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重复经颅磁刺激通过影响神经元铁死亡和钙稳态改善阿尔茨海默病小鼠认知功能
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作者 张蒙 张泽 +2 位作者 付蕊 任子豪 丁冲 《生物化学与生物物理进展》 北大核心 2025年第8期2117-2130,共14页
目的重复经颅磁刺激(repetitive transcranial magnetic stimulation,rTMS)是一种非侵入性脑刺激技术,为治疗阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease,AD)提供了一种非药物方法。研究表明,铁死亡可促进AD的病理发生和发展,而抑制神经元铁死... 目的重复经颅磁刺激(repetitive transcranial magnetic stimulation,rTMS)是一种非侵入性脑刺激技术,为治疗阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease,AD)提供了一种非药物方法。研究表明,铁死亡可促进AD的病理发生和发展,而抑制神经元铁死亡可有效改善AD的认知障碍。钙离子(Ca^(2+))稳态失衡与AD的病理密切相关,并可通过多种途径驱动铁死亡的发生。本研究旨在探讨rTMS是否通过抑制神经元铁死亡或者维持钙稳态来改善AD小鼠认知障碍,从而为rTMS在治疗AD中的应用奠定理论和实验基础。方法APP/PS1 AD小鼠分别经过0.5 Hz低频和20 Hz高频rTMS处理,通过新物体识别和水迷宫实验评估治疗结果。利用酶联免疫吸附分析(ELISA)方法测定各组小鼠海马体中谷胱甘肽(GSH)、丙二醛(MDA)、超氧化物歧化酶(SOD)、Fe^(2+)的水平。使用Erastin诱导HT-22细胞铁死亡,经过高低频磁刺激处理后,CCK-8检测其细胞活性,Fluo-4 AM检测其胞内钙离子浓度变化。结果与正常小鼠相比,AD小鼠表现出显著的认知能力下降,同时铁死亡水平和胞内钙离子浓度显著升高。高频和低频rTMS治疗都能够显著改善AD小鼠认知障碍,并且能够抑制AD小鼠神经元铁死亡和胞内钙离子异常增加。结论高频和低频重复经颅磁刺激都能够有效改善AD小鼠认知功能障碍,这种效应可能是通过改善铁死亡或细胞内钙离子失衡来实现的。 展开更多
关键词 阿尔茨海默病 重复经颅磁刺激 铁死亡 钙稳态 认知功能
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基于皮层-基底神经节环路模型的经颅磁声电刺激对大鼠行为决策的影响 被引量:2
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作者 张帅 由胜男 +2 位作者 党君武 杜文静 王磊 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第2期356-368,共13页
经颅磁声电刺激(TMAES)是一种新型、无创、可改变不同脑区电活动的神经调控方法。前额叶皮层与基底神经节中各脑区相互影响,在行为决策中起着关键作用,然而目前涉及其调节机理的研究相对较少。前运动皮层神经元活性和前额叶皮层突触可... 经颅磁声电刺激(TMAES)是一种新型、无创、可改变不同脑区电活动的神经调控方法。前额叶皮层与基底神经节中各脑区相互影响,在行为决策中起着关键作用,然而目前涉及其调节机理的研究相对较少。前运动皮层神经元活性和前额叶皮层突触可塑性与行为决策关系密切。该文基于皮层-基底神经节回路模型,模拟分别对健康大鼠、帕金森大鼠施加刺激后,不同脑区在奖赏选择任务中的神经活动,仿真分析不同感应电流强度对皮层神经元放电率和脑区间突触权重的影响。并通过行为学实验进一步探讨经颅磁声电刺激对健康大鼠与帕金森模型大鼠行为决策的影响。仿真结果显示,对健康大鼠施加刺激可提高前额叶皮层与纹状体、前运动皮层之间的突触权重;对帕金森大鼠施加刺激可提高前运动皮层神经元放电率,调节前额叶皮层与纹状体、前运动皮层之间的突触权重。实验结果显示,施加刺激后,大鼠的学习探索能力和空间记忆能力均得到了提高,且帕金森模型大鼠受刺激的作用效果更显著。研究结果表明,经颅磁声电刺激可提高大鼠的运动积极性和学习效率,且有助于改善基底神经节的功能失衡。研究结果为进一步探索经颅磁声电刺激调节决策认知功能的作用机制奠定基础。 展开更多
关键词 经颅磁声电刺激 皮层神经元 基底神经节 行为决策 突触权重
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复合频率刺激对后肢去负荷小鼠海马齿状回区颗粒神经元作用的电生理研究
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作者 赵峻峤 朱明强 +4 位作者 朱海军 付蕊 张泽 王佳乐 丁冲 《生物化学与生物物理进展》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2024年第7期1670-1686,共17页
目的近年来,失重环境对航天员神经系统造成的负面影响受到广泛关注。重复经颅磁刺激(repetitive transcranial magnetic stimulation,rTMS)技术对神经、精神类疾病的治疗效果有着显著积极影响。复合频率(不同频率刺激模式组成)的rTMS对... 目的近年来,失重环境对航天员神经系统造成的负面影响受到广泛关注。重复经颅磁刺激(repetitive transcranial magnetic stimulation,rTMS)技术对神经、精神类疾病的治疗效果有着显著积极影响。复合频率(不同频率刺激模式组成)的rTMS对由失重环境引起的神经系统功能障碍的改善作用仍有待深入研究。探索复合频率刺激(combined frequency stimulation,CFS)对失重环境造成的多种神经系统疾病的治疗效果以及电生理机制,对于脑科学及磁刺激的临床应用具有重要意义。方法本研究采用40只C57BL/6小鼠,所有小鼠随机分为5组:假刺激组、后肢去负荷(HU)组、10 Hz组、20 Hz组和CFS(10 Hz+20 Hz,CFS)组。对除sham组以外的小鼠建立维持14 d的模拟失重效应并同期进行14 d的rTMS。通过蔗糖偏好实验和水迷宫实验验证CFS对负性情绪和空间认知能力的改善效果。最后,通过膜片钳技术记录海马齿状回(dentate gyrus,DG)颗粒神经元的动作电位、静息膜电位以及离子通道的动力学特性。结果行为学结果表明,CFS(10 Hz+20 Hz)显著改善了模拟失重小鼠的认知障碍和负性情绪;电生理实验结果显示,HU操作后小鼠海马DG区颗粒神经元的兴奋性降低,而CFS显著提高了神经元的兴奋性并改善了电压门控Na^(+)、K^(+)通道的动力学特性。结论复合频率的rTMS(10 Hz+20 Hz)能够有效地改善模拟失重小鼠的认知障碍和负面情绪,这种改善可能与CFS对神经元兴奋性以及Na^(+)、K^(+)通道动力学特性的影响有关。因此,本文有望为CFS改善失重环境下所产生的空间认知和负性情绪障碍提供理论依据。 展开更多
关键词 复合频率刺激 重复经颅磁刺激 后肢去负荷 空间认知障碍 负性情绪 神经元兴奋性 离子通道
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不同情绪错误记忆的脑电微状态功能网络分析 被引量:1
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作者 李宜轩 李颖 +3 位作者 肖倩 王灵月 尹宁 杨硕 《浙江大学学报(工学版)》 北大核心 2025年第1期49-61,共13页
研究情绪对错误记忆的影响,有助于探究大脑的记忆加工机制.采集不同情绪状态下错误记忆脑电信号,由微状态分析得到各情绪组模板图(微状态1~5),根据微状态拟合结果划分各情绪组记忆再认4个阶段(早期加工、熟悉性加工、情节性回想加工和... 研究情绪对错误记忆的影响,有助于探究大脑的记忆加工机制.采集不同情绪状态下错误记忆脑电信号,由微状态分析得到各情绪组模板图(微状态1~5),根据微状态拟合结果划分各情绪组记忆再认4个阶段(早期加工、熟悉性加工、情节性回想加工和后提取加工)的时间段,在时间覆盖率有显著差异的微状态内构建相位锁值脑功能网络.从时间、空间2个角度分析脑电信号,结果表明各情绪组的大脑加工模式从情节回想加工阶段出现不同.积极组在前额区活跃的微状态3、5中持续停留且脑功能性强;消极组在微状态1中持续停留且脑功能性差;中性组在中央区活跃的微状态3、4中持续停留.积极组的时间和脑力资源多用于情节联想和推理,消极组的大脑处于低迷状态的时间长,中性组的时间和脑力资源多用于信息整合. 展开更多
关键词 脑电图(EEG) 情绪 错误记忆 微状态 脑功能网络
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基于FPGA的类脑神经元仿生电路设计与实现 被引量:1
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作者 徐桂芝 郭嘉荣 +1 位作者 张慧港 郭磊 《电机与控制学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第2期61-68,共8页
随着现代社会进入信息化与智能化时代,神经形态计算以高度的并行、极低的功耗和存算一体的特征受到了广泛的关注。本文着眼于未来神经形态器件和类脑智能的发展需求,对建立全数字电路的类脑计算硬件系统展开研究,以脉冲神经网络H-H(Hodg... 随着现代社会进入信息化与智能化时代,神经形态计算以高度的并行、极低的功耗和存算一体的特征受到了广泛的关注。本文着眼于未来神经形态器件和类脑智能的发展需求,对建立全数字电路的类脑计算硬件系统展开研究,以脉冲神经网络H-H(Hodgkin-Huxley)神经元模型为研究对象,将DSP Builder平台与Quartus平台相结合,设计出H-H神经元模型的数字电路,并对其进行了性能测试。结果表明,基于现场可编程门阵列(FPGA)硬件设计的神经元数字电路其工作特性与理论仿真结果高度一致,具有良好的生物特性,为建立类脑计算硬件系统提供新思路。 展开更多
关键词 类脑计算 脉冲神经网络 现场可编程门阵列 Quartus H-H神经元模型 DSP Builder
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基于相控阵聚焦的经颅磁声电刺激仿真与实验分析 被引量:1
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作者 张帅 李梦迪 +2 位作者 王艺潇 焦立鹏 徐桂芝 《电子测量技术》 北大核心 2021年第20期107-112,共6页
经颅磁声电刺激方法在颅内产生的感应电场分布是决定神经调控精度的关键因素。相控阵可产生高聚焦度声场,但其结构参数与颅内感应电场之间关系尚不明确。本文建立了包含相控阵的三维有限元模型,计算了声场分布并采用焦区横截面积、焦区... 经颅磁声电刺激方法在颅内产生的感应电场分布是决定神经调控精度的关键因素。相控阵可产生高聚焦度声场,但其结构参数与颅内感应电场之间关系尚不明确。本文建立了包含相控阵的三维有限元模型,计算了声场分布并采用焦区横截面积、焦区深度、声强和电场强度为评价指标。设计仿体实验测量了焦点处实际电场强度。以Wistar大鼠为实验对象,考察了相控阵在0.8MHz中心频率,不同阵元数下与0.3T静磁场耦合作用对大鼠局部场电位的作用规律。结果表明,增加阵元数目可提高焦区电场强度,进而降低局部场电位低频段(4~30Hz)振荡频率,增加高频段(30~80Hz)能量,揭示了基于相控阵聚焦的经颅磁声电刺激对神经元兴奋性的调节机制,为经颅磁声电刺激系统设计与相控阵结构参数选择提供参考。 展开更多
关键词 经颅磁声电刺激 相控阵 时频分析 放电节律
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磁耦合谐振式无线电能传输磁场对海马齿状回区神经元K^(+)通道的影响 被引量:1
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作者 赵军 张冰茜 +1 位作者 赵毅航 王晓轩 《生物化学与生物物理进展》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2023年第8期1982-1994,共13页
目的磁耦合谐振式无线电能传输(magnetically-coupled resonant wireless power transfer,MCR-WPT)具有传输距离较大、传输效率高、穿透性好等优点,为人们生活带来便利的同时其引起的生物电磁效应安全问题备受人们关注。本文通过研究MCR... 目的磁耦合谐振式无线电能传输(magnetically-coupled resonant wireless power transfer,MCR-WPT)具有传输距离较大、传输效率高、穿透性好等优点,为人们生活带来便利的同时其引起的生物电磁效应安全问题备受人们关注。本文通过研究MCR-WPT电磁环境对小鼠海马齿状回(DG)区神经元K^(+)通道特性的影响,为无线电能传输(WPT)技术的发展及其合理开发应用提供实验依据。方法每天对小鼠不间断辐射5 h,持续30 d,对比分析对照组和磁场暴露5 d、15 d、30 d组小鼠的学习记忆能力、海马DG区神经元的瞬时外向K^(+)通道电流(IA)和延迟整流K^(+)通道电流(IK)的变化。结果磁场暴露组瞬时外向K^(+)通道的激活过程受到抑制、延迟整流K^(+)通道的激活特性向去极化方向移动,减少K^(+)的外流,增强了神经兴奋性,但磁场暴露组小鼠行为上无显著性变化。结论长期处于MCR-WPT电磁环境会改变K^(+)通道的电流-电压(I-V)特性和动力学特性,抑制IA和IK,改变神经元动作电位的发放频率,但这些变化并没有引起小鼠学习记忆能力的下降以及认知功能障碍。 展开更多
关键词 K^(+)通道 电流-电压(I-V)特性 无线电能传输 齿状回区
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纳秒脉冲激励下氩掺乙醇冷等离子体射流的放电特性
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作者 夏文杰 吴锦昕 +2 位作者 何彬 郭自凯 王治远 《电工技术学报》 北大核心 2025年第21期6806-6818,共13页
纳秒脉冲激励有助于Ar等离子体射流的弥散放电,但放电电压或频率较高时仍容易导致丝状放电。乙醇(EtOH)是一种易电离气体,理论上在Ar中掺杂少量乙醇气体有助于Ar等离子体射流的弥散放电,但相关研究较少。基于此,该文首先研究了纳秒脉冲... 纳秒脉冲激励有助于Ar等离子体射流的弥散放电,但放电电压或频率较高时仍容易导致丝状放电。乙醇(EtOH)是一种易电离气体,理论上在Ar中掺杂少量乙醇气体有助于Ar等离子体射流的弥散放电,但相关研究较少。基于此,该文首先研究了纳秒脉冲激励下不同放电参数对Ar+EtOH等离子体射流放电特性的影响。结果表明,过高或者过低的乙醇掺杂浓度都不能实现Ar+EtOH等离子体射流的弥散放电。随着施加电压增加,弥散放电时乙醇掺杂浓度下限逐渐升高,乙醇掺杂浓度上限先增加后减小。同时,屏蔽环境空气影响后,等离子体射流的弥散放电区间增大,射流宽度增加。其次,电压和频率升高都会增强等离子体射流放电强度,提高其活性粒子浓度,但两者对放电图像和电压电流特性的影响不同。最后,阐释了少量和过量乙醇掺杂对Ar+EtOH等离子体射流放电特性的影响机理。 展开更多
关键词 纳秒脉冲 冷等离子体射流 氩气 乙醇 放电特性 发射光谱
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rTMS Improves Cognitive Function and Brain Network Connectivity in Patients With Alzheimer’s Disease
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作者 XU Gui-Zhi LIU Lin +4 位作者 GUO Miao-Miao WANG Tian GAO Jiao-Jiao JI Yong WANG Pan 《生物化学与生物物理进展》 北大核心 2025年第8期2131-2145,共15页
Objective Repetitive transcranial magnetic stimulation(rTMS)has demonstrated efficacy in enhancing neurocognitive performance in Alzheimer’s disease(AD),but the neurobiological mechanisms linking synaptic pathology,n... Objective Repetitive transcranial magnetic stimulation(rTMS)has demonstrated efficacy in enhancing neurocognitive performance in Alzheimer’s disease(AD),but the neurobiological mechanisms linking synaptic pathology,neural oscillatory dynamics,and brain network reorganization remain unclear.This investigation seeks to systematically evaluate the therapeutic potential of rTMS as a non-invasive neuromodulatory intervention through a multimodal framework integrating clinical assessments,molecular profiling,and neurophysiological monitoring.Methods In this prospective double-blind trial,12 AD patients underwent a 14-day protocol of 20 Hz rTMS,with comprehensive multimodal assessments performed pre-and postintervention.Cognitive functioning was quantified using the mini-mental state examination(MMSE)and Montreal cognitive assessment(MOCA),while daily living capacities and neuropsychiatric profiles were respectively evaluated through the activities of daily living(ADL)scale and combined neuropsychiatric inventory(NPI)-Hamilton depression rating scale(HAMD).Peripheral blood biomarkers,specifically Aβ1-40 and phosphorylated tau(p-tau181),were analyzed to investigate the effects of rTMS on molecular metabolism.Spectral power analysis was employed to investigate rTMS-induced modulations of neural rhythms in AD patients,while brain network analyses incorporating topological properties were conducted to examine stimulus-driven network reorganization.Furthermore,systematic assessment of correlations between cognitive scale scores,blood biomarkers,and network characteristics was performed to elucidate cross-modal therapeutic associations.Results Clinically,MMSE and MOCA scores improved significantly(P<0.05).Biomarker showed that Aβ1-40 level increased(P<0.05),contrasting with p-tau181 reduction.Moreover,the levels of Aβ1-40 were positively correlated with MMSE and MOCA scores.Post-intervention analyses revealed significant modulations in oscillatory power,characterized by pronounced reductions in delta(P<0.05)and theta bands(P<0.05),while concurrent enhancements were observed in alpha,beta,and gamma band activities(all P<0.05).Network analysis revealed frequency-specific reorganization:clustering coefficients were significantly decreased in delta,theta,and alpha bands(P<0.05),while global efficiency improvement was exclusively detected in the delta band(P<0.05).The alpha band demonstrated concurrent increases in average nodal degree(P<0.05)and characteristic path length reduction(P<0.05).Further research findings indicate that the changes in the clinical scale HAMD scores before and after rTMS stimulation are negatively correlated with the changes in the blood biomarkers Aβ1-40 and p-tau181.Additionally,the changes in the clinical scales MMSE and MoCA scores were negatively correlated with the changes in the node degree of the alpha frequency band and negatively correlated with the clustering coefficient of the delta frequency band.However,the changes in MMSE scores are positively correlated with the changes in global efficiency of both the delta and alpha frequency bands.Conclusion 20 Hz rTMS targeting dorsolateral prefrontal cortex(DLPFC)significantly improves cognitive function and enhances the metabolic clearance ofβ-amyloid and tau proteins in AD patients.This neurotherapeutic effect is mechanistically associated with rTMS-mediated frequency-selective neuromodulation,which enhances the connectivity of oscillatory networks through improved neuronal synchronization and optimized topological organization of functional brain networks.These findings not only support the efficacy of rTMS as an adjunctive therapy for AD but also underscore the importance of employing multiple assessment methods—including clinical scales,blood biomarkers,and EEG——in understanding and monitoring the progression of AD.This research provides a significant theoretical foundation and empirical evidence for further exploration of rTMS applications in AD treatment. 展开更多
关键词 transcranial magnetic stimulation Alzheimer’s disease power spectral density ELECTROENCEPHALOGRAM brain functional network
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不同聚类系数无标度脉冲神经网络动态特性对比分析
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作者 郭磊 武焕涛 张伟 《计算机应用与软件》 北大核心 2023年第12期154-159,194,共7页
拓扑结构可以影响脉冲神经网络的功能。聚类系数是反映网络连通性的重要拓扑性质之一,基于不同聚类系数拓扑进行脉冲神经网络的研究对于进一步理解网络拓扑性质对网络功能影响具有重要意义。以Izhikevich神经元模型为节点,突触可塑性为... 拓扑结构可以影响脉冲神经网络的功能。聚类系数是反映网络连通性的重要拓扑性质之一,基于不同聚类系数拓扑进行脉冲神经网络的研究对于进一步理解网络拓扑性质对网络功能影响具有重要意义。以Izhikevich神经元模型为节点,突触可塑性为边,分别构建高、低聚类系数无标度拓扑的脉冲神经网络,评估并对比两种网络的动态特性。实验结果表明,两种网络动态特性随时间均先剧烈变化而后逐渐趋于稳定;在网络连接强度、局部和全局信息传输效率、小世界属性方面,高聚类均比低聚类无标度脉冲神经网络更具优势。 展开更多
关键词 脉冲神经网络 无标度网络 聚类系数 拓扑动态特性
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基于神经元集群模型的动态因果模型算法综述 被引量:1
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作者 李双燕 岳宣雅 +1 位作者 王龙龙 徐桂芝 《中国生物医学工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第6期740-749,共10页
大脑是人体最复杂的器官,各个脑区之间的连接构成了复杂的功能性网络系统,脑网络连接特征的变化与脑的生理病理状态密切相关。近年来,脑网络构建与分析算法成为计算神经科学领域的研究热点之一。在众多脑网络分析方法中,动态因果模型(D... 大脑是人体最复杂的器官,各个脑区之间的连接构成了复杂的功能性网络系统,脑网络连接特征的变化与脑的生理病理状态密切相关。近年来,脑网络构建与分析算法成为计算神经科学领域的研究热点之一。在众多脑网络分析方法中,动态因果模型(DCM)由于具有生物物理合理性在探索神经网络的有效连接特性中得到了广泛关注。从基本原理、神经元集群模型和应用等方面对DCM进行综述。首先,介绍DCM的基本原理,并以基于卷积和基于电导的两类神经元集群模型为例,对DCM算法的关键组成——神经生物学模型的建模思想、原理及发展进程进行回顾;然后,综述近年来DCM在认知功能和疾病病理等相关神经信号分析领域的应用,指出DCM有望成为探索脑功能整合机制的方法;最后,结合近几年DCM算法的研究进展及其局限性进行总结和展望。 展开更多
关键词 动态因果模型 神经元集群模型 有效连接 神经信号 脑网络
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淫羊藿苷对东莨菪碱致小鼠认知障碍及海马神经元兴奋性的作用 被引量:6
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作者 王瑞雯 白亚楠 +2 位作者 史海龙 侯文涛 李洋 《中成药》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期1114-1119,共6页
目的研究淫羊藿苷对东莨菪碱致小鼠认知障碍及对海马神经元兴奋性的作用。方法小鼠随机分为空白组、模型组、多奈哌齐组(2 mg/kg)及淫羊藿苷低、中、高剂量组(30、60、120 mg/kg),每组10只,连续给药14 d,第10天起,除空白组腹腔注射生理... 目的研究淫羊藿苷对东莨菪碱致小鼠认知障碍及对海马神经元兴奋性的作用。方法小鼠随机分为空白组、模型组、多奈哌齐组(2 mg/kg)及淫羊藿苷低、中、高剂量组(30、60、120 mg/kg),每组10只,连续给药14 d,第10天起,除空白组腹腔注射生理盐水外,其余各组均注射2 mg/kg东莨菪碱以建立认知障碍模型。采用Morris水迷宫实验和避暗实验评价小鼠的学习记忆能力,HE染色观察海马神经元形态变化,全细胞脑片膜片钳技术记录海马神经元静息膜电位和动作电位。结果与模型组比较,淫羊藿苷组小鼠在水迷宫实验中的逃避潜伏期降低(P<0.01),穿越平台次数增加(P<0.01);在避暗实验中的停留潜伏期增加(P<0.01),错误次数减少(P<0.01);小鼠海马DG区神经元损伤明显恢复,神经元数量增加(P<0.01),海马神经元电特性指标的衰退得到缓解(P<0.01)。结论淫羊藿苷能有效改善东莨菪碱致小鼠认知障碍,提高海马神经元兴奋性。 展开更多
关键词 淫羊藿苷 认知障碍 神经元兴奋性 静息膜电位 动作电位
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经颅磁声电刺激下皮层钙信号及突触传递特性的仿真与实验分析
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作者 赵清扬 张帅 +1 位作者 杜文静 徐亦豪 《河北大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2023年第3期310-319,共10页
为了探究经颅磁声电刺激(transcranial magneto-acoustic-electrical stimulation,TMAES)不同磁场强度和超声功率强度对工作记忆信息编码相关的皮层神经元钙信号及突触传递特性的影响,首先通过搭建基于磁声电效应改进的皮层锥体神经元模... 为了探究经颅磁声电刺激(transcranial magneto-acoustic-electrical stimulation,TMAES)不同磁场强度和超声功率强度对工作记忆信息编码相关的皮层神经元钙信号及突触传递特性的影响,首先通过搭建基于磁声电效应改进的皮层锥体神经元模型,引入钙依赖神经递质释放的计算方法以计算TMAES引起的兴奋性突触后电位(excitatory postsynaptic potential,EPSP),以EPSP作为评价指标来评估不同TMAES磁场强度和超声功率强度下突触传递的短时程可塑性.随后使用光纤光度检测技术实时记录TMAES下小鼠前额叶皮层神经集群的钙信号,以揭示TMAES下钙依赖神经信息传递机制.仿真结果表明:TMAES不同磁场强度和超声功率强度对突触后响应的大小具有双向调节作用,其中,突触传递产生的短时程增强和抑制是由于TMAES下胞内钙浓度的变化引起的囊泡释放和囊泡耗竭.实验结论表明:TMAES对前额叶皮层神经元集群钙信号幅度和频率均有明显的调节作用,TMAES可以通过调节神经钙浓度进而影响突触间的信息传递. 展开更多
关键词 经颅磁声电刺激 钙离子浓度 突触传递 短时程可塑性 兴奋性突触后电位
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基于DREAM_ZS算法的EIT电阻率反演方法研究 被引量:1
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作者 李颖 马重蕾 +2 位作者 赵营鸽 王冠雄 郝虎鹏 《湖南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期93-103,共11页
针对电阻抗成像(EIT)中的电阻率反演及其不确定性量化问题,提出基于贝叶斯理论的不确定性分析方法.首先,利用反向传播(BP)神经网络模型作为正问题替代模型,取得了计算精度高的结果,并且大大提高计算效率.然后,采用基于贝叶斯理论的自适... 针对电阻抗成像(EIT)中的电阻率反演及其不确定性量化问题,提出基于贝叶斯理论的不确定性分析方法.首先,利用反向传播(BP)神经网络模型作为正问题替代模型,取得了计算精度高的结果,并且大大提高计算效率.然后,采用基于贝叶斯理论的自适应差分进化Metropolis抽样(DREAM_ZS)算法对电阻率进行反演,并对不同激励模式和不同先验分布进行了对比分析.对模拟头部的4层同心圆模型的反演结果显示,DREAM_ZS抽样算法能够对4个参数进行准确识别,相对激励模式的反演效果最优.4个参数的不确定性程度不同,头皮电阻率不确定性最小,敏感性最强,其次是颅骨,大脑和脑脊液的不确定性较大.进而,对高维参数的圆模型进行仿真,采用相对激励模式,DREAM_ZS抽样算法能够准确反演二维圆模型的各个参数.参数的先验分布为正态分布时,与均匀分布相比,其反演结果不确定性小,对算法的识别效果更强. 展开更多
关键词 电阻抗成像 参数反演 贝叶斯理论 BP神经网络 DREAM_ZS算法
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基于替代模型和贝叶斯推理的EIT电阻率反演
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作者 李颖 郝虎鹏 +2 位作者 王贤哲 林坤强 何益人 《天津大学学报(自然科学与工程技术版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期1187-1199,共13页
在生物组织电阻抗成像(EIT)技术中,介质电特性分布具有不确定性,因而研究概率框架下的重建方法具有重要意义.针对EIT中电阻率的不确定性反演及正问题调用过程中计算负荷庞大的问题,提出了基于替代模型和贝叶斯推理的参数反演方法.首先,... 在生物组织电阻抗成像(EIT)技术中,介质电特性分布具有不确定性,因而研究概率框架下的重建方法具有重要意义.针对EIT中电阻率的不确定性反演及正问题调用过程中计算负荷庞大的问题,提出了基于替代模型和贝叶斯推理的参数反演方法.首先,针对4层同心圆头模型,采用拉丁超立方抽样方法进行训练,建立了EIT正问题计算的Kriging模型、BP神经网络模型和径向基函数(RBF)神经网络模型,并且甄别出精度最高的RBF神经网络替代模型.结果表明,替代模型在保证计算精度的条件下大幅提高了计算效率.然后,基于贝叶斯推理框架下的差分进化自适应多链并行DREAM_zs算法和在此基础上加入卡尔曼激励建议分布的DREAM_kzs算法,对EIT中的电阻率进行反演.结果表明,两种算法均能进行有效反演,DREAM_kzs算法有着更快的收敛速度和更高的识别精度,且灵敏度越高的参数反演效果越好,即头皮的反演效果最好,其次依次为颅骨、大脑和脑脊液.进一步,构造了基于真实CT图像的胸腔仿真模型,采用RBF模型作为正问题替代模型,利用DREAM_zs算法和DREAM_kzs算法对正常肺部组织和两种病变情况进行电阻率分布的图像重构.结果表明,两种方法均能有效反演,DREAM_kzs算法的性能均优于DREAM_zs算法,且外层单元的反演效果整体上要优于内层单元.仿真实验结果表明,基于替代模型和贝叶斯推理的方法可实现EIT电阻率的有效反演,可望为临床应用提供依据. 展开更多
关键词 电阻抗成像 替代模型 贝叶斯推理 电阻率反演 DREAM_kzs算法
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经颅磁刺激对老年大鼠工作记忆相关跨脑区网络协同作用的影响
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作者 郭苗苗 翟昊迪 +2 位作者 吉利辉 王田 徐桂芝 《电子与信息学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期1468-1478,共11页
经颅磁刺激(TMS)因其可以非侵入性地探测和调制大脑皮层兴奋性和功能,已被广泛地应用于改善大脑认知功能等临床神经调控领域。工作记忆的功能实现需要多个脑区的同步活动,该文将行为学与电生理学相结合,通过建立跨脑区的因果网络连接,... 经颅磁刺激(TMS)因其可以非侵入性地探测和调制大脑皮层兴奋性和功能,已被广泛地应用于改善大脑认知功能等临床神经调控领域。工作记忆的功能实现需要多个脑区的同步活动,该文将行为学与电生理学相结合,通过建立跨脑区的因果网络连接,从记忆相关脑区间协同作用的角度探究不同模式的TMS对大脑认知功能的调控机制。首先对老年威斯塔大鼠分别实施重复经颅磁刺激(rTMS)及间歇性θ节律刺激(iTBS),并设置空白对照组,通过在体多通道微电极阵列采集大鼠工作记忆任务中的局部场电位信号(LFPs);之后基于定向传递函数构建LFPs脑因果网络;最后通过对比行为学结果差异、各脑区因果网络参数等,探索不同模式TMS对老年大鼠工作记忆行为学及脑区之间信息协同作用的影响规律。结果表明,rTMS组和iTBS组大鼠执行正确工作记忆任务的平均天数减少,平均正确率高于空白对照组。经过刺激后,rTMS组和iTBS组前额叶和海马双向网络连接明显增强,信息流强度和因果流向性得到显著提升(P<0.05)。因此,rTMS和iTBS模式均能促进老年大鼠海马和前额叶脑区间的信息交流,从而使老年大鼠的工作记忆能力得到改善。 展开更多
关键词 重复经颅磁刺激 间歇性θ节律刺激 工作记忆 脑因果网络
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基于Gabor滤波器的事件流特征增强及事件相机对象识别
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作者 周茜 郑鹏 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2024年第4期76-80,共5页
基于Gabor滤波器的事件驱动卷积是仿生分层脉冲神经网络中常用的事件相机对象特征提取方法。为提高该类网络事件相机对象特征提取能力,提出基于Gabor滤波器的事件流特征增强算法,并应用于奖励调节STDP规则的脉冲神经网络事件相机对象识... 基于Gabor滤波器的事件驱动卷积是仿生分层脉冲神经网络中常用的事件相机对象特征提取方法。为提高该类网络事件相机对象特征提取能力,提出基于Gabor滤波器的事件流特征增强算法,并应用于奖励调节STDP规则的脉冲神经网络事件相机对象识别系统。算法首先将事件流按时间窗口划分为事件流片段,然后提取各时间窗口内的事件流片段特征,同时增强事件数量较多的时间窗口内特征。并基于奖励调节STDP规则帮助网络学习诊断性特征。采用增强算法的网络在MNIST-DVS数据集上的分类精度优于未采用增强算法的网络,并且对于较短的事件流输入也有很好的分类能力。该事件流特征增强算法能够提高基于Gabor滤波器的事件驱动卷积对事件相机对象的特征提取能力。 展开更多
关键词 事件相机 对象识别 特征增强 GABOR滤波器 奖励调节STDP
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基于脑网络的脑疲劳对不同工作记忆负荷的影响 被引量:5
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作者 杨硕 江文涛 +1 位作者 王磊 徐桂芝 《中国生物医学工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第4期446-452,共7页
工作记忆是认知行为的基础,脑疲劳会导致记忆力衰退、反应迟钝等认知表现下降的现象。利用N-back实验范式设计脑疲劳实验,采集15名被试正常态和疲劳态下4种工作记忆负荷的脑电数据,使用互信息算法构建功能性脑网络,计算并分析节点度、... 工作记忆是认知行为的基础,脑疲劳会导致记忆力衰退、反应迟钝等认知表现下降的现象。利用N-back实验范式设计脑疲劳实验,采集15名被试正常态和疲劳态下4种工作记忆负荷的脑电数据,使用互信息算法构建功能性脑网络,计算并分析节点度、节点中间中心度、节点聚类系数、节点特征路径长度4个网络特征参数,对行为学数据(反应时间、正确率)进行统计分析。结果表明,4种工作记忆负荷下,疲劳态下的脑网络相对于正常态下的脑网络节点度减小,节点中间中心度减小,节点聚类系数减小,节点特征路径长度增大,且具有显著差异节点主要分布于额叶、顶叶和枕叶。行为学数据结果显示,正常态下4种工作记忆负荷的平均反应时间分别为(578±46)、(664±45)、(868±44)、(959±42)ms,疲劳态下4种工作记忆负荷平均反应时间分别为(656±41)、(721±46)、(941±50)、(1038±50)ms,平均反应时间疲劳态显著高于正常态(P<0.05),提示脑疲劳对4种负荷下的工作记忆产生消极影响。在所施加的4种工作记忆负荷下,脑疲劳对工作记忆产生一定影响,会抑制大脑活跃度的提高,且对高负荷的影响比低负荷的影响更明显。 展开更多
关键词 脑疲劳 脑电 工作记忆 脑网络
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rTMS靶向刺激对帕金森病运动症改善作用的研究进展 被引量:9
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作者 李润泽 杨硕 +4 位作者 冯珂珂 Wang Alan 田树香 尹绍雅 徐桂芝 《中国生物医学工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第3期345-352,共8页
重复经颅磁刺激技术(rTMS)已广泛应用于精神类和神经类疾病的临床辅助治疗,有改善帕金森病(PD)运动症状的作用,是实现PD精准治疗策略的重要手段。基底神经节环路特异性病变导致PD临床分型复杂多样,针对不同运动症状明确rTMS在神经环路... 重复经颅磁刺激技术(rTMS)已广泛应用于精神类和神经类疾病的临床辅助治疗,有改善帕金森病(PD)运动症状的作用,是实现PD精准治疗策略的重要手段。基底神经节环路特异性病变导致PD临床分型复杂多样,针对不同运动症状明确rTMS在神经环路关键靶区调控作用对提高改善效果有重要意义。首先从突触可塑性、神经环路角度分析了rTMS对改善PD的作用,然后分别从初级运动皮层(M1)、背外侧前额叶(DLPFC)、辅助运动皮层(SMA)以及小脑,就不同刺激模式在特定脑区的调控作用以及不同刺激靶区对不同运动症状的改善作用进行了探讨,最后指出现阶段研究中存在的主要问题,并从多靶区刺激、最佳干预期以及与脑成像技术相结合多方面探讨其未来的研究趋势。 展开更多
关键词 重复经颅磁刺激 帕金森病 刺激靶区 运动症状
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重复经颅磁刺激改善帕金森病运动症状的脑功能网络分析 被引量:6
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作者 李润泽 姚尧 +5 位作者 冯珂珂 杨硕 李佳丽 程轶峰 尹绍雅 徐桂芝 《生物化学与生物物理进展》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2023年第1期126-134,共9页
目的重复经颅磁刺激(rTMS)技术已广泛应用在临床中,实现对神经、精神类疾病的治疗,特别在抑郁症、强迫症中取得较好的临床治疗效果。近年来越来越多的研究将其应用于帕金森病(PD)的辅助、康复治疗,以期缓解患者的运动症状改善运动功能... 目的重复经颅磁刺激(rTMS)技术已广泛应用在临床中,实现对神经、精神类疾病的治疗,特别在抑郁症、强迫症中取得较好的临床治疗效果。近年来越来越多的研究将其应用于帕金森病(PD)的辅助、康复治疗,以期缓解患者的运动症状改善运动功能。目前临床中多以PD统一量表、运动任务评估rTMS对运动症状的辅助治疗效果,缺乏对高频rTMS刺激调控作用机制的探究。方法本研究采用10 Hz rTMS刺激肢体症状始发侧对侧初级运动皮层(M1),对比分析刺激前后各脑区神经元活动及其连接性的变化,研究高频r TMS刺激初级运动皮层对PD患者大脑神经元活动的调节作用。结果运动皮层beta振荡增加、gamma振荡降低(P<0.05),额、顶叶脑区间连接性减弱(P<0.05)。结论10 Hz rTMS主要改变了PD患者beta、gamma振荡,其中运动皮层beta、gamma神经振荡的变化可能与磁刺激对运动功能的改善作用有关,而前额叶gamma振荡的变化可能是磁刺激抑制神经元异常放电活动调节患者运动控制功能。 展开更多
关键词 重复经颅磁刺激 帕金森病 初级运动皮层 脑电图 脑功能网络
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