发布时间:2007-08-13 10:06 原文链接: 《Neuron》:首次发现大脑视觉中心兴奋波的模式

神经学家长期以来相信大脑视觉处理方式是通过神经元构成的通路,就好像通过电线从一处传到另一处的电话信号。但最近来自Georgetown大学医学中心的科学家发现,视觉信息还通过另一种方式处理,类似于在大脑区域间来回振荡。这一结果发表在《Neuron》上。 

生理学和生物物理学副教授Jian-young Wu是文章通讯作者,早年毕业于北京大学。

Jian-young Wu表示:“我们发现信号在大脑中类似波,来回传播。”这对于长期以来持有的大脑处理感官信息的方式是一个挑战,Wu说:“一个传统模型认为神经元结合在一起构成特殊通路。但是新的成像技术告诉我们并非完全如此。”

小组使用电压灵敏染料成像技术对脑皮层类似波的模式进行了成像。他们用特殊染料结合到神经元细胞膜上,它们会随着电压穿过神经元而改变颜色。而传统上,科学家通过电极来测量大脑的活动。

Wu相信这一模式对于触发和组织包含了大量神经元的大脑活动很重要。寻找在视觉处理过程中的波是迈向理解大脑如何处理感官信息的重要一步。这一过程能帮助科学家了解帕金森氏症和癫痫症患者脑部产生的异常波,以及痴呆症患者为何无法正确组织神经元的活动。 

Wu认为还需要进行进一步的研究来理解人类大脑中正常和异常的波。他表示:“了解大脑如何处理这些波能帮助我们了解宇宙中最复杂体系之一——大脑的功能。”

附:


Jian-young Wu, Ph.D.
Professor of Physiology and Biophysics
Ph.D., Peking University, China, 1986

Research

My laboratory studies the spatiotemporal patterns of neuronal activities in the mammalian neocortex. Large scale neuronal activity is a hallmark of living brain. All cortical functions are carried out by organized activation of large number of neurons. Studying the spatiotemporal patterns of neuronal population activity may provide help in the understanding of normal brain functions such as sensory and motor processing and in pathological disorders such as epilepsy and Parkinson¡¯s disease.

My general hypothesis is that propagating waves are a basic pattern of population neuronal activity in the neocortex. We use voltage-sensitive dyes and optical imaging techniques to visualize these waves. In the past few years, we have documented a variety of waveforms (e.g., plane wave and spirals) in brain slices during artificially induced oscillations. Using neocortical slices and mathematic models we are studying the initiation of the waves and the factors that control of the propagating direction and velocity.

We are also involved in the development of optical imaging techniques. Imaging propagating waves in intact brain is technically difficult. Other imaging methods (fMRI, PET or MEG) provide inadequate spatiotemporal resolution. We are improving the optical imaging techniques with a hope to visualize the waves in the cortex in vivo during sensory processes and in awake animals while behavioral and cognitive tasks are performed.

Selected Publications:

Wu, J.-Y., J.A. London, D. Zecevic, L.B. Cohen, H.-P. Hoepp and C. Xiao. Optical monitoring of neuron activity during the Aplysia gill-withdrawal reflex. Experientia. 44(5), 369 - 375,1988
Cohen, L.B. and J.-Y. Wu. One neuron, many units? Nature, 346, 108-109,1990
Wu, J.-Y., C.X. Falk, and L.B. Cohen. Neuronal activity during different behaviors in Aplysia: A Distributed Organization? Science, 263:820-823,1994
Wu, J.-Y., Y. Tsau, H.P. Hoepp, L.B. Cohen, A.C. Tang and C.X. Falk. Consistency in Nervous system: Trial-to-trial and animal-to-animal variations in the response to repeated application of a sensory stimulus in Aplysia. J. Neuroscience, 14(3):1366-1384,1994
Tsau, Y., L. Guan, and J.-Y. Wu. Initiation of Spontaneous Epileptiform Activity in the Neocortical Slice. J.Neurophysiology,80: 978-982,1998 .pdf
J.-Y. Wu,L. Guan, and Y. Tsau. Propagating activation during oscillations and evoked responses in neocortical slices. J. Neuroscience,19: 5005-5015,1999 .pdf
J.-Y. Wu, L. Guan, L. Bai and Q. Yang. An evoked all-or-none population activity in rat sensory cortical slices. J. Neurophysiology, 86:2461-2474,2001 .pdf
Jin, W-j., R-j Zhang and J.-Y. Wu. Voltage-sensitive dye imaging of population neuronal activity in cortical tissue. J. Neuroscience Method, 115 13-27,2002 .pdf
Bao, W. and J.-Y. Wu. Propagating wave and irregular dynamics: Spatiotemporal patterns of cholinergic theta oscillations in neocortex, in vitro J. Neurophysiology,90:333-41,2003 .pdf

相关文章

超表面元件加神经网络创建多维“视野”相机

科技日报北京9月10日电(记者张梦然)受动物界视觉超能力的启发,美国宾夕法尼亚州立大学工程学院研究团队开发出一种超薄光学元件——超表面。它可连接到传统相机上,并通过微小的天线状纳米结构,对快照或视频中......

哈工大科研团队揭示视觉系统向大脑空间定位系统传递的非经典环路

近日,哈尔滨工业大学生命科学中心王广福课题组在脑科学领域取得重要进展,研究成果以《一个非经典的视觉皮层—内嗅皮层环路贡献于空间导航》为题发表在《自然-通讯》(NatureCommunications)......

视觉芯片和相机助力无人驾驶

图像传感器对自动化机器在内的各种应用至为重要,需要兼具良好的整体视觉质量(对场景的准确解读)以及快速运动探测(实现快速反应)。不过,整合各种理想功能可能会影响效率或是需要在图像质量和延迟上做出取舍。中......

人类视觉、记忆和时间感知之间有何关联?

科学家上周宣布,在南极洲发现的蓝色冰样本有600万年的历史,“年龄”约是先前记录的地球上最古老冰的两倍。这些冰打开了一扇了解地球古代气候的新窗口——这与科学家们的预期完全不同。从南极洲艾伦山挖掘的蓝冰......

馋是种“工伤”?Neuron:长期压力大致进食更多体重猛涨!

生活在如此卷的时代,每个人都存在着压力。在重压之下,常常需要采取一些措施来释放压力、缓解情绪,其中,美食往往是首选“安慰剂”。上了一天班,腰酸背痛,吃顿好的犒劳自己;加班加点熬夜做完了项目,需要来点高......

章鱼视觉图谱为大脑进化提供线索

《当代生物学》杂志近日发表的一篇新论文中,美国俄勒冈大学研究人员绘制了章鱼视觉系统的详细图谱,对大脑中专门用于视觉的部分神经元进行了分类。该图谱提供了可指导未来实验的细节,也可更广泛地教人们一些关于大......

视网膜上这类细胞在近视形成中起重要作用

复旦大学脑科学研究院/医学神经生物学国家重点实验室杨雄里院士领导的科研团队,最近在近视机制研究方面取得重要进展:他们首次揭示了一类特殊的视网膜神经节细胞——ipRGC在近视形成中的重要作用。相关论文6......

ICL个性化设计:精准矫正提高视觉

11月19日,《EVOICL个性化设计精粹》新书发布会在复旦大学附属眼耳鼻喉科医院举行。该书由眼耳鼻喉科医院王晓瑛、周行涛、汪琳主编,是国际首本ICL手术个性化设计领域专著。书中以ICL检查、设计、手......

河大科研团队提出人工智能视觉系统新方法

人体超过80%的信息是通过眼睛从外部接收,视觉系统也是生物最重要的神经系统。在如今的人工智能(AI)技术中,通常使用图像传感器采集图像数据,但是图像传感器需要持续实时检测图像,这与人类视觉系统相比产生......

Neuron:社交压力下神经元应对策略

为了应对压力,个体表现出不同的应对方式,每种应对方式都伴随着一系列的行为、生理和心理反应。积极的行为风格是指努力抑制来自压力源的影响,并与抵御压力有关;消极的行为风格是指避免面对压力源的努力,并与心理......