神经信息流与突触传递可塑性

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    31171053
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    66.0万
  • 负责人：
    张涛
  • 依托单位：
    南开大学
  • 学科分类：
    C0914.认知模拟、计算与人工智能
  • 结题年份：
    2015
  • 批准年份：
    2011
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2012-01-01 至2015-12-31

项目摘要

长时程增强是突触可塑性的重要表现形式，其实验借助外部刺激作为诱导，有创伤性。神经振荡在认知活动中具有重要作用，因此，基于振荡频段的神经信息流与突触可塑性的相关性研究有待深入。我们发现并报道了CUS大鼠丘脑-前额叶皮层信息流方向指数与正常大鼠相比有显著改变，且与神经振荡的频段相关。因此，需要回答基于神经振荡生理频段的信息流指数能否有效地表征突触可塑性？以及如何诠释其分子机理？研究将结合神经生物学实验和非线性分析展开。实验包括in vivo和in vitro两个层面；计算分析包括基于多元统计的相关性分析、神经信息流方向指数算法改进和计算平台建立。通过研究发展信息流方向指数新算法、建立突触传递可塑性和信息流指数关于振荡频段的关联性、探讨突触可塑性和信息流指数关联性的分子机理、初步搭建基于EEG/LFP的突触可塑性计算平台。其结果可应用在临床认知功能评价、神经工程和康复等领域。

结项摘要

突触可塑性是学习记忆的细胞学基础。神经振荡与认知活动密切相关。然而，神经振荡与可塑性关系仍有待深入了解，其生物学机制需进一步厘清。.研究内容：.1.发展新的振荡同步分析算法；.2.基于各种模型动物，揭示神经振荡同步增强促进了脑区间信息通讯，且伴随可塑性增强；.3.对应的生物学机制研究。.研究结果：.算法改进- 改进的演化映射法-EMA和条件互信息法-CMI，以及排列互信息法-PMI均能有效度量PAC强度，其结果与传统算法相比具有更好的一致性；单一节律的同步性分析算法中，广泛应用的gPDC算法在真值估计和灵敏度变化评估等方面更优。.CUS模型鼠- LTP诱导引起CA1-mPFC通路Theta单向信息流和theta与低频gamma之间PAC的长时程增强，但CUS明显减弱此作用；Theta同步与突触可塑性在CA1→mPFC上具有显著正相关；一个theta周期包含了mPFC的6个gamma波，此PPC现象在CUS上消失，但经memantine处理，1:6的状态部分恢复；给予D1受体拮抗剂，CA1-mPFC间theta耦合明显抑制且与CUS类似；Gamma耦合在CUS时增强，与给予5-HT1A受体激动剂后的结果相似。.VD模型鼠- CA3-CA1通路的LTP明显减弱，在theta、alpha、beta与gamma频段上，脑区间同步性显著下降,且与LTP的变化呈正相关。在theta与gamma之间，H2S减缓了CA3-CA1的同步损伤，提高了受损的CA3-theta与CA1-gamma的PPC和PAC强度。Western结果指出，NaHS能缓建VD鼠海马内降低的NR2A的表达量。.Melamine模型鼠- 在CA3与CA1之间，theta和low-gamma上的同步显著降低；CMI和MI法结果指出，CA3-theta与CA1-low gamma之间的PAC明显减弱且与LTP变化正相关。.神经发育-成年大鼠CA1- mPFC信息传递更强；在CA1，θ-LG/θ-HG整合也更强。青春期振荡指标如单一节律和交叉节律同步与幼年和成年相比存在明显不对称，且与突触前后受体蛋白和细胞自噬水平的变化密切相关。.研究结论：.1.新的PAC算法能有效度量相位-幅值交叉节律耦合.2.在多个模型鼠不同神经回路上均证实神经振荡与可塑性为正相关.3.青春期大鼠海马神经振荡同步特征与其可塑性改变一致

项目成果

期刊论文数量（42）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（0）
Melamine induced spatial cognitive deficits associated with impairments of hippocampal long-term depression and cholinergic system in Wistar rats
三聚氰胺诱导的 Wistar 大鼠空间认知缺陷与海马长期抑郁和胆碱能系统损伤相关
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2013
  • 期刊：
    Neurobiology of Learning and Memory
  • 影响因子：
    2.7
  • 作者：
    An; Lei;Yang; Zhuo;Zhang; Tao
  • 通讯作者：
    Tao
Performance comparison between gPDC and PCMI for measuring directionality of neural information flow
gPDC 和 PCMI 测量神经信息流方向性的性能比较
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2014
  • 期刊：
    Journal of Neuroscience Methods
  • 影响因子：
    3
  • 作者：
    Mi; Xichao;Cheng; Ning;Zhang; Tao
  • 通讯作者：
    Tao
Melamine impairs spatial cognition and hippocampal synaptic plasticity by presynaptic inhibition of glutamatergic transmission in infant rats
三聚氰胺通过抑制幼年大鼠的突触前谷氨酸能传递来损害空间认知和海马突触可塑性
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2011
  • 期刊：
    Toxicology
  • 影响因子：
    4.5
  • 作者：
    Lei An;Yang Yao;Zhuo Yang;Tao Zhang
  • 通讯作者：
    Tao Zhang
Effects of hydrogen sulfide on modulation of theta-gamma coupling in hippocampus in vascular dementia rats
硫化氢对血管性痴呆大鼠海马θ-γ耦合调节的影响
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2015
  • 期刊：
    Brain topography
  • 影响因子：
    2.7
  • 作者：
    Xiaxia Xu;Chunhua Liu;Zhanyong Li;Tao Zhang
  • 通讯作者：
    Tao Zhang
Reduction in LFP cross-frequency coupling between theta and gamma rhythms associated with impaired STP and LTP in a rat model of brain ischemia
脑缺血大鼠模型中与 STP 和 LTP 受损相关的 θ 和 γ 节律之间 LFP 交叉频率耦合的减少
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2013
  • 期刊：
    FRONTIERS IN COMPUTATIONAL NEUROSCIENCE
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Xu; Xiaxia;Zheng; Chenguang;Zhang; Tao
  • 通讯作者：
    Tao

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  • 通讯作者：
    张涛

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AI项目解读示例

课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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