机制是这样的：STS负责将输入的知觉信息编码并传递到负责动作信息描述的MNS顶叶处，然后再传递到主要负责领会动作目的的MNS额叶部分，这时临近的运动前区皮层开始进行动作编码并将模仿的可能结果向回传递到颞上沟，将要输出的动作编码在这里观察的动作信息进行匹配并完成动作输出(Iaeoboni&Dapretto，2006)。另外需要注意的是，高度进化且具有复杂结构及功能的大脑在模仿学习时并不仅仅局限于镜像神经系统。例如Fery等人(2006)的研究即发现，和被动地观察某一动作相比，当被试被告知随后需要模仿该动作，即被试在观察时带有学习意图时，不仅传统的镜像神经系统区域激活，另外还激活了其它涉及了动作编码及运动表征的皮层、亚皮层区域(subcortical regions)，显示了大脑在有意学习时的灵活性。
3.2语言理解
在Broca区域是否参与模仿这一问题上，在Iacoboni等人(1999)发现模仿学习涉及Broca区域后，Heiser等人(2003)又采用重复经颅磁刺激(repetitive transeranial magnetic stimulation rTMS)的研究结果证实了Broca区域在模仿中不可或缺的作用：当rTMS造成Broca区域的暂时功能损失后，被试的模仿能力显著降低(Heiser等人2003)。由于模仿可能是言语的习得乃至理解的基础，研究者推测包括Broca区域的镜像神经系统可能对言语理解至关重要。其实，自从在猕猴的F5区发现镜像神经元并认为其涉及了对他人行为的理解后，出于F5区对观察的手部和嘴巴部位运动特别敏感，以及F5和Broca区可能的同质性，研究者便假设人类的语言系统可能就从这些神经元进化而来(Gallese et al1996；Rizzolatti et a1，1996)。另外，考虑到镜像神经元对听到的和动作关联的声音表现出和观察、执行相关动作类似的激活(Kohler et al，2002)，和Broca区在模仿中的重要作用，这些似乎都表明镜像神经系统在人类发展过程中可能对言语理解起了重要的作用。近年来的一系列研究也支持这一假设。Tettamanti等人(2005)将表述动作内容的句子播放给被试，观察脑功能区域的变化。结果发现和从句法上匹配的控制组句子相比，表述动作内容的句子显著激活了左半球的包括额下回Broca区域的额叶一顶叶一颞叶回路，如上文所述，该回路是模仿学习的基础，Tettamanti等人(2005)也认为，听表述动作内容的句子激活了匹配观察及执行行为的镜像神经回路，说明被试是在理解句子表述的动作的前提下对该句子进行加工的。具体来说，Broca区域的激活显示了其加工抽象语义来表征动作的作用。镜像神经系统在语言理解中的重要作用还在Buccino等人
(2005)的研究中得以体现：当被试在听表征某动作的句子时，实施该动作的动作诱发电位会产生相应变化。例如听到手部相关动作的语句时，从被试手部肌肉记录的电位会发生变化；同理，听到和脚相关的动作语句时，从被试脚部记录的电位会发生变化。虽然该研究没有利用脑成像直接证明是否镜像神经系统在言语理解中激活，但出于动作电位的变化，研究者有理由认为动作电位变化的神经机制为镜像神经系统，其自动地建立对该语句描述行为的内部动作表征并表现在动作电位的变化上，使得我们能够理解语言所表述内容。
3.3对他人行为意图的理解
对他人行为意图的理解是心理理论的重要方面。一直以来就心理理论的获得存在着理论论(theory-theory)和模仿论(simulation theory)的争论。镜像神经系统的发现则为后者提供了强有力的支持：即我们对他人意图的理解的基本机制不是通过概念的推理，而是对观察到事件通过镜像神经系统的直接模仿。例如猕猴的镜像神经元可以对不同意图的类似动作表现出不同的激活，而且这些激活和自己在相应意图下执行动作时镜像神经元激活模式相似，这提示猕猴对他人动作意图的理解是通过自身镜像神经元激活进行动作重现来实现的(Fogassi etal，2005)。研究者对人在通过观察行为推测意图的研究也发现，不同的意图涉及了不同的镜像神经元系统激活方式。Iacoboni等人(2005)在其实验中通过设置不同的场景区分了同样动作的两种意图。其场景一为餐桌上放着茶壶、水杯、零食，动作为人手抓握水杯；场景二的区别在于餐桌上的茶壶盖是打开的，零食相比场景一少了一些，餐桌上也散落着零食，动作同样为抓握水杯。场景的不同提示着观察者场景一中拿水杯是为了喝水，场景二中拿水杯是为了整理用餐后的餐桌。fMRI结果表明观察有动作的场景相比于仅仅观察动作和仅仅观察场景激活了腹侧运动前区皮层(ventral premotor cortex)及额叶下回(IFG)的后部――传统的镜像神经系统。而且当比较限于两种不同的意图时，IFG区域的激活模式也显著不同，而且这是在两种场景在IFG区域激活无差异的前提下得到的。排除了背景因素的影响后，结果清晰地说明，IFG除了理解他人的动作外，还涉及了对不同动作意图的理解。其随后的实验考察了我们理解他人行为的意图是否需要“自上而下”的加工，结果表明即使在被试注意力集中在和推测意图无关的任务中时，表征意图理解的MNS同样发生激活。这也进一步说明了理解他人行为的意图，至少在比较简单的层面上，是通过居身模仿这一更加自动化的过程而非基于意识层面上的信息推理。简单得来说，理解他人的行为、意图就是“perceiving is doing”这一过程：观察别人的行为等于自己也在执行这一行为，那么自己自然也就理解了这一行为的目的(Lepage＆Thdoret,2007)。
3.4共情
即使镜像神经系统的存在保证我们可以迅速地理解他人的动作及背后的意图，我们的社会认知功能仍然并非完整。因为社会交往中情绪的重要性是显而易见的，所以共情的能力也是社会认知功能中不可或缺的一部分。对于情绪的理解，一个观点认为我们将接受到的面部表情、肢体语言等信息和存储于我们记忆、经验中的信息做比较来了解他人的情绪。但显然，该观点最多解释了我们如何在认知上了解他人的情绪，而非我们如何在情绪上感受他人的情绪(Rizzolatti&Craighero，2005)；而从之前的论述来看，我们观察别人的行为时大脑的镜像神经系统在腹侧额叶的运动前区皮层及初级运动皮层的激活使得我们经历着“perceiving is doing”这一过程来达到动作理解和推测他人的意图，同样，当观察他人的情绪表现时，镜像神经系统的参与也可以使得大脑激活被观察情绪的表征使得我们“感同身受”地获得对观察到的情绪的切身体验。Wicker等人(2003)在实验中要求被试亲身体验臭气及观察他人闻臭气。臭气在这里的作用是诱发厌恶(disgust)的情绪。结果发现，即使在没有要求被试进行共情的条件下，观察别人的厌恶表情时激活的神经回路和自己闻臭气时激活的神经回路的一部分是相似的，该部分为左前脑岛和右前扣带回皮层，前者和厌恶相关，后者和害怕相关。该部分也因此被认为是情绪的镜像神经回路，即对观察到的他人的情绪在自身内部也形成该情绪的表征。Jackson等人(2005)针对痛觉(pain)做的研究也证明了共情的镜像神经机制：被试观察痛觉的图片激活的脑区域和个人亲身经历痛觉的大脑区域在前扣带回(anterior cingulate)，前部脑岛(anterior insula)及小脑(cerebellum)这些部位的活动是相似的。另外发现扣带前回的激活程度和被试对观察图片中的痛觉的评价等级存在正相关。该研究进一步表明了共情的发生是具有镜像性质的。Singer等人(2004)的研究更进一步，其在实验中同时考察了被试亲身经历痛觉刺激(电击)和观察自己的亲人经历痛觉刺激时大脑的激活状态。结果发现观察和亲自经历的痛觉加工脑区在双侧前部脑岛、前扣带回、小脑以及脑干这些部位的激活是相似的。而且扣带前回和前部脑岛的激活程度和被试对自己共情程度的评价存在显著正相关。虽然这些研究的结果没有显示观察他人的情绪和自己亲身体验该情绪有着完全相同的神经回路，但处理情绪(厌恶)的核心部位一一前部脑岛和前扣带回在观察他人和亲身体验时都发生激活，体现了共情在神经机制上的镜像特征。
另外，在动作表征和共情的关系上，Carr等人(2003)采用了“社会镜像”(social mirroring)研究范式，即要求被试分别观察、模仿呈现的情绪化面部表情(如开心、发怒、悲伤等)图片。结果首先表明观察和模仿不仅激活了颞上沟及额下回――经典的动作观察，执行匹配神经回路，表明了对观察到情绪的内在动作表征是共情的前提，而且激活了和加工情绪相关的脑岛及边缘系统的杏仁核(amygdala)；其次在模仿比观察更加显著地激活了运动前区皮层、颞上沟，脑岛以及杏仁核。可能是观察仅仅涉及对输入信息进行编码并建立内在动作表征，而模仿除此之外还进行了动作的输出。总的来说，模仿和观察情绪图片激活了相似的神经回路，表现出了共情神经机制的镜像特性，另外在初级运动皮层等脑区建立的动作内部表征也调节着情感脑区的激活模式，而且脑岛可能联结了负责动作表征的额下回运动皮层及负责情绪体验的边缘系统。
共情的镜像神经回路在最近又得到了支持：在一项以儿童(平均年龄10.1岁)为对象的研究中，不仅考察了观察及模仿表情图片时的大脑激活情况，而且研究者通过改编的人际关系反应量表(interoersonal Reactivity Index，IRI)测量得到了儿
童的共情能力。结果发现额下回、右侧脑岛、左侧杏仁核、左侧梭状回的激活和儿童的共情能力呈现显著正相关。这也从行为指标上为镜像神经元系统的确反映了共情的能力这一假设提供了支持(Pfeifer et al 2008)。
3.5社会交往
心理理论、共情都属于社会认知功能，大量研究表明镜像神经系统在其中有着重要作用。而社会交往活动涉及了心理理论、共情等过程，由此也可以推断我们在社会交往中也会涉及镜像神经系统的激活。尽管目前该方向的研究并不多，但仍有一些研究得到了初步的结果。Iacoboni等(2004)对比了被试观察两人进行社会交往的影片片断和观察一个人独自进行活动和休息状态下的大脑活动情况。结果表明当观察社会交往片断时镜像神经区域表现出更显著的激活。Oberman等人(2007)的研究利用EEG技术更进一步地考察了镜像神经系统在被试观察社会交往活动中的作用。其在研究中通过给被试呈现一组人扔球的片断设置了4个实验条件，分别为基线、无社会交往、社会交往一旁观和社会交往一互动。当片断里三位演员将球朝天空仍时，为无社会交往条件；当演员互相扔球，被试为观察者时，为社会交往一旁观条件；当演员互相扔球而球会有时朝向被试扔来时，为社会交往互动条件。这里代表镜像神经系统活动的指标为在头皮c3、C4、cz电极点(被认为反映了感觉运动皮层sensorimotorcodex的放电活动)的mu波抑制(mu wavesuppression)情况。结果显示，mu波抑制在社会交往，互动条件下最大，反映了镜像神经系统最为活跃；其次是社会交往，旁观条件，最后为无社会交往条件。
最近Pfeifer等(2008)的研究考察了儿童在观察或模仿他人表情时的镜像神经元系统激活程度和儿童在人际关系能力量表(interpersonal competence scale ICS)得分的相关。结果发现在模仿他人表情时，额下回、左侧杏仁核及双侧脑岛的激活程度和儿童的人际关系能力显著相关。该结果从发展的角度表明社会交往，至少在社会人际关系方面，和镜像神经元系统的功能有着密切联系。
镜像神经元系统在社会交往中的重要作用也可以从对孤独症的研究中得到支持。由于孤独症的核心症状是社会认知功能障碍，因此有研究者认为和社会认知密切相关的镜像神经元系统可能在孤独症患者上活动异常(Williams etal，2001；Iaeoboni et al，2006；Oberman＆Ramaehandran，2007)。Depratto等(2005)发现，即使在控制了模仿能力、智商等因素后，和控制组相比，孤独症患者在模仿他人表情时镜像神经系统激活并不显著，而且其症状严重程度和镜像神经系统活动表现出负相关。Oberman等(2005)以mu波抑制为指标的研究也发现相比于控制组，孤独症患者在观察他人手部运动时没有表现出显著的mu波抑制。Hadjikhani等(2006)考察了孤独症患者在大脑结构方面的异常，其发现ASD患者MNS系统的灰质有显著减少。同时，如额下回(IFG)、顶下小叶(IPL)和颞上沟(STS)等传统MNS区域的大脑皮层厚度和孤独症症状严重程度为负相关。以上这些来自功能及结构成像的证据也再次支持了镜像神经系统在社会交往中的重要作用。
4 小结及展望
镜像神经系统的核心特征是通过相应脑区的激活建立内部的行为表征从而“亲身经历”其观察到的他人行为来实现理解他人行为、意图、情绪等功能，而且在模仿、语言理解、社会交往等方面起着重要作用。在镜像神经系统的结构上，也从额下回…-顶下小叶一颞上沟等和动作理解相关的区域扩展到共情涉及的脑岛、前扣带回皮层、杏仁核等脑区。虽然目前以镜像神经元系统为视角的研究数量增长迅速并取得了一系列稳定的研究发现，但该领域仍有一些有待解决的关键问题。
首先，镜像神经系统虽然为心理理论获得的模仿论提供了重要的证据，即我们在观察他人行为时进行的居身模仿使得我们能够较为自动化地理解他人行为的意图而不是通过概念性的推理，但目前尚未有研究直接验证推理他人的心理状态涉及了镜像神经系统的激活。已有的研究明确地发现推测他人内在的心理状态或意图的神经机制涉及了内侧前额叶(MPFC)(Amodio&Frith，2006；Lieberman，2007)，但在以镜像神经系统为考察对象的共情或推测他人行为意图的研究中却并未发现MPFC的激活，这提示着观察者或模仿者虽然在对动作进行内在表征并模仿，但这些并不一定保证观察者理解他人的心理状态，特别是镜像神经系统多在观察外界行为时激活，那么当没有外显行为时我们如何推测他人的信念呢?另外目前的MNS涉及的动作意图理解尚是比较简单和具体的视觉刺激，而当推测他人的意图或信念需要抽象的或语言代表的刺激时，MNS的反应又将如何呢?这些都是镜像神经系统研究需要解决的问题。
【摘要】
目的： 探讨切割穹隆海马伞海马中具有诱导神经干细胞向神经元分化生物活性的83 ku差异蛋白的组成成分及其功能。 方法： 切割SD大鼠穹隆海马伞后14 d海马进行非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳(Native PAGE)，应用电喷雾质谱分析、蛋白质数据库和文献分析等方法对83 ku差异蛋白进行检测和功能分析。 结果： 质谱分析找到了17组肽段，这些蛋白按照其功能可以分为：细胞骨架蛋白、参与代谢的酶、信号传递、蛋白降解、氧化应激、神经递质运输、突触形成、功能未知蛋白。结论： 切割穹隆海马伞海马83 ku差异蛋白可以通过参与Rho信号通路，调控神经干细胞向神经元分化。
【关键词】 83 ku蛋白； 切割穹隆海马伞； 海马； 非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳； 质谱分析
［Abstract］ Objective: To explore the ingredients and functions of the active 83 ku proteins inducing NSCs to differentiate into neurons from the fimbria/fornix transected hippocampus.Methods： The SpragueDawley rats′ hippocampi on the 14th day after fimbria/fornix transection were used for NativePAGE. Electrospray ionization mass spectrometry，protein data bank and bibliometrics were applied to identify the 83 ku proteins and analyze their functions. Results： Mass spectrometry analysis of 83 ku protein found 17 groups of peptides which were pided into several functional groups：cytoskeletal protein，enzyme in metabolism，signal transduction，protein degradation，oxidative stress，neurotransmitter transport，synapse formation and unknown function protein etc. Conclusion： 83 ku proteins in the fimbria/fornix transected hippocampus may regulate the differentiation of NSCs into neurons via Rho pathway.
［Key words］ 83 ku protein； fimbria/fornix transection； hippocampus； Native PAGE； mass spectrometry analysis
神经干细胞的发现为中枢神经损伤、退行性疾病以及脑肿瘤等的治疗提供了新思路，但其临床应用还要解决如何诱导神经干细胞迁移及分化等问题。我们近期的研究［1，2］观察到，移植至切割穹隆海马伞侧海马齿状回中迁移的神经干细胞密度明显大于正常侧海马中迁移的密度，在切割侧移植的神经干细胞更易于向神经元分化；在体外细胞培养中，切割穹隆海马伞的海马提取液也比正常海马提取液更能促进神经干细胞向神经元和AChE阳性神经元分化［3］。在非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳(Native PAGE)83 ku蛋白胶条与神经干细胞共培养，证实该差异蛋白能够诱导神经干细胞向神经元分化，在此基础上［4］，本研究进一步应用质谱分析探讨83 ku差异蛋白的组成成分及其功能。
1 材料和方法
1.1 切割大鼠穹隆海马伞
取220～250 g成年SD大鼠10只（南通大学实验动物中心提供），参照Paxinos图谱确定双侧穹隆海马伞的切割范围，按文献［2］方法进行双侧穹隆海马伞切割，然后按性别分笼饲养。
1.2 Native PAGE
术后14 d取双侧海马组织制成匀浆，进行蛋白定量，然后将蛋白质浓度稀释调整为3 μg／μl后分装，冻存于-70℃冰箱中备用。按文献［5］方法进行NativePAGE电泳，选取部分胶条进行考马斯亮蓝染色、脱色。
1.3 电喷雾质谱分析（electrospray ionization mass spectrometry，ESIMS）
根据染色、脱色后凝胶显示的83 ku差异蛋白条带位置，切取切割穹隆海马伞后14 d海马组织蛋白胶条［6］，用胰蛋白酶水解20 h后，放入美国Finnigan公司生产的LCQ DECA XP plus质谱仪中进行ESIMS分析，采用微量电喷雾的进样方式，毛细管温度为170℃，柱面积为0.15 mm×0.15 mm(RPC18)，正离子检测。
利用Finnigan公司系统中的SEQUEST检索程序，检索IPI HUMAN 数据库（人类蛋白质组，HUPO提供）。检索条件设置为：当电荷为＋1时，Xcorr≥1.9；当电荷为＋2时，Xcorr≥2.2；当电荷为＋3时，Xcorr≥3.75；同时设定匹配肽段间ΔCn≥0.1，蛋
氨酸可变修饰16.00。
1.4 蛋白功能分析
质谱分析检索后得到的蛋白质输入PubMed（ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?CMD=search&DB=PubMed）进行蛋白质功能文献分析。
2 结果
通过电喷雾质谱分析，在不同的时间点共鉴定到70组蛋白肽段（图1），经过数据库匹配，确定其中17种蛋白成分，搜索蛋白数据库和文献检索结果如表1。表1 切割穹隆海马伞后14 d海马组织83 ku蛋白名称与相关功能，Tab 1 Name and related function of 83 ku proteins in rats′ hippocampus on the 14th day after fimbriafornix transection（略）
NDRG2b2Nmyc下游调节基因1的相关蛋白属于分化相关基因NDRG2亚型，涉及神经元的分化，分布集中在生长锥上。受醛固酮诱导，可以激活Ras级联系统，可能在盐皮质激素的信号传导中有重要作用［9］。6Profilin 2（Pfn2）原肌动蛋白抑制蛋白与肌动蛋白结合，影响细胞骨架的结构。在高浓度的时候，阻止肌动蛋白的聚合，而低浓度时加强肌动蛋白的聚合。还可以结合PIP2，阻止IP3和DG的生成［10］。PIIa是脑内特异性的Profilin，在神经分化的初期，RhoA/ROCK/PIIa介导轴突的形成和延伸［11］。
续表1
Tryptophan 5monooxgenase activation protein，zeta，eta polypeptide酪氨酸3/5单加氧酶活化蛋白ζ，η属于1433蛋白家族成员，通过结合含有磷酸化丝氨酸的介导信号传递，调节细胞周期。11peroxiredoxin 2 （Prdx2）过氧化物酶2参与细胞内氧化还原反应，可以从硫氧还蛋白系统接受还原当量，可消除代谢中产生的过量H2O2，在缺氧或脑损伤时通过调节H2O2参与NGF和TNFα的信号传递反应［13］。12Similar to coactosinlike 1肌动蛋白共结合蛋白1以Ca2+非依赖性的方式与丝状肌动蛋白结合，与肌动蛋白解聚无关。13Ubiquitin Carboxylterminal hydrolase isozyme L1（Uchl1）泛素C末端水解酶的同工酶L1主要表达在脑内神经元中，在海马和嗅球的再生神经元中含量少，在衰老的垂体后叶多，属于巯基蛋白酶，辨认、水解泛素C末端甘氨酸肽键或者结合游离泛素，阻止它在溶酶体中的降解［14］。14Dimethylarginine DimethylaminohyDrolase 1（DDAH1）二甲基精氨酸的二甲基氨基水解酶参与NO的生成。15Rasrelated protein Rab3A（Rab3a）Ras相关蛋白Rab3A是突触囊泡蛋白，作为神经递质在胞吐作用中参与调解突触囊泡融合，在皮质杏仁核LTP和海马CA1CA3突触的LTP末期都是必需的［15］。1645 ku protein45 ku蛋白功能未明。17Rho GDP dissociation inhibitor(GDI) alpha（Gdi1）Rho蛋白的GDP解离抑制因子α抑制Rho蛋白smg p21s(ras p21like small GTPbinding proteins)蛋白的GDP解离、GTP结合。而smg p21s与小脑的发育成正相关，表达在神经末梢［16］。
3 讨论
本研究采用ESIMS检测切割穹隆海马伞后14 d的大鼠海马83 ku差异蛋白胶条中的多肽，通过质谱分析得到17种蛋白成分，这些蛋白按照其功能可以分为不同种类：细胞骨架蛋白、参与代谢的酶、信号传递、蛋白降解、氧化应激、神经递质运输、突触形成、功能未知。参与信号传导的蛋白种类最多，包括 GDIα，Prdx2，NDRG1 相关蛋白，Pfn2，酪氨酸3/5单加氧酶活化蛋白，Rab3a，Gdi1等，占蛋白肽段的41%，如其中的GDIα，NDRG1 相关蛋白，Rab3a，Gdi1可帮助机体启动损伤的激素应激反应、促进蛋白合成［7］；在中枢神经损伤后可促进突触的形成、突触内囊泡的运输等从而调节神经元分化；酪氨酸3/5单加氧酶活化蛋白、Prdx2参与磷酸化的信号传导过程，与调节损伤后细胞周期、细胞凋亡有密切关系；Pfn2与轴突的生成和延伸相关，参与细胞骨架的生物合成。其次较多的为各种参与代谢反应的蛋白，如参与糖代谢（Glx I）、氧化还原反应（Prdx2）、神经递质合成（DDAH1）、蛋白质代谢（Crym）等的酶。还有细胞骨架蛋白：Actin、微管蛋白α1、肌动蛋白共结合蛋白1，其中Actin、肌动蛋白共结合蛋白1和Pfn2（肌动蛋白结合蛋白）是通过相互作用从而改变肌动蛋白的稳定性，影响轴突的生成及分支。最少的为参与蛋白降解（Uchl1）的蛋白。本次检索中还有1个蛋白（表1中的“16”号）没有查到相应的功能，将有待继续研究。
神经元的发育过程中，经历了从分化、迁移、极化、定向生长到与靶细胞建立突触联系的动态过程，也涉及损伤后的修复和再生过程。神经元突起末端的生长锥感受细胞外生长和导向信息，通过微管和微丝运动使细胞形成树突和轴突，并不断生长、延伸或坍塌。这些突触之间的联系在神经元自身和周围细胞活动的作用下得到优化，通过突触的巩固、突触的消除、新突触的形成，最终建立起成熟的神经回路。其中神经元轴突的生成是启动神经干细胞迁移和向神经元分化的第一步，体外海马神经元培养中剔除Pfn2基因实验中，发现RhoA/ROCK/PIIa调节肌动蛋白的稳定性，参与海马神经元分化［11］。
RhoA属于Rho家族鸟苷三磷酸酶(Rho GTPases)，是调节细胞骨架运动的主要信号，细胞外生长和导向因子(如Slit)首先通过细胞膜上相应的受体(如Robo)启动Rho激酶，进而通过坍塌反应调节蛋白影响细胞骨架的重排。Rho GTPase能与GTP/GDP结合，以GDP结合和GTP结合两种状态存在，前者为非活化状态，后者为活化状态。Rho GTPase循环的调节有3类分子：嘌呤核苷酸交换因子(GEFs)、Rho酶活化蛋白(GAPs)和解离抑制因子(Rho GDIs)［17］。上游信号分子和受体通过激活上述3种分子调节Rho GTPase。与Rho GTPase和actin细胞骨架联系的中间蛋白主要有：NWASP，Park，Rock和mDia。Rock是一种丝氨酸/苏氨酸激酶，为Rho的作用分子，通过RhoA/ROCK/PIIa作用于profilin，调节actin聚合作用［18，19］。
在83 ku蛋白中除了Pfn2，还可观察到GDIα，Actin，NDRG1相关蛋白，Tubulin，Similar to coactosinlike 1，Rab3a，Gdi1，7种蛋白都可参与上述Rho信号通路。由本实验结果可推测，切割穹隆海马伞后，这些蛋白通过相互的作用，可以启动神经干细胞向损伤部位迁移、向神经元分化，Rho信号通路参与其中调节神经轴突再生。如何有效地调控Rho信号通路，促进神经干细胞分化为神经元，减少细胞死亡，改善中枢神经系统损伤后功能的恢复，还有待进一步研究。 参考文献
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【摘要】 目的 消除刺激伪迹，以揭示DBS的作用机制。方法 Spike 2系统特有的生物信号处理功能，综合使用数字滤波、双窗口电位与信号波形鉴别方法消除刺激伪迹。结果 经刺激伪迹消除处理可以清楚显示脑内高频刺激期内神经元的放电活动的变化。结论 我们的方法可有效地清除刺激伪迹。
【关键词】 深部脑刺激;刺激伪迹;大鼠
Abstract: Objective The research aims to remove the stimulus artifact， and to explore the mechanism of deep brain stimulation. Methods Through using the functions of digital filter， spike waveform detection and potential filter in two windows performed by the Spike 2 system， the stimulus artifact was eliminated.Results The change of neural discharge activities during deep brain stimulation could be revealed clearly.Conclusions The method can be effectively used in the stimulus artifact removal.
Key words:deep brain stimulation; stimulus artifact; rat
自从1987年法国著名的神经外科学专家Benabid教授成功地应用丘脑腹内侧核(VIM)高频刺激治疗帕金森病(PD)以来，靶点为VIM，内侧苍白球(PGI)或丘脑底核(STN)的深部脑刺激(deep brain stimulation，DBS) 已经成为国际功能神经外科治疗PD首选方法[1，2] 。人们也尝试用DBS治疗中枢性疼痛[3]、癫痫[4，5]等疾病，甚至用于戒毒和肥胖症[6]的治疗。但由于强大的刺激伪迹掩盖了刺激对神经元放电活动的影响，人们是通过刺激的后作用和对远隔神经递质释放的影响来间接分析DBS的机制。有人认为DBS的直接作用是抑制，但也有学者认为是兴奋作用。至今DBS的机制仍在争议中尚无定论。这也限制了这一方法应用的拓展。本文基于Spike 2系统特有的生物信号处理功能，综合使用双窗口电位鉴别、数字滤波和信号波形鉴别方法消除刺激伪迹，以揭示DBS的作用机制。
1 材料和方法
1.1 实验动物
成年雄性Sprague-Dawley大鼠，体重250～300 g(辽宁医学院动物中心提供)。大鼠在标准环境下饲养，室温20～25 ℃，24 h昼夜循环光照，自由摄食饮水。
1.2 电刺激及记录
大鼠经20%氨基甲酸乙酯(0.8 mL/100g)腹腔麻醉后，置于脑立体定位仪上。行常规开颅手术，剥除硬脑膜，并行小脑延髓池引流，降低颅内压，防止脑疝。
细胞外记录采用微电极拉制仪(美国STOELTING公司)自行拉制的单管玻璃微电极。电极尖端直径3/1和放电稳定的神经元进行记录。在进行电刺激前每一单位需记录2～3 min的基础放电。核团电刺激采用A320R隔离刺激器(美国WPI公司)经同心圆电极输出。电刺激参数为：频率(20～200 )Hz，刺激强度0.4 mA，波宽0.06 ms，刺激时程5 s。
1.3 组织学检测
在每一次电生理学记录完毕后，经微电极电泳滂胺天蓝(-20 μA，15 min)标记记录部位，刺激部位采用直流电损毁法标记。大鼠用含4%多聚甲醛的0.1 M磷酸缓冲液经颈动脉灌流固定后，立刻断头取脑，放入相同固定液中浸泡4 h，再将脑组织移入30%的蔗糖磷酸缓冲液(pH7.4)至沉底后行冠状冰冻切片，片厚30 μm。焦油紫染色。光镜下观察，仅取记录和刺激部位均正确的资料进行统计学分析。
1.4 数据分析
为了分析刺激期内神经元对刺激的反应，在在线分析的基础上，我们应用Spike2系统对神经元的放电活动进行离线信号处理以消除刺激伪迹，然后做刺激直方图处理。首先用数字滤波(100～10 000 Hz)进一步消除干扰信号，然后采用双窗口电位鉴别功能对神经元放电波形进行电位和波形鉴别，最后根据筛选出的神经元锋电位作刺激直方图处理(图1)。
2 结 果
实验观察了不同频率电刺激(20、50、100、130、200 Hz)STN对大鼠丘脑束旁核(PF)神经元自发放电活动的影响。结果显示刺激频率低于100 Hz时，多数神经元无明显反应;刺激频率大于100 Hz时，大多数神经元呈兴奋反应，放电频率明显加快。图2为一个PF神经元对不同频率STN刺激反应的序列密度直方图。图2A未做刺激伪迹消除处理，刺激期内神经元的放电活动无法观察;图2B做了刺激伪迹消除处理;从图中可以清楚地观察到，刺激频率为20 Hz时，神经元对刺激无反应;当刺激频率大于50 Hz时，刺激期间神经元的放电活动就明显增加;刺激停止后，这种兴奋作用还要持续一定时间，但兴奋作用较刺激期内明显减弱。
3 讨 论
虽然DBS治疗PD取得了可喜的成绩，但这一技术在功能神经外科领域的拓展应用仍受限，其原因主要是DBS的机制尚未确立，存在很大的争议。以Benabid为代表的学者认为高频刺激对所刺激的神经元是抑制作用，可能是由于去极化阻滞或神经递质的耗竭所致[7];另外一些学者认为是兴奋了抑制性神经通路所致[8，9]。这些分歧的根源在于脑内刺激的部位与记录神经元放电活动的部位相距很近，较强的刺激伪迹几乎完全掩盖了弱小的神经元放电，不能观察刺激期内神经元放电活动的变化。大多数对刺激作用的观察都为刺激的后作用。有人试图采用不同的刺激隔离器以阻断刺激伪迹但效果不佳。随着实验室环境、记录仪器和导线的设置，以及实验动物状态的变化，刺激伪迹的强度和波形都要发生变化，致使常规的消除刺激伪迹的方法难以把神经元的锋电位从伪迹中分离出来。本实验利用Spike2生物信号处理系统对记录的结果进行离线处理。首先对记录到的信号进行数字滤波，其主要目的是滤除交流电等干扰，然后采用双窗口电位鉴别，即通过分别设置正向波和负向波上限和下限电位的方法鉴别锋电位波形，将神经元的锋电位成功地从刺激伪迹中分离出来，再根据锋电位的波形做刺激直方图处理。这样就可以直接观察到刺激过程中神经元的放电活动。我们的方法有益于揭示DBS的机制，以拓展这一技术的应用。
参考文献
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神经退行性疾病(ND)是一组以原发性神经元变性为基础的慢性进行性神经系统疾病。该类疾病主要包括阿尔茨海默氏病(AD)、帕金森病(PD)、Huntington舞蹈病(HD)、脑缺血缺氧所致神经元变性等。研究发现，ND由多种不同原因导致，包括神经元或神经胶质细胞不能提供充分的营养、轴突传递功能受损、谷氨酸受体活性过高、活性氧(ROS)水平过高、线粒体能量产生减少、折叠错误的蛋白质形成增加或降解不充分、炎症过程、特殊蛋白质的产生等因素［1］。虽然诱发这些疾病的病因和病变部位不尽相同，但它们都有一个共同的特征，即发生神经元的退行性病变和凋亡。随着医学进步及生活条件的提高，出现人口老龄化，退行性疾病给个人、家庭和社会带来越来越沉重的负担。目前对ND的机制及治疗已进行了大量研究，但尚无有效成熟的方法和药物来防治这种疾病。槲皮素是一种小分子药物，可从多种天然植物及食物中获取，无明显毒性和不良反应。研究结果亦显示，槲皮素对神经元具有保护作用，可明显改善神经退行性变动物的记忆和行为能力，成为近年来研究的热点，现将近年国内外对槲皮素的神经保护作用机制研究进展综述如下。
1槲皮素的化学结构与功能
槲皮素是一种天然黄酮类化合物，其化学名为3，3''''，4''''，5，7－五羟基黄酮，分子式:C15H10O7，分子量302.23，多以苷的形式存在于某些植物的花、叶、果实中，如芦丁(芸香苷)、槲皮苷、金丝桃苷等。许多中草药如槐米、红枣、菟丝子、桑叶、银杏叶、三七、金荞麦等均含此成分［2］。槲皮素被认为具有抗肿瘤、抗炎、抗氧化、改善内皮功能、抗血小板聚集、提高人体免疫力等多种生物活性［2，3］。广泛应用于心血管、内分泌、消化等多系统疾病的治疗。近年来对其神经保护作用的研究较多，其可能机制主要包括抗氧化应激、抗炎作用、调节钙稳态以及增强突触的发生和传导等作用。
2槲皮素的神经保护作用机制
2.1抗氧化应激作用
氧化应激是指机体在遭受各种有害刺激时，体内高活性分子如ROS自由基和活性氮(RNS)自由基产生过多，氧化产物增加，抗氧化产物减少，氧化程度超出氧化物的清除，氧化系统和抗氧化系统失衡，从而导致组织损伤。大量研究资料表明，在AD、PD、HD和衰老中，特定脑区的神经元受到ROS攻击，使细胞发生凋亡，进而恶化直至神经元网络功能紊乱，最终发生ND。氧化应激在ND细胞凋亡的发生、发展中起着重要作用［4］。槲皮素通过其抗氧化应激效应，从多途径保护神经元。
2.1.1清除自由基，抑制NO合成，减少诱导性一氧化氮合酶(iNOS)合成
我国学者发现，口服槲皮素可以减少高胆固醇饮食的老年小鼠大脑皮层神经元ROS水平，恢复铜锌超氧化物歧化酶活性，下调iNOS，与此同时还可以激活平滑肌磷酸酶激活性蛋白激酶(AMPK)，下调蛋白磷酸酶2C，从而激活小胶质细胞，增加CD11b表达，AMPK的提高可以抑制核转录因子NF-κB的表达从而减少大脑细胞的凋亡，槲皮素成为一种老年性神经改变的潜在治疗药物［5］。ZhangZJ等［6］将槲皮素应用于PC12细胞发现其可以抑制NO的合成，减少iNOS的过表达，并下调促炎性介质基因的过度表达，从而达到保护神经的作用。自由基是氧化应激反应中损伤蛋白质及核酸的核心物质，槲皮素清除自由基，下调ROS介导的下游通路，减少细胞损伤和凋亡，成为其保护神经元的关键环节。
2.1.2上调还原型谷胱甘肽(GSH)水平，抑制谷氨酸的兴奋性神经毒性作用
GSH是由谷氨酸、半胱氨酸及甘氨酸组成的一种三肽，参与体内氧化还原过程，能和过氧化物及自由基结合，对抗氧化剂对巯基的破坏，保护细胞膜中含巯基的蛋白质和含巯基酶［7］。ArredondoF等［8］发现，槲皮素不仅通过清除氧化自由基保护神经系统，还通过促进转录因子核因子相关因子2(Nrf-2)的核转移，显著提高谷氨酸半胱氨酸连接酶催化亚基(GCLC)基因表达等途径增加GSH的表达，从而保护神经系统。RattanajarasrojS等［9］也证实，槲皮素可以抑制脂质过氧化，恢复大鼠海马神经元GSH还原酶活性，减少β型类淀粉胜肽(25－35)聚合物对大鼠海马神经元的氧化应激损伤，并发现其与17β雌二醇作用相当。RiveraF等［10］在大脑中动脉缺血大鼠模型中也得到了相似的结论，注射槲皮素的大鼠还原型GSH水平上升，局部水肿减轻，大脑皮层损伤减少。GSH具有抗氧化应激作用，可以抑制谷氨酸的兴奋性毒性，槲皮素通过此途径增强其神经保护作用。
2.1.3减少氧化应激损伤，保护线粒体
在20世纪80年代即有学者证实槲皮素可以抗氧化应激，抑制神经元线粒体膜的脂质过氧化，保护线粒体［11］。近年来对槲皮素保护神经元线粒体作用的研究又有了进一步发展。FrancoJL等［12］在对一种主要成分为槲皮素和香豆素、口山酮的化合物的分离比较研究中发现，在汞诱导损伤的小鼠大脑细胞中，只有槲皮素能够减少由汞导致的线粒体活性抑制，减少GSH的氧化损伤，推测其是通过清除氧自由基，抑制线粒体内过氧化氢酶的酶促反应实现的。SilvaB等［13］发现，槲皮素可以减少自由基对线粒体膜的损伤，抑制线粒体膜的脂质过氧化，调控线粒体膜的跨膜电位，从而减少神经元的凋亡。另有动物实验发现，口服槲皮素可以提高小鼠大脑细胞和肌肉细胞过氧化物酶体增殖物激活受体γ辅激活子1α(PGC-1α)及沉默调节蛋白1(SIRT1)水平，增加线粒体DNA表达，从而保护线粒体，改善线粒体功能，小鼠运动耐量及自主运动也较安慰剂组增加，提示槲皮素对慢性神经及肌肉病变具有治疗作用［14］。
2.1.4抑制β-淀粉样蛋白(Aβ)的氧化作用，下调其表达
Aβ分子量约4kD，是β淀粉样蛋白前体蛋白(APP)的酶解产物，可由多种细胞分泌，在脑内神经胶质细胞是其主要来源。Aβ可抑制线粒体酶的活性，通过氧化应激效应造成神经元永久性损伤，在细胞基质沉淀聚积后具有很强的神经毒性作用，导致纤维原缠结，诱发突触功能障碍及神经元退行性变，是AD患者脑内神经元变性和死亡的主要原因，成为近年来主要的治疗靶点之一［15－17］。槲皮素可以减少由Aβ导致的ROS堆积、抑制c-Jun氨基末端激酶(JNK)和丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶的活性，减少细胞凋亡［18］。文献［9］证实，槲皮素可以抑制Aβ(25－35)介导的脂质过氧化，恢复大鼠海马神经元GSH还原酶活性。An-sariMA等［19］亦发现，在体外培养的神经元中低剂量(5、10μmol)的槲皮素可以显著降低加入Aβ蛋白质细胞的羰基化蛋白质、3-硝基酪氨酸以及蛋白连接人嗜中性细胞弹性蛋白酶的含量，但是高剂量(20、40μmol)反而会增加这3种物质的含量，提示小剂量的槲皮素更有利于抗氧化，而高剂量的槲皮素可能具有神经毒性。同时低剂量的槲皮素也有利于保持神经元的活力，抑制Aβ对细胞的促凋亡作用。HouY等［20］将一种银杏提取物，即由槲皮素(4.8%)、山奈酚(3.9%)和异鼠李素(0.7%)组成的黄酮类复合物用于体外培养的Tg小鼠海马神经元，发现该复合物在浓度为50mg/mL时可以明显降低低分子量及中等分子量的Aβ，并进一步行动物实验，用黄酮类复合物喂养小鼠4个月后进行免疫组化，发现Aβ较对照组明显降低。该实验还发现，槲皮素同时具有促脑源性神经营养因子(BDNF)分泌的作用，并呈剂量依赖关系;另一方面其可以通过激活为N-甲基-D-天冬氨酸受体(NMDA)促进环腺苷酸应答元件结合蛋白磷酸化。
2.2调节钙稳态，减少兴奋性损伤
兴奋性神经毒性参与许多ND的发病，正常状态下作为第二信使的钙离子，在兴奋毒性损伤时含量异常增高，导致细胞结构和功能代谢的不可逆损伤，促进了兴奋毒性的发展。钙超载导致线粒体去极化、降低神经营养因子含量、催化一氧化氮合酶(NOS)导致NO过度生成，最终导致细胞损伤［21］。WuSN等［22］在2003年即证实槲皮素可以下调神经元内钙离子水平，调节钙稳态，但该作用与环腺苷酸(cAMP)及三磷酸肌醇(IP3)水平无关，考虑其有独特的作用途径。近年来对其作用机制有了进一步的研究。JungWY等［23］通过动物实验证实，口服槲皮素可以改善小鼠记忆功能，进一步研究发现，口服槲皮素(40mg/kg)的小鼠海马趾组织中钙调蛋白激酶Ⅱ(pCaMKⅡ)、磷酸化蛋白激酶B以及磷酸化环磷酸腺苷反应元件结合蛋白(pCREB)的表达均下调，推测其可能为抑制细胞钙超载，保护海马细胞的途径之一。PandeyAK等［24］发现槲皮素可以通过调节酸敏感离子通道(ASIC1a)，减轻因缺血缺氧导致内环境pH下降引起的钙内流，同时减少了钙相关蛋白酶激活导致的膜收缩蛋白产物(SBDP)的产生。LeeBH等［25］研究发现槲皮素可以通过减少α9α10烟碱乙酰胆碱能受体表达，抑制乙酰胆碱受体通路的钙内流而减低细胞内钙离子水平，该作用与乙酰胆碱浓度无关，但是当细胞外钙离子浓度下降后槲皮素的作用明显减弱，提示槲皮素介导的钙离子水平下降与钙离子细胞外浓度密切相关。
2.3抑制炎性介质表达，保护神经元
炎症反应可以产生大量炎性细胞因子、自由基等，损伤神经元，成为很多ND的病因之一。槲皮素可以通过抑制炎性介质表达以及减少神经元外周细胞炎性介质的释放以抑制神经元的凋亡。ZhangZJ等［6］在动物实验中发现槲皮素可以下调斑马鱼神经元炎症基因的过度表达，如IL-1β、TNF-α和环氧化酶2(COX-2)等。LuJ等［5］也发现，口服槲皮素可以通过减少老年小鼠NF-κB、P56的核转移从而抑制多种促炎性介质如IL-1β、IL-6和TNF-α等的表达而减少大脑细胞的凋亡。槲皮素除直接作用于神经元，还可通过调节神经胶质细胞的炎症介质表达以达到保护神经元的作用。SharmaV等［26］发现，在星形胶质细胞中，槲皮素一方面通过其抗氧化应激效应减少IL-1β诱导的ROS，提高体外培养的超氧化物歧化酶(SOD)及硫氧还原蛋白1(Trx1)的表达;另一方面显著减少IL-6、IL-8、干扰素诱生蛋白(IP-10)以及单核细胞化学吸引蛋白质1(MCP-1)的产生，从而减少同一培养基中神经元的凋亡。神经小胶质细胞的激活与炎症反应是导致PD的主要原因之一。有研究发现，槲皮素也可以作用于小胶质细胞，抑制因脂多糖刺激导致的IL-1β、TNF-α的过度表达，从而减少神经元的凋亡［27］。
2.4调节突触的发生和传导
突触的丢失与传导速度下降与多种ND的发生、发展相关，故而增加突触和神经的发生成为治疗ND的靶点。很多研究报道槲皮素可以增加突触再生及突触传导，但其机制尚未明确。HuP等［28］对铅诱导损伤的成年大鼠齿状回细胞进行研究，发现槲皮素组突触的输入输出函数、成对脉冲反应、兴奋性突触后电位(EPSP)以及群峰电位均较对照组提高，减轻了由铅导致的突触可塑性受损，对于认知缺陷具有一定的治疗作用。TchantchouF等［29］发现槲皮素可以显著促进海马神经元增殖，增加突触再生，促进CREB的磷酸盐化，提高pCREB和BDNF水平。另一方面，槲皮素还可能通过抑制α-氨基羟甲基恶唑丙酸(AMPA)受体表达，减少谷氨酸介导的内向电流，从而减少谷氨酸对于突触的兴奋性损伤。但槲皮素本身并不表现这种作用，只有与谷氨酸同时作用于细胞时才会出现［30］。半胱氨酸串联蛋白(CSPα)是一种具有抗神经退行性变的突触小泡蛋白，是保守J蛋白家族的一员，XuF等［31］在体外实验中发现槲皮素可以促进CSPα蛋白二聚体的形成，并存在浓度依赖性，有助于突触的重塑与传递。但该实验并未发现槲皮素可以直接促进突触重塑和传导，考虑可能与其他旁路途径作用相关。
