海马体的新函数
林吴教授领导的一个研究小组Ed吴x生物医学工程的电气和电子工程学系香港大学取得了重大突破揭幕的大脑奥秘的揭示功能的一个重要地区,海马体,科学家不知道。
的发现最近发表在国际知名学术期刊《美国国家科学院学报》上的美利坚合众国(PNAS) 2017年8月。
海马体,位于皮层下,扮演重要的角色在内存和导航。阿尔茨海默氏症和其他形式的痴呆被证明能对感冒有影响和破坏大脑的这个区域,导致早期症状包括短期记忆丧失和迷失方向。海马损伤的人可能会失去形式和留住新记忆的能力。也是密切相关的其他疾病如癫痫、精神分裂症、暂时性完全失忆症和创伤后应激障碍。
然而,海马体在复杂的大脑网络的作用,尤其是对brain-wide功能连通性的影响,由科学家不是很清楚。功能连通性是指空间上分开大脑区域之间的功能集成。
啮齿动物实验由罗素·w . Chan博士亚历克斯·t·l·梁博士和其他人,吴教授的带领下,在海马体透露,低频活动可以推动brain-wide大脑皮层的功能连通性,提高感官反应。大脑皮层是最大的哺乳动物大脑区域和在内存中起着关键作用,注意、感知、认知、意识、思想、语言、和意识。换句话说,低频海马的活动会让大脑皮层的不同区域之间的功能集成,提高响应能力的视觉,听觉和触觉。这些结果表明,海马可以被认为是大脑的核心,一个突破我们的大脑是如何工作的知识。
此外,这些结果也表明,海马的低频活动可以提高学习和记忆因为低频活动通常发生在慢波睡眠与学习和记忆有关。慢波睡眠,通常称为深度睡眠,是一个国家,我们通常每晚进入几次,是生存所必需的。阿尔茨海默病是一种慢性神经退行性疾病,通常缓慢开始和恶化随着时间的推移,和最常见的早期症状是记忆丧失。这些结果也可能在阿尔茨海默病的海马神经调节治疗的潜在影响。
这些目前的发现进一步发展我们的基本的认识是一个主要的一步brain-wide功能连通性的起源和角色。这些发现也意味着rsfMRI的潜力和神经调节等大脑疾病的早期诊断和增强治疗阿尔茨海默氏症、痴呆、癫痫、精神分裂症、暂时性完全失忆症,和创伤后应激障碍。
吴教授的团队是一个世界领先的团队在功能性磁共振成像(fMRI)的研究中,特别是在听觉和视觉功能的调查,和脑结构和功能连接。他们雇佣的开创性技术包括使用光遗传学激活,药理失活和功能磁共振成像作为调查动力学的一个重要工具潜在的大脑活动传播以及大脑功能连通性的起源和角色。
他们以前的启示,丘脑,另一个地区连接到皮层,不仅仅是一个继电器或被动的大脑区域最初认为,但可以在不同的频率启动brain-wide神经的相互作用,已经发表在PNAS上的2016年12月版。
人类的大脑是我们思想的源泉,情感,认知,行为,和记忆。实际上大脑是如何工作的,然而,在很大程度上仍是个未知数。大神经科学在21世纪面临的挑战之一是实现一个完整的理解的大规模brain-wide交互,特别是神经活动产生的模式功能和行为。2010年,美国国家卫生研究所(NIH)启动了人类连接体项目旨在“神经数据,提供了一个无与伦比的编译一个界面图形化导航数据和机会实现从未意识到人类大脑”的结论。2013年,奥巴马政府在美国推出了大脑倡议“加速新技术的发展和应用,将使研究人员能够产生大脑的动态图片显示单个脑细胞和复杂的神经回路如何交互的速度。“2016年11月,中国推出了自己的倡议”中国人才项目”,旨在推进基础研究在认知神经回路机制希望改善大脑疾病诊断/干预和激发脑机智能技术的发展。
主要研究成果
基于当前的知识,一个预计海马体主要生成高频活动和这些活动大多局限在海马体。然而,在这项研究中,低频optogenetic背齿状回的激发,海马体的次区域,诱发皮层和皮层下活动超出了海马体。此外,这种低频刺激增强brain-wide双边海马功能连通性,视觉皮层,听觉皮层和躯体感觉皮质。与此同时,海马体的药理失活brain-wide功能连通性下降。此外,视觉诱发响应等视觉区域也增加了期间和之后的低频海马刺激。在一起,这些实验结果突出低频活动沿着hippocampal-cortical途径传播的作用,尤其是对brain-wide功能连通性和感官功能的增强。
人类的大脑只占身体总重量的2%,然而它消耗身体的能源需求总量的20%左右。尽管它的重要性,它是最难理解的身体的器官。该研究小组的发现我们拥有先进的基本理解brain-wide功能连通性的起源和角色。
Optogenetic和药理功能磁共振成像
吴教授的研究小组采用的新兴综合技术包括光遗传学、药理学神经调节和功能性磁共振成像(fMRI)。光遗传学是一种神经调节方法,使用的技术从光学和遗传学控制生活的单个神经元的活动组织。药理神经调节使用药物来控制神经元的活动。功能磁共振成像是一种大视图非侵入性成像技术检测brain-wide激活。研究人员可以利用功能磁共振成像可视化整个大脑活动,以应对不同optogenetic刺激和药理操纵。协同组合的三个技术具有巨大的潜力激发的新时代跨学科研究大脑的推进我们的理解。
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