大脑结构十篇

大脑结构篇1

大多数人在操作智能手机时用得最多的是大拇指，而这一习惯正在改变现代人的大脑结构。

瑞士苏黎世大学的阿克・格西（Arko Ghosh）及其团队率先有了这一发现：惯用智能手机的人在使用过程中如果有大拇指或食指接触到屏幕时，他们的脑电波将会大幅度增强。脑电波的增强幅度与人们使用智能手机的频率成正比。这导致大脑的反射神经更短，换句话说，这些人大拇指的灵活度比其他人高得多，其大脑表皮中控制大拇指的部分也比其他人要来得活跃。

格西的团队长时间研究音乐家、职业电子游戏玩家等专业团体大脑的不同之处以确定日常行为对大脑的影响。现在他们发现了一种更普遍、影响更大的行为。“人类使用电子设备的历史虽然短，但是它对我们大脑产生的影响比我们想象的要大得多。”

但格西认为这样的变化并不一定是好事，目前他们发现过多使用智能手机会导致大脑运动功能障碍。

可快速验血的仪器

对于大多数人来说，验血是由一根针、一条管子、一个小容器和一句“放松，马上就好”开始的。验血往往需要专业的人士和复杂的设备，而且要几天甚至数周才能给出结果。

一家爱尔兰公司研发的“Clinicin-a-Box”（盒装门诊）可以让普通人在很短时间内完成验血并得知结果。这款仪器的开发者杰瑞・奥布莱恩（Jerry O’Brien）介绍说，该设备可以根据患者的需求来完成相应项目的血液检测。

秘密在于装备于设备内的小珠子，上面包裹的分子涂层可以对特定的疾病或物质做出反应。小珠子可以快速离心获得的血液样本，将疾病分子以长条状送入分析部位中，并通过绿LED灯显示出来。

目前这种仪器可以检测心血管病、糖尿病、肝病等，它还可以连接无线网络，实现远程操控和诊断。

睡眠差，问题多

睡眠问题可以预测一系列特定的问题，比如酗酒、酒后驾驶和危险性行为。根据爱达荷州立大学教授玛利亚・王（Maria Wong）的描述，“正常的成年人如果有睡眠障碍或者失眠症状，他们在一年后患上酒精上瘾以及在三年半后药物滥用和尼古丁上瘾的比例比一般人要高。”

王教授和她的团队收集了6504个年轻人（52%为女性，48%为男性），他们通过观察参与实验者的脑电波图片，发现酒精和毒品更容易影响睡眠有问题的人大脑中的行为区域。

“这项研究进一步证明了睡眠障碍与酒精、毒品上瘾等问题之间的联系。”王教授指出，“虽然没有资料表明两者之间有着必然的因果关系，但是对于有失眠等困扰的人来说，早日就医，摆脱烦恼是非常有必要的。”

维生素D可防结肠癌

结肠癌是全球第三常见的癌症，也是致死率第四高的癌症。美国丹娜法伯癌症研究院的发现表明，维生素D可以促进人体的免疫系统起到预防结肠癌的作用。

“这是第一次有临床研究证明维生素D与抗癌免疫功能之间的关系。”狄野周史说，“我们期待以后能通过提高人体血液中维生素D的含量来预防结肠癌，并且提高癌症患者的生存时间。

可自我清洁的金属材料

疏水材料有着很广泛的用途。之前人们认为特氟龙材料有着很好的疏水性，但实际上，想要水从特氟龙表面上自动滑落，需要至少70度的倾斜，而罗切斯特大学研究者用激光制造的金属材料只需几度的倾斜便能排除表面的水分。

研究者利用短激光束照射铂、钛和黄铜合金的表面1/1015秒，激光在材料表面形成有纳米颗粒组成的微型“凹痕”，改变了金属的湿度特性，让水无法停留在材料表面，从而自行滑落并且带走表面的灰尘和污渍，起到了自我清洁的作用。

“有些领域，收集或排除雨水非常重要，使用新的金属材料可以提高效率、降低成本。”罗切斯特大学教授郭春雷（音译）表示，“另外，在公共厕所等场所，这种材料也有很大的用武之地。”

此外，这种金属材料表面的纳米颗粒“凹痕”也改变了金属的光属性，大大提升了它们的吸光性，因此它们也可以应用于太阳能发电领域。

震惊让你记得更牢

纽约大学的研究者一直都试图弄清楚人们为什么能记住911袭击和肯尼迪总统遇刺的每一个细节，最新的研究发现，将情绪与记忆联系在一起有助于人们更好地回想起来。

大脑结构篇2

【关键词】  艾炷灸； D-半乳糖； 病理形态； 超微结构

  随着年龄的增长，大脑神经细胞数量减少，突起萎缩，大脑为首的中枢神经系统会出现健忘、反应迟钝、动作不协调等脑萎缩症状，甚至丧失社会活动能力、生活不能自理的老年痴呆的证候。祖国医学称为“髓海不足”。《灵枢·海论》早有明确记载：“髓海有余，则轻劲多力，自过其度”,“髓海不足，则脑转耳鸣，胫酸眩冒，目无所见，懈怠安卧。”清代汪昂的《本草备要》亦述：“人之记性均在脑中，小儿善忘者，脑未满也，老年健忘者，脑渐空也。”历代医家都重视艾炷灸防治疾病，延年益寿，故有“保健灸”“长寿灸”之说。目前临床研究证实针灸对脑萎缩、老年性痴呆等有较好的疗效［1，2］。本文从大脑组织形态和超微结构的变化探讨艾炷灸延缓脑衰老的作用机制。

1  材料与仪器

1.1  动物健康3月龄昆明雄性小鼠。体质量（30±2）g，80只。另购置老年前期（16月龄）昆明雄性小鼠12只。均由广西医科大学动物中心SPF实验室提供（动物许可证号：SCXK桂2003-0003）。

1.2  艾灸用品精制艾绒为苏州东方艾绒厂提供。

1.3  仪器和试剂奥林巴斯生物显微摄影系统（BX60 PM20 型，日本）；全自动轮转式组织切片机（HM355S 型，MICROM德国）；Matic Images Advanced 3.2病理图文分析系统(Motic China Group Co.,Ltd.)；JEM100CX-II透射电镜。D-半乳糖为国药集团化学试剂有限公司提供；尼莫地平片为山西亚宝药业集团股份有限公司提供；0.9%生理盐水为广西中医学院一附院制剂室提供； 4%多聚甲醛、戊二醛（上海国药集团化学试剂有限公司）；1%锇酸、丙酮、环氧树脂812+815、醋酸铀、枸橼酸铅（北京大学医学部病理学系制备）。

2  方法

2.1  动物分组用Morris水迷宫筛选游泳距离不低于2 600 cm/2 min、体质量不低于28 g的72只健康雄性小鼠。按随机区组设计将72只小鼠分为：造模组、生理组、艾灸1，2组、电针组、尼莫地平组6组，每组各12只。16月龄昆明雄性小鼠12只为自然衰老组（简称自衰组）。

2.2  造模方法参照文献［3］用D-半乳糖颈背部皮下注射，建立亚急性衰老小鼠模型。将D-半乳糖试剂与生理盐水按1.2（g）：100（ml）混匀为（12 mg/ml），造模组、艾灸1，2组、电针组、尼莫地平组每天以D－半乳糖按120 mg/kg/d颈背部皮下注射（相当于每10 g体重注射0.1 ml浓度为1.2%的D－半乳糖溶液），连续42 d，同时对生理组颈背部皮下注射等量的生理盐水42 d。

2.3  治疗方法造模第13天开始治疗,艾灸1组选取小鼠“足三里、悬钟”，艾灸2组选用“百会、关元”进行艾柱灸治疗，时间选择上午9:00～11:30，选取小鼠双侧“足三里”（先灸）、“悬钟”（后灸），及“百会”（先灸）、“关元”（后灸），灸后用棉签轻轻按压穴位。每次3壮/穴。定位取穴按照《实验针灸学》［4］和《实验动物针灸手册》［5］，“足三里”在膝关节下方，腓骨小头下3 mm处的肌沟中；“悬钟”在后肢外踝尖直上5 mm腓骨后缘处,“百会”在顶骨正中处，“关元”脐下正中线1 cm处。穴位选定后剪毛，施灸时涂凡士林以保护小鼠皮肤且便于固定艾炷，艾炷做得紧而结实(底座直径2 mm，高度5 mm,重量约13～15 mg)，用线香点燃，每壮时间约18～20 s，当小鼠挣扎时更换艾炷。电针组将输出电流正极接足三里，负极接悬钟，用20Hz连续波，电流0.24～0.3 Am以小鼠肢体轻微抖动，不嘶叫为度，3 min/次。尼莫地平灌胃组剂量按体表面积等效折算计算法，予12 mg/(kg·d)，灌胃。治疗方法均为隔天1次，共15次。生理组和造模组、自衰组不做任何治疗性干预，但给予与各治疗组同样时间、同等程度的绑缚刺激。

2.4  样本制备将小鼠断头处死，于冰浴上取左侧大脑额叶皮质处组织2～3 mm3投入3%戊二醛固定3 h以上，送检。剩余的于4%多聚甲醛固定，石蜡包埋。所有组织蜡块4 μm连续切片4张置60℃烤箱烤干。另取自衰组（相当人60岁）［6］小鼠6只，断头处死，标本处理同前述。

2.5  指标检测HE染色，光镜下观察形态学变化并摄片。采用Matic Images Advanced 3.2病理图文系统分析，在显微镜下于每张病理切片皮层和海马两个部位，分别选取不相重叠的12～6个视野，计数完整的神经细胞数，其与视域参考面积(3 951.316～1 975.66 μm2)的比值(单位面积神经元数)即是神经元密度。

    电镜下总体观察大脑皮层神经组织超微结构变化：神经细胞、胶质细胞、髓鞘、轴索及血管病变。

2.6  统计方法统计数据用SPSS 13.0软件包处理，各组完整大脑皮质、海马神经元密度用±s,进行多个样本均数的方差分析以及组间两两比较（LSD检验和SNK-q检验）。统计结果见表1。表1  大脑皮质、海马CA3神经元密度（略）

    与模型组和自然衰老组比较，1)P<0.01；与尼莫地平组比较，2)P<0.01，3)P<0.05；与模型组比较，4)P<0.05

3  结果

3.1  D-半乳糖衰老小鼠脑组织病理形态学改变脑组织常规石蜡切片，HE染色后，神经细胞胞浆呈紫红色，核呈紫蓝色。①生理组皮层脑细胞结构正常，胞核清晰，胞浆丰富，间质无水肿表现，海马CA3区锥体细胞2～3层，排列紧密，细胞核圆而大，核仁清晰(见图1～2)。模型组、自衰组可见皮层变薄，部分神经元变性，体积变小，胞核与胞浆界限模糊，核固缩成三角形或不规则形，核仁消失。海马CA3区锥体细胞层数减少，排列稀疏、不规则，细胞体积变小，可见核固缩现象（见图3～6）。艾灸1组、艾灸2组、电针组和尼莫地平组仍有不同程度的神经细胞变性，但变性神经细胞数量显著减少，零星可见部分损伤细胞，海马CA3区锥体细胞层细胞形态、排列基本正常（见图7～14）。②经单因素方差分析组间比较各组小鼠脑皮质及海马CA3区正常神经细胞的数目差异有显著性意义（P<0.01），并作组间两两比较。（见表1）。生理组、艾灸1组、艾灸2组、电针组、尼莫地平组与模型组、自然衰老组神经元密度比较差异有显著性意义（P<0.01），模型组神经元细胞密度下降。自然衰老小鼠大脑皮质神经元密度与模型组无差异，但在海马CA3区自然衰老组神经元密度较模型组减少明显，差异有显著性意义（P<0.05），提示模型组脑组织形态改变与自然衰老小鼠相似。生理组、艾灸组、电针组之间神经元密度无差异，尼莫地平组与前3组比较在皮质区神经元密度差异有显著性意义（P<0.01或P<0.05），在海马区仅与生理组神经元密度差异有显著性意义（P<0.05）。

3.2  大脑皮层神经组织超微结构变化①生理组组织结构较好，神经细胞结构清晰，细胞为锥体形或多边形，胞浆较宽，细胞器丰富，可见较多的线粒体、粗面内质网、高尔基体、核糖体等，核染色质疏松，核仁清楚及少量吞噬溶酶体。未见明显水肿等其他变化。轴索结构清楚，微丝微管丰富，排列整齐（见图15）。②模型组神经细胞有变性，变性细胞程度不一，少数神经细胞轻度变性，但普遍程度较重。线粒体数量增多、增大或空泡变性，线粒体脊模糊，核糖体脱落。轴索肿胀空泡化，微丝微管数量减少，排列散乱。部分髓鞘结构松解或脱失，出现较多的吞噬溶酶体（脂褐素）。部分小血管内皮细胞有变性，血管周隙扩大，星形细胞空泡变性或溶酶体增多，足突破坏较明显（见图16）。③艾灸1组组织结构清楚，大部分神经细胞结构较好，少部分神经细胞有空泡变性，线粒体基质较致密。轴索空泡化，微丝数量减少，排列散乱。部分髓鞘结构松解或脱失，出现吞噬溶酶体。部分小血管内皮细胞有变性（见图17）。④艾灸2组组织结构清楚，大部分神经细胞结构较好，轻度空泡变性，部分神经细胞基质及线粒体基质较致密，出现较多的溶酶体结构。核染色质轻度溶解。轴索轻度空泡化，微丝数量减少，排列较散乱，出现较多的溶酶体。部分小血管内皮细胞空泡变性，星形细胞尚可（见图18）。⑤电针组组织结构清楚，大部分神经细胞结构较好，糖原较多，部分神经细胞糖原增多，轻度空泡化，或基质轻度致密，出现较多的溶酶体结构。核染色质轻度溶解。部分轴索空泡化，微丝数量减少，髓鞘结构松解或脱失，出现较多的溶酶体。部分小血管内皮细胞及星形细胞空泡变性（见图19）。⑥尼莫地平组组织结构清楚，大部分神经细胞结构较好，细胞器及糖原较多，部分神经细胞空泡化，或基质轻度致密，出现较多的溶酶体结构，偶见神经细胞皱缩，呈暗细胞表现。部分轴索空泡化或微管聚集，髓鞘结构松解。部分小血管内皮细胞变性，星形细胞空泡变性，足突破坏（见图20）。⑦衰老组细胞凋亡，核膜凹陷，细胞核肿胀，胞浆空泡化，脂褐素增多，胞浆细胞器减少，线粒体结构不清，粗面内质网轻度扩张，有脱粒现象。部分轴索空泡化或微管聚集，髓鞘结构松解（见图21）。

    依病变程度从重到轻排序：衰老组，模型组，尼莫地平组，艾灸2组，电针组和艾灸1组，生理组。

4  讨论

    在动物和人类的研究中都观察到随着年龄的增加，大脑皮质、海马、基底节、小脑、脑干及丘脑和下丘脑等区都存在神经元数目减少的现象和趋势。神经元数目的减少是脑老化过程的重要事件［7］。无论在正常老化还是老年性痴呆,其病理改变主要见于海马和大脑皮质。其中海马又是最易受衰老影响的脑区之一。大量研究己证明海马与学习记忆特别是空间认知功能有关，尤其CA3区被认为与空间辨别性学习记忆活动的关系尤为密切［8］。由于海马与学习记忆关系密切以及海马对衰老的易感,许多学者将海马作为脑衰老研究的理想模型。脑组织是高耗能器官，线粒体既是细胞的供能站，也是氧自由基浓度最高的细胞器，D-半乳糖处理的动物，活性氧水平升高，脂质过氧化亢进［9］，体内超氧阴离子自由基反应，发生蛋白质交联，髓鞘变性等，使得线粒体的蛋白质、脂质、DNA损伤，随着时间的积累，这些损伤使氧化产物进一步增多，清除机制有限，导致脑老化。有学者［10，11］证实D-半乳糖处理小鼠海马神经元细胞凋亡，皮层神经元转录水平降低，RNA，蛋白质含量下降，神经细胞数目减少，提示D－半乳糖衰老小鼠模型出现神经元结构和脑功能减退，发生老化倾向，老龄动物的结果吻合。

    本实验也证实D－半乳糖衰老小鼠模型出现大脑皮质和海马CA3区锥体细胞的神经元细胞密度下降，核固缩、变性。与18月龄的自然衰老小鼠大脑皮质和海马CA3区神经元密度变化相似。本研究进一步观察了D-半乳糖处理动物的超微结构，模型组神经元细胞变性，核膜不规整，细胞早期凋亡。胞浆中，线粒体肿胀、空泡变性，线粒体脊模糊，粗面内质网排列紊乱,核糖体脱落。出现较多的吞噬溶酶体（脂褐素）。微丝微管数量减少，排列散乱，髓鞘结构松解或脱失，与18月龄衰老小鼠相似。有学者也在衰老的人脑组织中观察到相似的情况［12］，认为自由基损伤是细胞衰老的主要原因，细胞内脂褐素的沉积正是细胞膜系统发生过氧化反应的产物。脂褐素在细胞内积聚到一定程度,会造成核糖核酸的损害,最终将影响细胞的代谢，导致细胞死亡。老年脑中还可见到神经纤维缠结,其形成与痴呆程度相关,而构成神经纤维缠结的螺旋状缠绕纤维可能由神经微丝微管演变而来,是一种变异了的微丝蛋白,这种异常的细胞骨架成分可能会导致神经元的死亡。模型组微丝微管排列散乱，是否会进一步形成老年脑中病理特征的神经纤维缠结有待深入研究。本研究中生理组神经细胞结构清晰，细胞器丰富，结构完整，见少量吞噬溶酶体，微丝微管丰富，排列整齐。各治疗组神经元细胞有不同程度的变性损伤，但较模型组与衰老组轻。通过艾炷灸、电针、尼莫地平灌胃的干预治疗可以提高D-半乳糖衰老小鼠模型大脑皮质和海马CA3区神经元细胞的密度，减少神经元细胞的变性、凋亡，减轻D-半乳糖造成的氧化损伤，保护D-半乳糖衰老小鼠神经元细胞的超微结构，延缓脑老化。

    本研究结果表明艾炷灸、电针足三里、悬钟穴和艾炷灸百会、关元穴这两组处方都通过脾肾双补，补益髓海。足三里为阳土经土穴，土生万物，以后天补养先天之精；“胆主骨所生病”，悬钟为胆经穴位，八会穴之髓会，故悬钟可治髓所生病,且精血相生，乙癸（肝肾）同源，而肝胆两脏互为表里，胆属阳，阴阳相长，足三里、悬钟二穴配合属远道循经取穴，激发经气，气至病所，故可助精填髓。百会属督脉，为髓海之气转输之处，有近治作用；关元为元阴元阳关藏之处，足三阴与任脉之交会，能补肝、脾、肾三脏，有远道调整作用，二穴配合能使局部和整体功效相结合，补脾肾充髓海，使衰老的髓海得以补养。“以火补者，毋吹其火”艾炷灸因其操作待其自灭，更换艾炷，故以补为主，对防治老年病有一定的优势。研究结果艾炷灸与电针疗法比较差异无显著性意义，但艾炷灸疗法操作较为方便、无疼痛，更易为患者接受。

【参考文献】

  　［1］王宝玲.针灸治疗脑萎缩43例［J］.上海针灸杂志，2003，22(6):29.

［2］吴 迪.针灸治疗早老性痴呆36例［J］.四川中医，2004，22(3):93.

［3］龚国清，徐 本.小鼠衰老模型研究［J］.中国药科大学学报，1991，22(2):101.

［4］罗满林，顾为望.实验动物学［M］.北京:中国农业出版社，2002:9.

［5］林文注，王 佩.实验针灸学［M］.上海：上海科学技术出版社，199：288.

［6］胡元亮.实验动物针灸学［M］.北京：中国农业出版社，2003：391.

［7］陈俊抛，林 煜.痴呆治疗学［M］.北京:人民军医出版社，2002:22.

［8］张 明，周 民.海马与记忆相关性的研究进展［J］.光明中医， 2004，19(5):21.

［9］Lebel CP，Bondy SC.Oxidative damage and cerebral aging［J］.Prog Neurob，1992，38：601.

［10］李文彬，韦 丰，范 明，等.D－半乳糖在小鼠诱导的拟老化效应［J］.中国药学与毒理学杂志，1995，9(2):94.

大脑结构篇3

摘 要:目的:观察艾灸任脉经穴对脑缺血再灌注大鼠纹状体组织超微结构及侧脑室下区巢蛋白(Nestin)表达的影响。方法:采用线栓法建立大鼠大脑中动脉栓塞局灶性脑缺血再灌注模型。72只SD大鼠随机分为假手术组(Sham)、脑缺血再灌注模型组(MCAO)、模型+艾灸任脉治疗组(R)。用电镜观察脑缺血后组织超微结构及艾灸任脉对其的影响,并用免疫组化法观察艾灸任脉经穴对缺血侧侧脑室下区Nestin阳性表达的影响。结果:脑缺血损伤后各组大鼠纹状体的神经元、胶质细胞及血管等均可见不同程度的缺血损害,艾灸任脉经穴对于改善组织缺血损害具有一定的积极作用。模型组与假手术组相比,缺血侧侧脑室下区的Nestin的阳性表达均有不同程度的增加,其中再灌注7、14天差异有统计学意义(P

关键词:艾灸任脉;脑缺血再灌注;组织超微结构;巢蛋白

中图分类号:R246 文献标识码:A 文章编号:1673-7717(2010)04-0715-03

[FQ(4。52,X-W]

收稿日期:2009-11-10

基金项目:国家中医药管理局中医药科学技术研究专项课题(06-07JB04);深圳市科技计划资助项目(200601022 )

作者简介:于海波(1965-),男,河南许昌人,主任医师、教授,硕士研究生导师,博士,研究方向:针灸治疗神经系统疾病。

Effects of Ren Vessel Moxibustion on Ultramicrostructure and

Nestin Expression of Brain After Focal Cerebra1 Ischemia-Reperfusion in Rats

YU Haibo, MA Xiaoming, RAO Xiaodan, ZHENG Xiaobin, WU Jiaping, LIU Yongfeng

(Shenzhen Hospital of Traditional Chinese Medicine Attached to Guangzhou

University of Traditional Chinese Medicine,Shenzhen 518033,Guandong,China)

Abstract:Objective: To observe the effects of Ren vessel moxibustion on ultramicrostructure in corpora striata and nestin expression in subventricular zone (SVZ) after focal cerebral ischemia-reperfusion in rats. Methods:Cerebral ischemia-reperfusion injury model was induced by the method of nylon monofilament embolism. Seventy-two rats were divided randomly into sham operation group(Sham), ischemia-reperfusion model group(MCAO) and ischemia-reperfusion injury with treatment of Ren vessel Moxibustion group(R).We observed the ultramicrostructure of brain by electron microscope after focal cerebral ischemia-reperfusion and approached the effect of Ren vessel moxibustion on it. What's more, nestin positive expression in SVZ of the ischemic side was observed by immunohistochemistry. Results: After focal cerebral ischemia-reperfusion, the neuron, gliacyte and blood vessel in corpora striata all shew ischemic damage, and Ren vessel moxibustion had a positive effect to relieve ischemic damage. Compared with Sham group, more positive cells of Nestincould be observed in MCAO group. And there are statistic difference at 7 days and 14 days after cerebral ischemia-reperfusion(P< 0.05). More positive cells could be seen in R group than those in MCAO group at 7 days, 14 days and 28 days after cerebral ischemia-reperfusion(P

Key words:ren vessel moxibustion; cerebral ischemiareperfusion; ultramicrostructure; nestin

缺血性脑血管病是严重危害人类健康的常见病和多发病,具有极高的致残率、致死率,虽然超早期溶栓和急性期神经元保护取得了重要进展,但对于大多数脑缺血患者而言,神经元死亡不可避免,如何积极有效地促进脑缺血损伤后神经的恢复仍然是医学密切关注的问题和研究的重点。随着干细胞技术的发现与应用,为神经损伤修复提供了广阔的前景,也为缺血性脑损伤的治疗带来了新的希望[1]。

近年来研究发现,脑缺血损伤可诱导内源性神经干细胞的增殖[2],巢蛋白(Nestin)是神经干细胞特异表达的中间丝蛋白中的第Ⅵ类中间丝蛋白,于1985年由Hockfield和Mckay首先发现[3]。作为神经干细胞的标记物,其表达与神经干细胞密切相关,探讨它在损伤的大脑组织中的表达规律,能够客观地反映神经干细胞的变化。

由于脑缺血本身诱导的神经干细胞较少,故探讨上调内源性神经干细胞的方法成为目前研究的热点。祖国医学认为,任脉不但是治疗中风的常用经穴,同时亦具有调节胚胎发育的作用。以此思路为指导,笔者推论艾灸任脉经穴能够促进脑内的神经干细胞增殖,从而促进脑缺血损伤修复。本实验旨在观察艾灸任脉经穴对脑缺血损伤修复作用,并进一步从干细胞角度探讨其作用机制,为临床治疗脑缺血提高疗效及认识任脉的实质提供新的理论依据。

1材料与方法

1.1实验动物及分组 SPF级成年健康雄性SD大鼠72只,由广州中医药大学实验动物中心提供,粤监证字2007A024。实验前体重(250±10)g,饲养环境:室温 22℃,相对湿度 55%,12h昼夜节律,实验大鼠均自由进食及饮水,适应环境 1周后开始实验。术前禁食12h,随机分为假手术组(sham operation group, Sham)24只、模型组(MCAO group, MCAO)24只、艾灸任脉组(moxibustion Ren vessel treated group, R)24只。每组再分别随机分为7天组、14天组和28天组3个亚组。

1.2局灶性脑缺血大鼠模型的建立 大鼠以3.5%水合氯醛腹腔麻醉(lmL/l00g体重),应用日本制尼龙线(直径0.235 mm)阻断右侧大脑中动脉血流,缺血2h后再灌注。参考Longa神经病学评分[5]评定神经功能缺损,评分为1～4分则造模成功,用于实验。假手术组仅分离右侧颈总动脉并离断右颈外动脉,不予栓塞。

1.3治疗参数 艾灸任脉组(R):大鼠手术后24h予艾灸任脉经穴,取穴依据《实验针刺学》(上海科学技术出版社,1999 年9 月第1版)选取气海、关元两穴处剪毛,艾灸时将大鼠固定,局部碘酊消毒,用自制艾柱(长度约10cm,直径约0.8cm)

在穴位上方2～3cm处悬灸大约10min,采用温和灸补法,以大鼠出现疼痛及抽搐为度,每日1次至动物处死。假手术组(Sham)和模型组(MCAO)于术后第2天将其如艾灸任脉组大鼠般固定于操作台上20min,并不作任何治疗。

1.4电镜观察组织超微结构 各组大鼠分别于再灌注后7天、14天及28天心脏灌注处死取脑,以手术刀片将纹状体部分切出大小1mm×1mm×1mm块状,置入2.5%戊二醛磷酸缓冲液固定2h以上;0.1M PBS冲洗3次,每次10min;1%锇酸固定90min;0.1M PBS冲洗3次,每次10min;梯度酒精脱水:50%70%80%90%95%,漂洗1次,每次10min,再入100%乙醇2次,每次10min;无水丙酮:10min×2次;渗透、Epon、包埋剂∶丙酮=1∶1,1h(摇);纯包埋剂6h或过夜;聚合24h,60℃;用超薄切片机将组织块切成60～80nm厚的超薄切片;置菲利普 CMIO电镜下观察网孔中细胞形态及其超微结构的改变并摄片(中山医科大学电镜室)。

1.5 Nestin免疫测定各组大鼠分别于相应时间心脏灌注处死,于脑立体定位仪上行脑冠状切并取脑,将含侧脑室的组织置于4℃4%多聚甲醛中后固定6h,然后将组织块脱水、透明、浸蜡。组织蜡块以1μm冠面切片,用浸泡过多聚赖氨酸的玻片裱片,并行烤片、脱蜡、水化、自来水冲洗;加入3%H2O2室温下孵育20min以灭活内源性过氧化物酶,然后放入0.01mol/L柠檬酸盐缓冲液中行微波抗原修复,滴加5%牛血清白蛋白封闭液,室温下放置20min,甩去多余液体,不洗,滴加巢蛋白免疫组化单克隆抗体(MAB-0566 ,迈新公司),4℃下过夜,次日PBS冲冼3次×5min,除去PBS液,每张切片滴加50μL即用型MaxvisionTM试剂,室温下孵育10～15min;PBS冲冼3次×5min,除去PBS液,每张切片加100μL新鲜配置的DAB溶液,显微镜下观察3～5min。自来水冲洗,苏木素复染,PBS冲洗返蓝;切片经梯度酒精脱水,二甲苯透明,中性树胶封片。

1.6图像分析与统计学处理 采用德国Leica DC software数码图像分析系统进行图像分析。光镜下(20×10倍),每张切片于缺血侧侧脑室下区选取5个相邻视野,以Nestin阳性染色细胞数平均数作为指标,进行阳性细胞计数。

数据分析采用SPSS 13.0统计软件进行单因素方差分析多样本均数间多重比较,对资料方差齐性进行Levene检验,按α=0.10水准,若方差齐,则应用Least Significant difference t检验(LSD-t检验)来判断差异的统计学意义,P

2 结 果

2.1组织超微结构观察 Sham组:纹状体神经元细胞核核膜完整、清晰,核仁明显,染色质均匀分布。胞浆中线粒体结构正常、有板层样嵴和管状嵴,嵴结构完整。粗面内质网丰富、结构完整。神经胶质细胞结构正常。微血管管腔大小正常,内皮细胞光滑,基质膜完整。MCAO组及R组:缺血侧纹状体神经元可呈不规则形,甚者细胞核固缩,核膜迂曲并可见连续性中断,核仁边移,染色质团块状凝集于核膜下,胞质可见灶状破坏溶解。部分神经元出现凋亡小体。神经胶质细胞也有类似改变。微血管内膜变平,严重者内皮细胞挛缩呈锯齿状改变,管腔明显狭窄或闭塞,管周围结构可见破坏溶解。缺血后相同再灌注时间组间观察比较发现,R组较同时相MCAO组有较多正常细胞保留,且细胞形态较接近正常见图1～3。

2.2 Nestin免疫测定结果 Nestin免疫阳性细胞表现为胞浆阳性,阳性的胞浆呈棕黄色染色。Sham组随着再灌注时间的延长,阳性细胞计数组间差别无统计学差异(P=0893,P>0.05)。MCAO及R组随着再灌注时间的延长阳性表达呈减弱的趋势。再灌注7天时阳性表达最高,14天时表达减弱,28天时阳性细胞计数最少。再灌注7天,MCAO组阳性细胞数明显多于同时相Sham组(P=0000, P

组(P=0.000, P

图1缺血再灌注7天各组神经元超微结构

图2缺血再灌注7天各组胶质细胞超微结构

图3缺血再灌注7天各组血管超微结构

表1各组大鼠缺血侧侧脑室下区

注:与sham 组比较,#P

3讨 论

任脉“总任一身之阴经”,是制约和调节全身阴气的主要经脉,为“阴脉之海”。阴是源头之处,故《太平圣惠方》曰:“夫任者,妊也,此是人之生养之本”。《圣济总录》曰:“任,阴也,阴为万物之母”。由此说明了人体其它经脉(包括阳经)均与其发生着重要的生养关系。艾灸疗法具有疗效好、依从性高的特点,《针灸大成》有曰:“邪客经络药不能及,灸气海、关元。”由此笔者设想艾灸任脉能够促进脑内的神经干细胞增殖,从而促进脑缺血损伤修复。

神经干细胞是一类具有自我更新能力、高度增殖潜能以及多种分化潜能的细胞[4]。近年研究证实,脑缺血或其它脑损伤时可诱导神经干细胞增殖、定向迁移及分化,对受损的脑组织结构进行修复和重塑[5]。Nestin属于类中间丝,在干细胞增殖旺盛阶段出现并大量表达,提示其在干细胞自我更新、并保持多潜能增加细胞抗损伤的能力具有其他中间纤维无法取代的作用,Nestin阳性细胞具有干细胞特征,由成年大鼠中枢神经系统中分离出的Nestin阳性细胞在体外培养中呈集落性生长。并分化出神经元与胶质细胞的前体细胞,因此巢蛋白目前已成为识别神经干细胞的重要标志蛋白[6]。作为未分化状态多能神经干细胞的抗原标志,Nestin被中枢神经系统和周围神经系统大多数增殖活跃的前体细胞所表达,发育成熟的神经系统Nestin表达降低,而损伤的神经组织Nestin表达又重新升高[7]。国内外研究表明在脑缺血大鼠室管膜下区、海马、大脑皮层均有Nestin的高表达, 提出Nestin的高表达可能预示神经干细胞的激活[8]。

因此,本实验通过电镜观察艾灸任脉经穴对脑组织超微结构的影响;通过免疫组化法观察艾灸任脉经穴对脑缺血大鼠缺血侧侧脑室下区Nestin阳性表达的影响。结果提示:艾灸任脉经穴对局灶性脑缺血再灌注大鼠的大脑纹状体的组织超微结构有明显影响,其中包括对神经元、神经胶质细胞及血管均有较好的保护作用。脑缺血损伤后,缺血侧侧脑室下区的Nestin表达均有不同程度的增高。随着再灌注时间的延长,阳性表达呈现减弱的趋势,而艾灸任脉经穴能够延迟这一趋势的发展。不同的灌注时间比较,艾灸任脉经穴组较模型组相均能明显增加缺血侧侧脑室下区巢蛋白的表达。

综上所述,艾灸任脉经穴能够促进脑缺血大鼠缺血侧侧脑室下区的神经干细胞的增殖,这可能是艾灸任脉经穴促进脑缺血损伤后神经修复的保护机制之一。艾灸任脉经穴是治疗脑缺血的一个极有前途的方法。

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大脑结构篇4

关键词　弥散张量成像；白质；纤维束；语言；认知

分类号　B842；B845

1　引言

随着脑成像技术在认知神经科学领域的广泛应用，人们对于各种心理认知行为的研究逐渐从行为水平深入到脑、神经的水平上。以核磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging，MRI)为代表的非侵入性脑成像技术在语言认知研究中取得了丰富的研究成果，尤其是利用血氧水平依赖(Blood Oxygenation Level Dependent，BOLD)信号的功能磁共振成像(functional Magnetic Resonance Imaging，fMRI)，其在大脑皮层的语言功能定位研究方面，极大地补充了以往人们对大脑语言功能区的认识。

尽管fMRI技术在大脑皮层的功能激活研究上有着很多的优点，但由于成像原理的限制，其成像对象主要集中在大脑灰质皮层部分，对于与大脑灰质皮层密切联系的白质部分则显得不够充分。语言认知相对于视觉、听觉、注意等基本认知过程显得更为复杂，通常被认为是一种较高级的认知过程。在功能成像中语言任务往往激活多个脑区，语言功能的实现不仅仅依赖于这些皮层区的激活，更重要的是依赖神经信息在各个脑区之间的传递，而这种神经信息传递的结构基础就是功能脑区之间的白质纤维束连接。这些激活脑区在结构上是如何连接，从而实现语言功能层面上的整合认知，这是研究者感兴趣的。基于MRI的另一种脑成像技术――弥散张量磁共振成像(Diffusion Tensor Magnetic Resonance Imaging，DTI)则很好的弥补了这方面的不足。

fMRI利用血管中脱氧血红蛋白和合氧血红蛋白的比例，间接区分大脑神经元在无刺激和有刺激时的神经兴奋活动性。而DTI则是利用水分子在诸如大脑白质的生物体组织中的弥散各向异性(anisotropic diffusion)，对生物组织结构进行成像的。正是由于DTI技术能对大脑白质纤维结构进行成像，以及它区别于其他研究大脑结构技术手段的非侵入性等特点，使得这种成像方法受到了认知神经科学家、脑外科医生以及心理学家的关注(catani，2006；Duffan，2008；Gabrieli，2009；Schlaggar&McCandliss，2007)。

2　DTI基本原理

在大脑白质中，具有相同连接走向的神经元轴突构成神经纤维束，神经纤维束一般被认为是连接不同大脑皮层区的底层神经结构，用以传递神经刺激。正是由于神经纤维束的这种高度定向性的结构特征，使得水分子在大脑白质中倾向于沿着神经元轴突的长度方向进行弥散，而在与轴突垂直方向上的弥散会受到阻碍，即弥散呈现出各向异性的特点(Beaulieu，2002)。DTI正是利用核磁共振仪测量记录生物体组织中水分子的这种弥散特点，从而推断出生物组织的结构特征(Basser&Jones，2002；Mori&Van zij1，2002)。

由于在三维空间中水分子的弥散可能朝着任意方向，仅仅依靠一个标量来描述弥散是不够的，因此需要引入一个二阶张量来描述三维空间中的弥散性质，这也是为什么叫作弥散张量成像的原因。一般情况下，二阶的对称张量有6个自由变量，因此至少需要测量6个方向的弥散信息来计算弥散张量。一般的磁共振仪都可以测量12、20、32个甚至更多个方向的弥散加权像。后续的纤维追踪等数据处理都是建立在弥散张量的计算基础之上。在几何上一个成像体素中的弥散张量对应于三维空间中的一个椭球，弥散张量的最大特征值所对应的特征向量方向，即椭球的主轴方向，被认为是该成像体素中大多数水分子整体弥散的方向，因而被认为是纤维束的连接方向。纤维追踪就是根据每个体素中的主轴方向，重建出三维空间中的纤维束连接。这也是确定性纤维追踪算法的基本原理(Lazar，Weinstein，Tsuruda，Hasan，Arfanakis，Meyerand，Badie，Rowley，Haughton，&Field，2003；Lu，Aldroubi，Gore，Anderson，&Ding，2006)，与确定性纤维追踪相对应的是概率性纤维追踪算法(Behrens，Berg，Jbabdi，Rushworth，&Woolrich，2007)。

在DTI成像中使用最广泛的一个参数就是局部各向异性(Fractional Anisotropy)指数，又称FA值(Basser&Pierpaoli，1996)，用下式计算得到其中λ1、λ2、λ3分别对应于弥散张量的三个特征值。FA的取值范围在0到1之间：越接近0表示体素中的水分子弥散各向同性程度越高，水分子朝各个方向的弥散几率相同，该体素中的纤维束没有方向很明显的特定连接；而越接近1则表示该体索中水分子弥散的各向异性程度越高，水分子几乎朝着主轴方向进行弥散，即该体素中的纤维束连接几乎朝着同一方向。因此体素中的FA值大小描述了该体素中分水子的各向异性弥散程度，亦间接描述了体素中纤维束连接的一致性。但有一点需要注意的是，FA值本身并没有提供纤维束连接的具体方向，这需要诸如纤维追踪等其他数据处理方法来描述。

使用弥散张量计算所得到的每个体素的FA值、以及追踪所得到的纤维束连接，使得结合DTI来研究功能认知大致可以分为基于体素(voxel-based)或感兴趣区(ROI-based)的分析方法，以及基于纤维追踪(tract-based)的分析方法。其中基于体素的分析方法常常是以数据主导的，而基于感兴趣区和纤维追踪则是以先验假设为主导的分析方法。DTI与语言认知研究的结合也主要从这两个方面来开展。

3　DTI与语言认知研究的结合

认知神经科学的许多实验技术(例如ERP、fMRI等)都有一个相同的研究思路，即如何将认知任务的细小变异在大脑神经反应上体现出来(例如ERP对应的不同脑电成分、fMRI对应的不同脑区的激活等)。但由于水分子的弥散是一种自发的物理现象，仅仅是由于其弥散环境的结构特点使其呈现出各向异性或各向同性。DTI也正是根据这种弥散特性间接推断生物组织结构的，因此进行DTI的扫描并不需要特定的认知任务，被

试在有无刺激的情况下得到的数据相对稳定。正因为如此，DTI成像技术既有好的一面，例如在脑损伤的病人研究中，由于被试不需要做任务，所以DTI得到的结果可以解释引起病人行为差异上的大脑结构的变异；同时也有不足的一面，即DTI不容易和具体的认知研究结合起来。所以如何将DTI和认知研究相结合并充分利用DTI的特点成为研究者所思考的一个问题。

DTI之所以受到认知神经科学家的重视，在于其可以找到人们所关心的认知功能之下的生理结构基础。这一点对于认知研究，特别是语言认知研究具有重要的意义，对于前人语言认知研究所提出的一些加工模型，结合DTI可以试图找到这些认知加工模型的结构基础。这样不仅可以从结构上验证各种语言加工模型，对于更复杂的语言加工模型的提出也具有一定的指导意义。

3.1语言的认知能力――DTI与行为认知研究

一个普遍的假设是，各种认知加工的反应时依赖于大脑白质结构的微观结构性质，例如轴突髓鞘化的程度。髓鞘化程度的增加将会促进神经刺激的传导速度，体现在行为上则表现为反应时减少。髓鞘化程度与DTI成像体素的FA值有关，轴突髓鞘化程度越高，体素中FA值也越高；而神经传导越快，行为反应时则越短(Beaulieu，2002)。髓鞘化程度与神经刺激传导速度之间的这种相关关系则可以通过成像体素的FA值与行为反应时之间的关系来验证。相关脑区的FA值越大，则通过该脑区传导神经刺激的行为认知反应时也越短。

Gold等人用DTI技术研究了视觉词汇识别能力与大脑白质间的关系(Gold，Powell，Xuan，Jiang，&Hardy，2007)。研究发现，言语能力正常的被试在完成真假词汇判断任务时，其行为反应时与大脑左侧额下、顶下脑区的白质体素FA值呈显著的负相关。研究者通常认为被试在完成快速词汇判断的过程中，涉及到了视觉输入、言语加工、以及执行判断等序列加工环节。研究中发现与反应时相关的顶叶下部皮层区属于言语加工的典型脑区，而非视觉加工或运动执行等相关脑区。研究进一步发现相关的额下、顶下白质区域位于上纵束神经纤维附近，因此这两个脑区在完成词汇判断任务时可能存在结构上的联系，比如快速的神经刺激传导。而且根据研究结果的负相关可以看出，视觉词汇识别的速度与额下、项下之间的纤维束连接强度(或者说纤维束的走向一致性)有一定关系。

阅读是语言认知研究的一个重要的方面，是从书面文字中获取意义的过程。阅读不仅包含视觉、听觉等低级认知加工过程，而且也包含语言学等相对高级的认知加工过程。对个体而言，正常阅读能力的发展是其他学习能力发展的基础。阅读障碍通常是指在儿童学习获得阅读技能的过程中所表现出的显著异于正常阅读群体的困难(Vellutino，Fletcher，Snowling，&Scanlon，2004)。在英语母语的儿童中大约有5％～17％的人存在着阅读障碍(Gabrieli，2009)。因此研究阅读障碍儿童成为我们了解人类语言认知的一条重要途径。在阅读技能的发展过程中，大脑结构发育的差异。例如不同脑区之间的神经纤维连接的不同。或许能够解释不同个体之间阅读能力的差异(Nagy，Westerberg，&Klingberg，2004)。DTI正好可以用于探究不同个体之间在大脑白质纤维束连接上的异同(caylak，2009；Gabrieli，2009；Schlaggar&McCandliss，2007)。成像体素中较高的FA值表示神经连接发育过程中髓鞘化程度较高；反之表示髓鞘化程度较低，神经纤维连接的程度亦较低。

研究者发现，无论是对于成人的正常阅读能力者和阅读困难者(Klingberg，Hedehus，Temple，Salz，Gabrieli，Moseley，&Poldrack，2000)，还是对于正处在阅读发展过程中的或高于平均阅读能力水平的儿童(Beaulieu，Plewes，Paulson，Roy，Snook，Concha，&Phillips，2005；Deutsch，Dougherty，Bammeg Siok，Gabrieli，&Wandell，2005)、或低于平均阅读能力水平的儿童(Niogi & McCandliss，2006；Odegard，Farris，Ring，McColl，&Black，2009)、或正常阅读能力水平的儿童(Fryer，Frank，Spadoni，Theilmann，Nagel，Schweinsburg，&Tapert，2008，)，其左侧相应脑区的FA值与标准化阅读测验分数呈现显著的正相关。对于成年人，FA值与测验正相关的脑结构为左侧颞顶联合区皮层下的白质纤维；而对于儿童，相应脑结构为胼胝体的上冠状束。二者之间的区别在于对成人的研究中相关白质纤维束为前后的连接走向：而儿童的相应脑区白质为上下走向的冠状纤维束。

语言认知、阅读能力与DTI成像体素的FA值有关，这一点揭示了大脑功能与结构之间的关系。但研究者更感兴趣是，究竟是大脑发育过程中，白质结构上的细小差异导致了语言功能或阅读能力上的差异；还是由于在认知发展过程中，不同水平的认知能力塑造了与之所对应的不同白质纤维结构。由于只是相关研究，所以并不能给出大脑结构与语言功能之间的因果关系，要回答这个问题还需要更丰富的技术手段与更综合的追踪研究来探讨。

3.2语言的大脑结构――DTI与fMRI功能激活研究

与语言有关的脑成像研究可以给我们提供很多关于语言认知脑模块化理论的脑激活证据。脑的模块化理论认为不同的脑区参与不同的认知功能。由于语言认知研究的复杂性，加上语言材料本身的复杂性，使得被试在特定的语言认知任务下，有一系列激活脑区参与认知任务。近年来不少的脑成像研究都越来越支持认知的网络化理论，认为完成某一项特定的认知功能需要一系列脑区参与其中，而某一特定的脑区往往也参与不同的认知加工过程(Price&Friston，2005)。

脑成像研究(例如具有较高空间分辨率的fMRI)虽然可以呈现出针对这些认知任务所激活的不同脑区，但并不能呈现这些脑区之间在结构上的联系。我们知道激活主要集中在大脑的灰质皮层，也就是神经元的胞体及树突部分，而传导神经刺激的轴突则位于皮层下的白质。白质纤维束就是连接不同脑区皮层的神经纤维结构，DTI纤维追踪技术能很好的描述白质纤维束的连接情况。若以功能激活脑区为种子点或感兴趣区，从种子点出发进行纤维追踪，就能还原出不同功能激活皮层之间的纤维联系，这对于了解不同激活脑区之间的结构连接提供了很好的证据，也给认知理论的网络化模型从大脑结构上提供了很好的证据(Mulkem，Davis，Haker，Estepar，Panych，

Maier，&Rivkin，2006；Staempfli，Reischauer，Jaermann，Valavanis，Kollias，&Boesiger，2008)。

3.2.1　DTI与语言偏侧化

语言功能的偏侧化和大脑结构的偏侧化之间的关系是研究者一直所关心的问题。已经有很多研究探讨了基于功能激活和体素形态(Voxel-Based Morphometry，VBM)的大脑灰质的不对称性，例如Good和Watkins等人发现左侧颞平面的灰质密度显著大于右侧(Good，Johnsrude，Ashburner，Henson，Friston，&Frackowiak，2001；Watkins，Paus，Lerch，Zijdenbos，Collins，Neelin，Taylor，Worsley，&Evans，2001)。而研究两个半球白质结构之间的差异却很少。DTI方法的出现弥补了这一研究空白。

与语言功能偏侧化相一致，研究者利用DTI方法考察了正常被试在大脑白质结构上的半球差异(Buchel，Raedler，Sommer，Sach，Weiller，&Koch，2004;Catani，Allin，Husain，Pugliese，Mesulam，Murray，& Jones，2007;Hagmann，Cammoun，Martuzzi，Maeder，Clarke，Thiran，Meuli，& Patemot，2006；Nucifora，Verma，Melhem，Gur，& Gut，2005;Parker，Luzzi，Alexander，Wheeler-Kingshott，Ciecarelli，& Lambon Ralph，2005；PowelI，Parker，Alexander，Symms，Boulby，Wheeler-Kingshott，Barker，Noppeney，Koepp，&Duncan，2006;Vernooij，Smits，Wielopolski，Houston，Krestin，& Van der Lugt，2007)，研究发现在左侧语言相关脑区白质体素的FA值显著大于右侧，说明左侧的白质纤维具有更高的结构定向性，并且与语言功能相关的弓状束纤维、上纵束纤维也都具有左侧偏侧化。例如Catani等人的纤维追踪结果发现在外侧裂附近的语言网络左右半球存在差异(Catani et al.，2007)，这种差异具体表现为：虽然左侧和右侧都有从额叶连向顶叶，再从顶叶连向颞叶的间接纤维连接，但左侧却存在从额叶直接连向颞叶的纤维连接，即弓状束纤维连接。有趣的是，在Catani等人的研究中还发现这种弓状束连接偏侧化程度越高的被试，在完成依靠语义回忆词汇的测验任务上成绩越差。这似乎与之前所认识的语言功能的偏侧化与大脑结构的偏侧化有关这一观点矛盾，大脑结构越对称的被试对于特定的认知功能似乎更具有优势。

对于纤维结构上的偏侧化与功能偏侧化之间的关系，研究者也未取得一致的结论。虽然研究发现这种白质纤维束结构的偏侧化与功能偏侧化具有一致相关性，但也有研究者报告这种一致性受到了被试利手的影响：只有在右利手的被试身上才发现结构的不对称程度与功能的不对称程度相关(Vemooij et al.，2007)。最近的一个白质结构连接的研究(Gharabaghi，Kunath，Erb，Saur，Heckl，Tatagiba，Grodd，&Kamath，2009)还发现了与左侧语言脑区白质结构连接模式(catani et al.，2007)相似的右侧纤维连接。这也给已经得到白质纤维偏侧化与语言功能偏侧化之间的关系提出了挑战。

利用DTI方法研究大脑语言结构和功能偏侧化之间的关系，既发现了很多结构和功能偏侧化一致的结果，也提出了很多新的问题。更重要的是利用DTI研究大脑偏侧化问题给我们探索大脑结构和功能之间的关系提供了一条有益的途径。

3.2.2　DTI与语言通路

在语言认知研究中，大脑左半球皮层的Broca区和Wemicke区被认为在语言加工中起到了重要的作用，这两个脑区的之间的联系也被认为是语言认知中重要的神经连接。基于此，研究者提出了很多语言认知加工模型(Hickok&Poeppel，2004；Price，2000)。结合功能成像和DTI可以构建出语言的结构通路(Catani&Jones，2005；Friederici，2009；Friederici，Bahlmann，Heim，Schubotz，& Anwander，2006；Ghazanfar，2008;Glasser & Rilling，2008；Rilling，Glasser，Preuss，Ma，Zhao，Hu，& Behrens，2008；Saur，Kreher，Schnell，Kummerer，Kellmeyer，Vry，Umarova，Musso，Glauche，& Abel，2008)。

研究者发现除了连接Broea区和Wemicke区之间的经典弓状纤维束外，还存在额外的背侧和腹侧纤维束通路。其中Catani等人最先报告利用DTI方法发现了经由项下脑区连接Broca区和Wernieke区的间接通路(catani&Jones，2005)。并认为经典的直接通路与语音加工有关，而间接通路与语义加工有关。Glasser和Rilling以前人已有研究关于词汇语义、语音和韵律加工的激活脑区为种子点，追踪到了连接颞叶和额叶的弓状束纤维，并且从结构上区分了弓状束腹、背侧两条对应不同功能的神经通路(Glasser&Rilling，2008)，其中连接颞上(BA 22)和额叶(BA 44)的腹侧弓状束负责传递语音信息；而连接颞中、颞下(BA 21，37)与额叶的背侧弓状束则是传递词汇语义信息的重要通路。Sanr等人结合fMRI和DTI纤维追踪，发现了与亚词汇假词复述任务相对应的背侧通路，以及与听觉句子理解任务相对应的腹侧通路(saur et al.，2008)。而在腹侧，研究者发现了连接Broca区(BA45)和贺氏回脑区、颞上回前部脑区的外侧囊腹侧纤维束和沟状纤维束(Anwander，Tittgemeyer，Von Cramon，Friederici，&Knosche，2007；Frey，Campbell，Pike，&Pegides，2008)。综合功能成像的研究，腹侧通路与语义加工关，而背侧通路更多的是与句法加工有关。

研究脑损伤病人的DTI数据(choi，Jeong，Rohan，Polcari，&Teicher，2009；RauscheckeLDeutsch，Ben-Shaohar，Schwartzman，Perry，&Dougherty，2009)，结合功能像、行为测查，并将

数据与正常人做对比，则能更细致具体地发现语言认知能力和白质纤维束之间的关系。Rauschecker等人研究了一名由于5岁时恶性脑肿瘤接受放射治疗的病人，在随后几年对该病人的追踪行为测查中，发现病人存在深层的阅读障碍以及视空间、计算、以及快速命名的缺陷。对比该病人的DTI图像与正常人群的DTI图像发现，该病人缺少了双侧的上纵束神经纤维，以及弓状束神经纤维。研究者推测该病人的阅读缺陷和视空间缺陷分别与左侧和右侧的上纵束纤维的异常有关。该研究认为左侧上纵束纤维在个体的语言发展，特别是阅读发展中起到了重要的作用，该神经纤维的发展异常则会导致阅读的困难。

DTI成像技术使得我们可以非侵入性的直接观察大脑内部白质纤维的结构，Rilli，ag等人就比较了人与黑猩猩、猴大脑的弓状束纤维的异同(Rilling et al.，2008)。正如本文之前所综述的，弓状束在语言加工中起到了重要的作用，Rilling的研究发现黑猩猩和猴的弓状束纤维主要从额叶连向顶叶，只有少量的纤维连向颞上部分区域，而人类的弓状束纤维则更多地向颞中、颞下脑区延伸。弓状束所连接的颞叶和额叶脑区也更广泛。研究者认为这种物种之间的脑形态结构上的差异或许反映了语言功能的生理结构基础和大脑结构进化之间的关系。

DTI用于研究语言通路，不仅可用于研究特异于其他认知功能的语言大脑结构，也可以试图从大脑进化的角度帮助我们理解人类与动物之间在习得语言技能上的结构差异。

3.3语言网络――DTI与其他脑成像方法

近年来，关于大脑网络的研究越来越受到研究者的重视。包括功能连接、白质纤维束连接、灰质密度、皮层厚度等在内的多种功能和结构形态从不同方面描述了大脑的网络特征(Bullmore & Sporns，2009；Hagmann，Cammoun，Gigandet，Meuli，Honey、Wedeen，&Sporns，2008；He，Chen，&Evans，2007)。

DTI作为无创的大脑白质纤维束连接成像技术也为研究大脑整体网络提供了丰富的信息。已有的静息态功能成像发现，大脑存在和语言相关的默认网络(Greicius，Supekar，Menon，&Dougherty，2009；Xiang，Fonteijn，Norris，& Hagoort，2010)，Carreiras等人的研究就分别从灰质密度、白质纤维链接和功能连接几个方面共同解释了晚期阅读习得者和文盲之间由于脑结构和功能上的差异所表现出来的阅读能力的差别(carreiras et al.，2009)。Morgan等人利用功能定位找到辅助运动区、Broca区以及Wernicke区等语言相关脑区，并比较了这三个脑区之间静息态功能连接和DTI结构连接之间的关系(Morgan，Mishra，Newton，Gore，Ding，&Greenlee，2009)，发现辅助运动区和Broea区之间在功能连接和结构连接上具有正相关关系。Morgan等人的研究对于比较不同脑成像模态网络之间的关系做出了有益的尝试。使用多种脑成像手段共同研究语言认知网络(Agosta，Henry，Migliaceio，Neuhaus，Miller，Dronkers，Brambati，Filippi，Ogar，&Wilson，2010；Carreiras，Seghier，Baquero，Estevez，Lozano，Devlin，& Price，2009；Saur，Sehelter，Sehnell，Kratoehvil，Kiipper，Kellmeyer，Ktimmerer，K10ppel，Glauche，&Lange，2010)，并同时探讨这些不同脑成像模态网络之间的关系(Morgan et al.，2009)逐渐成为今后脑成像与功能认知研究的趋势。

4　总结

DTI成像相比于其他脑成像技术有着无法取代的优势。其基于水分子各向异性弥散的成像原理使得我们可以非侵入性的直接观察大脑的白质纤维结构以及脑皮层之间的纤维联系。已有的DTI与语言认知的研究从多个方面展示了DTI在语言认知研究方面的特点与优势：DTI与行为认知的研究揭示了包括阅读障碍在内的特定语言认知缺陷与相关的大脑白质区纤维联系程度的显著下降有关：DTI与fMRI的研究则从功能偏侧化和功能结构两个角度同时为语言认知的理论模型验证提供了脑成像的证据；DTI与脑网络结构的研究则为今后DTI与语言认知研究的结合与发展指出了一条新的途径。

大脑结构篇5

关键词：运动；脑可塑性；教育；认知神经科学

中图分类号：G804　文献标识码：A　文章编号：1004―4590(2011)06―0061―04

1　前言

脑的可塑性是指大脑结构和功能随着内外环境变化而不断修饰和重组的能力，人类发展的生命全程，脑都具有可塑性。人类探索大脑活动的规律，全面认识大脑的可塑性，正确理解脑的可塑性研究对教育的启示，并应用于教育实践，对于实现科学使用脑、保护脑，进而开发大脑具有重要的意义。近年来一些研究发现运动可影响大脑的可塑性，运动和脑的可塑性关系日益受到关注，成为多学科领域研究前沿和热点问题；本文拟对二者间关系的研究进展进行综述，并探讨该领域研究成果对教育的启示，为使用运动手段提高大脑健康发展提供理论和应用基础。

2　运动与脑的可塑性研究进展

2.1　运动对不同层次脑可塑性的影响

人脑是自然界最复杂的系统，人脑结构与功能的高度复杂性，决定了对大脑可塑性问题研究的多层面性。脑的可塑性是一个动态的过程，受经验和发育程序的交互作用影响，在宏观和微观上都表现出可塑性的特点，运动与脑可塑性的研究可以从以下三个不同的层次分析：宏观系统水平的脑可塑性、细胞水平的脑可塑性和分子水平的脑可塑性。

2.1.1　系统水平的脑可塑性

大脑的结构和功能组织在发育和经验作用下形成，而运动可改变系统水平的脑可塑性。首先，运动具有改变脑结构的能力。Colcombe等使用磁共振技术扫描脑结构，发现在排除年龄、教育等相关因素后，有氧体适能能够减少老年人脑前额叶、颞叶及顶叶的灰质和白质体积的下降。由于长期运动能提高有氧体适能，该研究间接揭示了运动对脑结构的影响。而纵向的干预研究则直接证明了运动会对脑结构可塑性产生影响，Colcombe等使用完全随机实验设计，通过磁共振技术扫描脑部结构，研究发现，与对照组比较，六个月有氧运动组老年人的与前额叶、颞叶及顶叶的灰质和白质容量显著增加。迄今为止，已发现运动对大脑结构的影响，涉及的脑区还包括小脑、海马和背侧纹状体等。

其次，运动具有改变相关脑区激活水平的能力。例如，Col－combe和Kramer等使用完全随机实验设计，采用功能磁共振技术方法检测老年人6个月的运动前后完成flanker task(一种测量认知功能的任务)时的脑区激活的特征，结果发现6个月的有氧运动能提高老年人的认知功能，其主要机制是通过降低前扣带回(the anterior cingulate cortex，ACC)激活水平，提高中前脑回(the middle frontal gyrus，MFG)和顶上小叶(the SU-perior parietal lobules，SPL)等相关的脑区激活水平。Yanagisawa等采用功能近红外成像技术研究短时中等强度功率自行车运动对大学生志愿者认知功能(stroop任务测查)的影响及其神经机制，结果发现中等强度运动提高其认知功能，且伴随着左侧背外侧前额叶皮层(left DLPFC)激活水平增加。

另外，运动还具有改变脑功能网络的能力。Voss等研究老年人有氧体能、默认模式网络(default mode network，DMN)和执行功能(Task switching、Wisconsin card sorting task任务测查)的关系，结果发现，老年人有氧体适能水平与其执行功能和DMN功能联接积极相关，且DMN功能在有氧体适能水平与其执行功能关系中扮演中介变量。Burdette等使用功能磁共振研究运动导致老年人的海马变化，结果发现，四个月的运动干预后运动组老年人海马的血流量增加，全脑网络联接分析发现海马的功能联接性增加，具体表现为增加了海马与前扣带回的联接。

2.1.2　细胞水平的脑可塑性

神经发生是细胞水平的脑可塑性主要表现之一。神经发生是指神经干细胞或神经祖细胞在诱导因素下产生的新神经元。近年来越来越多的研究表明，成年中枢神经系统仍存在神经发生，海马齿状回部位终生保持生成新神经元的能力。而运动可增强海马齿状回部神经干细胞或神经祖细胞的增殖、迁移、存活和分化，促进神经发生。例如，Kronenberg等较系统的探讨了自主运动(自主跑轮)对神经发生的影响，结果发现，自主跑轮运动可促进青年和老年小鼠海马齿状回颗粒细胞下层神经发生。Wu等研究主动运动(跑台训练)对成年小鼠神经发生的影响，结果发现，跑台运动促进成年小鼠马齿状回颗粒细胞下层神经干细胞的分化和新生细胞的生长。

突触的可塑性也是细胞水平的脑可塑性主要表现之一。突触的可塑性具体表现为结构的可塑性和传递的可塑性。突触结构的可塑性指突触形态的改变以及新的突触联系形成，突触传递可塑性指突触的反复活动引起突触传递效率的增加(易化)或降低(抑制)。研究发现运动可以通过改变突触结构参数、突触线粒体结构和数量以及突触数量等来引起突触结构的可塑性。例如，Briones等通过对康复训练后脑缺血大鼠齿状回突触学形态和与新陈代谢相关的超微结构变化的观察，发现运动训练使齿状回的分子内层和分子外层的突触数量和突触前末梢的线粒体数量明显增加，并在齿状回及其相邻的结构发现明显增多的颗粒细胞，表明运动训练能促进突触结构可塑性改变。任姗姗等通过观察运动训练前后雄性老年大鼠突触可塑性变化，发现运动可以逆转脑老化小鼠突触体数量衰减和突触体膜流动性下降，说明适量运动可以促进脑老化过程中大脑认知功能区突触的可塑性代偿，延缓脑老化的发生。同时运动训练还可以通过改善突触素、脑源性神经营养因子(brain―derived neurotrophic factor，BDNF)、N―甲基―D―天冬氨酸(NMDA)受体水平来引起突触传递的可塑性。例如，Yang等研究表明，运动增加了BDNF的表达，促进了突触功能的可塑性。张莉等发现短期强化运动训练增加大鼠海马结构CAI区和齿状NMDA受体表达增加，改善突触传递的可塑性。

2.1.3　分子水平的脑可塑性

运动对脑可塑性的影响的机制还可以追溯到相关分子的表达。运动对脑可塑性的影响在分子水平与BDNF、胰岛素样生长因子―1(insulin―likegrowthfactorl，IGF―1)、血管内皮

生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)、神经生长因子(nerve growth factor，NGF)和神经肽(neumpeptide)等有关，其中脑源性神经营养因子和胰岛素样生长因子―1是两种得到最多实验证实的分子。Vaynman等研究发现，老年人和阿尔茨海默氏症患者脑源性神经营养因子水平下降，而运动能增加这种分子的产生和分泌；而减少大脑胰岛素样生长因子一1的水平，会直接影响运动对海马神经发生、血管生成以及脑损伤康复的积极效果。另外，运动还可以引起神经组织基因表达改变影响脑可塑性。甲基化是哺乳动物中最为重要的一种DNA修饰，是影响基因表达调控的重要机制之一，所以改变脑内DNA甲基化水平会影响脑可塑性的变化，最近有研究指出DNA甲基化可能参与了运动促进老龄大鼠学习记忆功能与海马齿状回神经发生的调控。

综上所述，运动可对不同层面脑的可塑性产生积极影响，且不同层面脑可塑性的研究各具重点，它们不但对增进人类理解运动与脑可塑性的关系具有各自的独特贡献，而且共同为进一步使用运动手段保护脑和开发脑提供了坚实的科学基础。

2.2　运动对不同人生阶段脑可塑性的影响

在动物和人类毕生发展的进程中，脑都具有一定的可塑性，也就是说，大脑的可塑性不仅在个体发展的早期有所发现，而且在个体发展的中、晚期也有所发现。我们将运动对脑可塑性影响的研究解构为三个阶段：发育期(大概为生命周期的前二十年)、成年期(生命周期的第二和第三个二十年)和老年期(生命周期的第三个二十年以后)。

2.2.1　发育期

运动对发育期的脑可塑性有积极影响，不存在所谓的“天花板效应”。例如，Kim等研究了跑台训练对幼年SD大鼠神经发生的影响，结果发现中等强度和低强度的训练均可显著增强大鼠海马齿状回SGZ神经干细胞的增加。Ra等研究了跑台和游泳训练对幼年SD大鼠海马齿状回SGZ神经发生的影响，结果表明跑台运动和游泳均促进了大鼠海马齿状回的神经发生。陈爱国研究选择五年级儿童为研究对象，使用Flank―er任务评价执行功能，利用心理测量技术和功能磁共振成像技术检测一次30分钟的中等强度有氧运动前后儿童执行功能及其脑激活模式的特征性变化，结果发现短时中等强度有氧运动诱发儿童执行功能脑激活模式的积极变化。

有一点更值得重视，运动对发育期脑可塑的积极影响也许会导致个体具有联系更紧密的大脑网络，当某个脑区受到损伤，其他的脑区能够进行更积极的代偿，从而表现出较少的认知功能障碍，即所谓的脑储备。例如，Sergio等选择21天雄性Wistar幼年大鼠为研究对象，实施39天跑台运动，然后过90天检测其癫痫的易感性，结果发现对其发育期的运动干预能改变成年期癫痫的易感性，改善期脑功能。Dik等对1241名62―68岁的老年人进行了一项基于人群的前瞻性研究，通过让他们回顾15―25岁的运动情况，结果发现发育期运动水平与老年人认知能力积极相关。

2.2.2　成年期

传统观点认为，一旦脑发育完全(在青春期结束时)，其有经验所塑造或从创伤恢复的能力就大大受到限制了。然而这种观点近年来被了――“成年期可塑性”观点已得到越来越多的研究者认同。运动对成年期大脑同样具有可塑性。例如，Wu等研究跑台训练对成年小鼠神经发生的影响，结果发现，跑台运动促进成年小鼠海马齿状回颗粒细胞下层神经干细胞的分化和新生细胞的生长，同时神经突触生长增强。另外，运动对成年期脑可塑的积极影响同样会导致个体具有联系更紧密的大脑网络，表现出脑储备特征。Chang等研究中年的运动水平与老年期认知功能和痴呆发病率的关系，结果发现，生命中期的运动水平可以保持老年期认知功能，以及减少或推迟老年期痴呆的发病风险。

2.2.3　老年期

长期以来，老年期研究延续的是传统的“衰退模型”，强调年老化所带来的脑的可塑性下降。然而越来越多的研究表明，老年人脑的可塑性可以通过训练得以提高，甚至在一定程度上有所逆转，如引发脑容量、海马体积、神经发生等的变化。运动对老年期大脑同样具有可塑性。如，Colcombe和Erickson等使用完全随机实验设计，通过磁共振技术扫描脑部结构，研究发现.与对照组比较，6个月有氧运动组老年人的与认知功能相关脑区(前额叶、颞叶及顶叶)的灰质和白质容量显著增，从脑结构的变化的角度揭示了运动对老年人脑可塑性的影响。Eriekson等借助磁共振技术，探讨老年人体适能水平和海马体积的关系，发现老年人有氧体适能水平与老年人海马体积显著相关；Vall Praag等也从神经细胞可塑性层面揭示了，运动能提高老年大鼠的学习记忆能力和海马神经发生。

综上所述，运动对人生各阶段(发育、成年和老年)脑的可塑性都有积极影响，这提示我们什么时候开始参加运动都不迟，都会取得积极的效果；更重要的是人生早期运动对脑的可塑性影响会起到脑储备的作用，增加后期脑应对衰退和损伤的韧性。

3　运动与脑可塑性研究的教育启示

近几十年来运动与脑的可塑性研究进展证实，运动对大脑具有终生的近乎全能的可塑性，运动能积极改善大脑的可塑性，促进人身心健康发展。真正限制人类获得身心健康的最主要因素，是对这种可塑性及其应用方式的缺乏认识，如果能使全社会认识并高度关注建立适于脑、促进脑的运动教育，则对提高人类的生活质量有着重要的作用和价值。

3.1　理解运动与大脑可塑性研究成果。重视运动的积极作用

长期以来，人们的头脑中形成了一些错误的概念如“四肢发达、头脑简单”，“孩子参加运动影响学习”等错误的概念。而近年来的研究却得出相反的结论，例如，魏高峡等对北京奥运会金牌选手等12名中国跳水健将进行研究，发现优秀跳水运动员在双侧丘脑和左侧运动前区上的灰质密度显著高于普通人，属于“四肢发达，头脑复杂”。近期的研究也发现与学业成绩有关的认知、注意控制、情绪功能都具有特定的中枢神经基础，而运动能够改善这些特定神经基础，实际的情况是“运动促进孩子的学业成绩提高”。另外，运动与大脑可塑性的研究表明：运动对个体发展的生命全程大脑都具有一定的可塑性，大脑具有终身的可塑性，运动能够对各年龄阶段大脑的可塑性产生积极效应，这为终身体育提供了神经科学基础。因此，教育者应该不断学习最新的运动与脑可塑性研究成果，正确、全面理解运动对脑可塑性的积极作用，并将其和教育实践紧密联系起来。

3.2　提供丰富且适宜的运动干预(教育)方案，提高方案效果

大脑正是由于受到运动影响产生可塑性变化，因此运动对于大脑可塑性方面起着十分重要的作用，就运动本身而言，对大脑可塑性的影响可能是积极的，也可能是消极的，主要由运动干预方案各构成要素决定，即运动干预方案与脑可塑性的“剂量效应”，所谓剂量效应是指有氧运动各构成要素(类型、强度、频率、每次时间、干预总时间等)单独和交互作用与脑可塑性的关系。例如，研究显示，简单运动方式如跑笼仅可促进脑血管生成，而复杂技巧训练如转棒和杂技(acrobatiet ask)可增加脑皮层突触数量；持续7天的小强度跑台运动可明显诱导幼龄大鼠海马齿状回神经发生，而大强度持续运动7天则未诱导海马神经发生。因此，教育者要积极创设和提供提供丰富且适宜的运动干预(教育)方案，辅以教育教学方法的改革，提高方案的针对性和实效性。

大脑结构篇6

前言：本文是互联网大脑计划启动建议的第五篇，互联网大脑计划是在新世纪新的科技背景下，将互联网、人工智能与脑科学领域进行交叉研究，从而建立具有中国特色的“大脑计划”，其特点可以总结为：““三个支点，两个目标，一个基础“。

本文将重点介绍互联网时代大脑计划中国面临的机遇，互联网神经学提出的背景和主要研究方向的详细内容。提出互联网神经学应该成为互联网时代大脑计划的理论研究基础。

1.互联网时代大脑计划的中国机遇

十八大以来，国家主席提出“中国梦“，确定中国人民到新中国成立100年时建成富强民主文明和谐的社会主义现代化国家的目标，从而实现实现中华民族伟大复兴，另一方面通过“人类命运共同体”的阐述，第一次向世界传递对人类文明走向的中国判断。

在不同时间、不同场合强调：“综合国力竞争说到底是创新的竞争。”“创新是引领发展的第一动力。抓创新就是抓发展，谋创新就是谋未来。”“创新始终是推动一个国家、一个民族向前发展的重要力量，实施创新驱动发展战略，就是要推动以科技创新为核心的全面创新。”

互联网与脑科学的交叉对比、互联网大脑架构体系建立、互联网神经学的提出，是在过去10年里在中国形成的创新成果。互联网与脑科学的结合作为21世纪科技发展的新方向和新领域。留给中国难得的重大前沿理论创新机遇，这需要中国各领域科学家，特别包括互联网，神经学，人工智能，进化论，科技哲学等领域的科学家抓住机遇，勇于探索，抢占这个新时代条件下的基础科学理论制高点。

2015年两会期间，李克强在政府工作报告中提出制定“互联网+”行动计划，推动移动互联网、云计算、大数据、物联网等与现代制造业结合，促进电子商务、工业互联网和互联网金融健康发展，从而抢占新兴产业和新兴业态的竞争高地。在李克强总理的号召下，在中国，互联网已经与越来越多的行业，产业结合，释放出巨大的能量。包括金融，农业，制造业，交通，服务业等等。

互联网+脑科学，同样蕴含了巨大的创新能量和拓展空间，有可能使中国在21世纪的前沿科学领域占领制高点。并深刻影响到包括网络理论、科学技术哲学、神经心理学，认知科学，乃至中国传统文化和思辨方式在新科技条件下的价值体现，国家军事政治在互联网条件下的发展策略和理论架构等。

前文中提到，从技术进步导致科学突破的角度看，互联网带来的科学突破即将发生在脑科学领域，也就是破解大脑奥秘的钥匙就在互联网身上而不是其他，但从各国目前脑计划的制定看，互联网这个因素并没有得到足够的重视。没有互联网作为参照物，宏大的脑计划必将成为无源之水，无根之木，目前欧美脑计划出现的问题已经反映出这种倾向。

“这是因为缺少一个脑科学的统一框架。”美国哥伦比亚大学神经学家拉斐尔尤斯特说，科学家现在只能研究其中的个体或小部分，就像是“通过一个像素来理解电视节目一样”。这些连接之间的每一层次都有各自的运作法则。但是，“这些运作法则，我们目前几乎一无所知”。

基于此，我们建议在相关部门的支持下，采取科研自组织和国家队相结合的方式，聚集来自神经科学，计算机，人工智能，科技哲学，网络经济，国家战略等方向的(青年)科学家组成攻坚力量，启动互联网大脑计划，抢占新时代条件下的互联网，脑科学方向基础科学理论和科技成果研究制高点。互联网大脑计划的特点可以归纳为：“三个支点，两个目标，一个基础“。

三个支点：

以互联网，人工智能，脑科学三个领域作为支点进行跨学科交叉研究，从而形成21世纪中国原创的重要科学成果；

两个目标：

1)通过脑科学预测互联网和人工智能未来发展趋势；

2)利用互联网作为研究大脑的参照系，建立以互联网架构为参考的人脑模型，从而为揭开神经学科学难题建立一条新的科学路径；

一个基础：

以形成中国原创的互联网神经学学科作为未来脑计划的基础。

2.互联网神经学的提出和研究方向

从过去10年科学研究进展看，互联网与脑科学这两个原本距离遥远的领域，关系远比想象的要深入和密切，我们认为互联网大脑计划的核心以互联网，人工智能，脑科学为基础，建立在中国原创的互联网神经学学科，目标是通过脑科学预测互联网和人工智能未来发展趋势，建立以互联网架构为参考的模仿大脑模型，从而为揭开大脑之谜建立一条新的科学路径。并以此为基础，从而找到撬动中国脑计划向纵深发展并引领世界科技发展的关键因素。

可以这样描述互联网神经学(Internetneurology)：基于神经学的研究成果，将互联网硬件结构，软件系统，数据与信息，商业应用有机的整合起来，从而构建互联网完整架构体系，并预测互联网沿着神经学路径可能产生的新功能和新架构；根据互联网不断产生和稳定下来的功能结构，提出研究设想，分析人类大脑产生意识，思想，智能，认知的生物学基础；研究互联网和人类大脑结构如何相互影响，相互塑造，相互结合，相互促进的双巨系统交叉关系。

如果以脑科学和互联网为横坐标轴两端，生理学和心理学作为纵坐标的上下两段，互联网神经学将由四部分组成：互联网神经生理学，互联网神经心理学，脑互联网生理学，脑互联网心理学，它们之间的交叉部分将形成第五个组成部分-互联网认知科学，他们的关系如图2所示，更为详细的介绍如下：

(1)互联网神经生理学(Internetneurophysiology)重点研究基于神经学的互联网基础功能和架构，包括但不限于互联网中枢神经系统，互联网感觉神经系统，互联网运动神经系统，互联网自主神经系统，互联网神经反射弧，基于深度学习等算法，运用互联网大数据进行图像，声音，视频识别等互联网人工智能处理机制。

(2)互联网神经心理学(Internet neuropsychology.)重点研究互联网在向成熟脑结构进化的过程中，产生的类似神经心理学的互联网现象。包括但不仅限于互联网群体智慧的产生问题，互联网的情绪问题，互联网梦境的产生和特点，互联网的智商问题等。

(3)脑互联网生理学(BrainInternetphysiology)重点研究大脑中存在的类似于互联网功能结构的地方，使得不断发展的互联网成为破解大脑生物学原理的参照系，包括但不仅限于大脑中的类搜索引擎机制，大脑中类互联网路由机制，大脑中的类IPv4/IPv6机制，大脑神经元类社交网络的交互机制，人类使用互联网对大脑生理学结构的重塑影响等。

(4)脑互联网心理学(BrainInternetpsychology)重点研究互联网对人类大脑在心理学层面的影响和重塑，包括但不仅限于互联网对使用者产生的网瘾问题，互联网对使用者智商影响问题，互联网对使用者情绪和社交关系的影响问题等

大脑结构篇7

【关键词】  小儿;下丘脑错构瘤;核磁共振成像

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【摘要】  目的 分析下丘脑错构瘤的核磁共振成像(mri)表现，提高诊断水平。方法 对11例下丘脑错构瘤的mri表现和临床资料进行回顾性分析。结果 mri表现为鞍上池或脚间池内呈圆形或椭圆形肿块影,肿块均与灰结节或乳头体柄相连。t1wi上与脑灰质信号一致,t2wi上呈稍高或等信号,信号均匀,增强后均未见肿块强化。结论 下丘脑错构瘤临床表现独特，极易误诊，mri是目前诊断下丘脑错构瘤的最佳影像学方法。

【关键词】  小儿;下丘脑错构瘤;核磁共振成像

下丘脑错构瘤又称下丘脑神经元错构瘤，是一种先天性脑畸形,主要发生于儿童及婴幼儿期。临床极易误诊，笔者收集本院2002年1月～2009年10月收治的临床和影像资料完整的11例下丘脑错构瘤作回顾性分析，旨在提高磁共振(mr)诊断水平。

资料与方法

1.一般资料 本组11例,男5例,女6例,年龄2～7岁,平均6.3岁,病程1～18个月。7例患者经手术病理证实。4例定期随访肿瘤未见变化而确诊。临床表现为性早熟7例，其中男5例，表现主要以阴毛生长、阴茎增大、喉结增粗、声音粗旷、身高高于同龄儿、脸部出现青春痘为主的性早熟。女2例表现为双乳发育、月经初潮。痴笑样癫痫4例，合并智力障碍1例。

2.检查方法 检查采用xgy 0.3t oper永磁型低场 mr扫描仪，扫描序列包括扫t1wi 230/10(梯度回波序列)，t2wifse 4000/130(快速自旋回波序列)，flair 6000/1650/106(压水序列)，横轴位t2wi、t1wi、flair序列,冠状位、矢状位t1wi，层厚8 mm，层距1 mm，矩阵256×256 ，11例进行了增强扫描，选用广州康臣gddtpa造影剂，增强扫描剂量0.2 ml/kg。

结 果

mr表现：①部位：均位于三脑室底部脚间池和鞍上池区肿块,肿块以广基与灰结节或乳头体及垂体柄相连有8例,呈“带蒂”状有3例。②形态：椭圆形9例,圆形2例。体积最大直径为3.7 cm,最小直径为1.1 cm。边缘光整,境界清楚。③信号：信号均匀,t1wi信号与脑皮质相似,7例t2wi呈稍高信号，4例呈高信号。11例增强扫描均未见增强(图1～4)。

讨 论

1.下丘脑错构瘤起源 下丘脑错构瘤最早于1934年由marquand和russell首先报道, 是一种少见的先天性脑发育异常,病理上又称为“下丘脑神经元错构瘤”[1]。根据who 1993年对中枢神经系统肿瘤的组织分类,下丘脑错构瘤归类于囊肿及肿瘤样病变。有文献认为下丘脑错构瘤起源于乳头体或灰结节,于妊娠第35～40 d形成下丘脑板时错位所致,归属为中线神经管闭合不全综合征,此种异位肿块由类似于灰结节中的神经组织和正常胶质细胞组成[2]。

2.临床表现 下丘脑错构瘤有较独特的临床表现,多数在儿童早期发病,典型临床表现在:①性早熟;②痴笑样癫痫。性早熟为中枢性,表现为婴幼儿生长发育增快,身高和体重明显增高、增多,并出现第二性征发育。痴笑样癫痫是以发笑为主要发作形式的一种单纯部分发作。下丘脑错构瘤的临床症状主要根据其解剖结构,小和有蒂的错构瘤主要表现为性早熟，大的和无蒂的则多为痴笑样癫痫。valdueza等[3]将错构瘤分为4个亚型,认为有“蒂”的错构瘤以性早熟为主要临床表现,而无“蒂”的错构瘤则主要表现为痴笑样癫痫, 本组3例影像学显示为带“蒂”状，临床表现为性早熟，与文献报道一致。

3.mri诊断 下丘脑错构瘤mri特征性均表现为鞍上池区的圆形或椭圆形肿块，病变有“蒂”或无“蒂”或呈宽“基底”，与灰结节和乳头体或三脑室底部相连，边界清晰,肿块信号均匀。t1像上与脑皮质相似,t2像上则表现为等或稍高信号，可能与肿瘤内轴索髓鞘形成有关[4],或是由于瘤体内细胞种类及瘤体与下丘脑连接成分的不同[5]。增强后均无强化。因下丘脑错构瘤本身是正常的脑组织,其血脑屏障正常,故无强化表现。根据本病临床特点,结合神经影像学表现,无需手术和病理证实即可明确诊断。但临床上误诊为鞍上生殖细胞瘤、下丘脑胶质瘤和颅咽管瘤者仍屡见不鲜，这些疾病临床上缺乏性早熟、痴笑样癫痫表现,并且瘤体有进行性增大的趋势，增强后均可见不同程度强化。mri的多方位成像，在显示肿瘤边界、大小、侵犯程度、肿瘤特性和与周围组织结构的关系上具有较高的影像学价值。mr对下丘脑错构瘤能定位定性诊断，mri被认为是诊断下丘脑错构瘤的首选检查，诊断价值远高于ct，可为制定手术方案、评估手术风险及判断预后提供有力的依据[6]。因此若在儿童早期发病,出现性早熟、痴笑样癫痫,或伴有其他类型癫痫或行为异常等，尤其痴笑样癫痫的发作,应及早行mri检查确诊。

【参考文献】

  　[1]王忠诚.神经外科学[m].武汉:湖北科学技术出版社,1998：396-39.

[2]diebler c,ponsot g.hamartomas of the tuber cinereum[j].neuroradiology, 1983,25(2):93-101.

[3]valdueza jm,cristante l,dammann o,et al. hypothalamic hamartomas:with special reference to gelastic epilepsy and surgery[j].neurosurgery,1994,34(6):949-958.

[4]boyko ob,curnes jt,oakse wj,et al.hamartomas of the tubercinereum:ct,mr,and pathologic findings[j].ajnr,1991,12(2):309-314.

[5]freeman jl,colemanlt,wellard rm,et al. mr imaging and spectro-scopic study of epileptogenic hypothalamic hamartomas:analysis of 72cases[j].ajnr,2004,25(3):450-462.

大脑结构篇8

的产前、三维超声成像技术已广泛应用于临床，现已成为产前诊断胎儿畸形的重要手段。与二维超声相比，三维超声　超声波　成像　是　更多　精确的　和　可信赖的　到　看到　胎儿的　结构，因此　减少　这个　可能性　属于　错过　诊断　和　误诊　属于　胎儿的　头盖的　畸形，这个　文章　评论　这个　应用　属于　三维　超声波　成像　在里面　胎儿的　颅内的　b.

产前的。　三维　超声波　三维超声的出现是产科孕前检查的重大突破。它能很好地检测和筛查胎儿的各个方面，这是医学上的一大进步。与二维超声相比，三维超声成像检测范围更广，检测数据和结果更准确。它可以从冠状面、矢状面和横截面观察胎儿。因此，它在定位和数据方面非常可靠和科学。三维超声成像技术已广泛应用于临床，已成为产前诊断胎儿畸形的重要手段诊断胎儿脑结构复杂，仅凭证据难以做出准确的诊断结论。应多方位、多节段进行综合观察和分析，以降低胎儿脑畸形的漏诊和误诊率。本文综述了三维超声成像在胎儿颅内病变中的应用。

，提供类似CT或核磁成像的切片，有助于显示邻近结构或病变的程度。使用这种图像显示方法，可以对目标进行总结，可以一目了然地显示目标中的所有解剖结构，并且通过对一系列相邻切片的全面观察，可以准确地诊断目标病变。这种成像模式对诊断Dandy－walker畸形、菱脑融合和Blake　porch囊肿之后的颅窝池病变非常有帮助。

，但通过正交三平面成像模式可以很容易地获得，从而为准确诊断和定位肿瘤提供了一种快速有效的检查方法颅内病变。

.e。任何切割模式。传统的超声检查仍然基于真实器官结构的标准二维切片，但其中一些在检查过程中往往很难获得。三维多平面模型的主要优点之一是，它可以从以颅骨或斜切面为初始切面的扫描获得的体积数据重建大脑中线结构的图像，断层模型可以在一张地图上同时显示感兴趣区域及其周围的相邻构造，使得切面的采集更加方便、高效，同时三维重建图像更加清晰[1,2]。自由解剖成像模式还可以选择性地切割感兴趣区域，并获得垂直于切割线的单个图像。同时，它不仅可以使用直线和圆弧切割，还可以选择多点折线或自由曲线来获得任意切面，它可以显示用TUI法无法获得的曲线平面。

，以突出所有异常低回声结构。这种成像方法通常用于诊断心室扩张等。

它可以从不同角度观察组织或器官的表面、形状和轮廓。该模式通常用于观察胎儿头部、面部、四肢和躯干表面异常突出的肿块和形态轮廓。

。它最常用于检查心脏和血管的血流。彩色多普勒的三维成像模式与三维、四维或STIC的三维体积数据相结合，可以将血管分别显示为三维彩色血流图像，或与周围组织结构一起，以增强血管形状和空间深度的效果。该模式通常用于观察胎儿颅内血管、肝脏和腹部血管、脐带血管等。

对比成像是三维和四维应用中的一个很好的辅助工具。在三维超声处理过程中，获得了具有一定层厚的体积信息。与传统的三维单二维平面图像相比，体积对比度成像模式可以减少或消除噪声和斑点伪影，提高图像分辨率和对比度，优化图像质量。此外，体积对比度成像可以与自由解剖成像、断层扫描模式、多平面模式、反转模式等相结合，提高图像对比度，清晰显示图像细节。

。

李金英等人[3]也认为omniviewVegas技术可以作为一种更快、更有效的方法，清晰显示胎儿大脑结构，弥补传统胎脑检查的完整性。作为一种常规产前诊断技术，值得推广应用。赵丹，蔡爱露等[4]利用三维超声技术观察了正常胎儿小脑蚓部的前后径和上下径，并与MRI的测量结果进行了比较。结果表明，三维超声技术的测量值与MRIT的测量值一致，测量值高度相关。认为三维超声测量胎儿小脑蚓部的准确性和重复性较高，可以有效地评价胎儿小脑蚓部的发育和预后。龙璨、周启昌等[5]表明正常胎儿的三维全脑体积随着孕周、双顶径和头围的增加而增加，表明三维超声可以用来测量胎儿的全脑体积。无脑儿是神经管畸形的一种。无脑畸形分为两部分：大脑完全缺失，头皮和头骨也缺失。只有基底核和纤维结缔组织汽车公司负责。无脑儿出生后无法存活。通过回顾性分析，王屹等[6]认为三维超声技术在胎儿中枢神经系统畸形的诊断中，除了提高产前诊断的准确性外，还具有方便、无创、安全、无辐射、重复性高的特点，具有临床应用价值。

稀有的诊断该病的主要关键是看胎儿小脑蚓部是否完整。由于Dandy－Walker综合征通常在18周后完成胎儿发育，因此通常需要在18周后进行测试。在三维超声技术检测中，小脑蚓部发育不良的声像图主要表现为小脑蚓部部分缺失，第四脑室扩张，颅后窝池与第四脑室连接正常，小脑幕位置正常。Zhao等[7]认为，与二维灰阶超声相比，omniview技术可以更高效、准确、规范地测量胎儿小脑蚓部，并对颅窝病变进行定量诊断，为临床评价病情和预后提供重要依据。苏淇琛，杨海南等[8]利用三维超声容积对比成像（3D US VCI）技术测量了350例正常单胎胎儿21~32孕周胼胝体与小脑幕的夹角，分析了其与孕周的关系，并根据上述方法对14例单纯妊娠和12例Dandy－Walker畸形胎儿进行比较。认为三维US-VCI技术有助于单纯性枕大池和Dandy－Walker畸形的鉴别诊断。

。胚胎20周前，由于各种原因受到损伤，可导致发育异常，包括胼胝体发育不良、脂肪瘤等。准确诊断胎儿胼胝体发育不良是产前超声筛查胎儿颅脑畸形的重点和难点。最主要的原因是很难做到利用常规二维超声对胎儿颅脑矢状面进行清晰全面的检查，不仅增加了检查和筛查的难度，而且增加了异常婴儿的出生风险。三维容积成像技术的不断进步使得在矢状面和冠状面很容易获得胎儿大脑成为可能，而在传统的二维成像技术中很难获得胎儿大脑。研究表明[9]三维超声任意切割成像技术可以测量胎儿胼胝体体积，正常胎儿胼胝体体积与胎龄密切相关，从而计算胎儿胼胝体值是否在标准医学范围内，从而评价正常神经系统的发育情况，辅助胼胝体发育不良的诊断。

是一组由胎儿前脑发育障碍引起的复杂颅面畸形。几乎所有面部淋巴结都可能有病变。大多数病例可通过产前超声检查发现，中枢神经系统功能预后极差。王克军[10]对1000名年龄在（22~44）岁、妊娠期120~230天的孕妇胎儿进行常规超声检查和三维超声检查。通过对比分析，认为三维重建结合体层摄影超声成像技术可以对普通胎脑超声的后续诊断起到辅助作用，提高胎脑畸形的超声诊断水平。

当然，染色体畸变也可能是由遗传因素的影响引起的。主要表现为胎儿小脑重量较正常胎儿轻，脑回很小甚至缺失。Aristole等人[11]应用二维和三维超声检查和分析了84671名接受产前超声筛查的孕妇中5名患有小头畸形的胎儿的大脑结构，并得出以下结论：三维超声技术在二维灰阶超声诊断胎儿小头畸形的基础上，可以提供更多的颅内结构诊断信息，更直观的对胎儿小头畸形、胎儿颅骨、颅骨的立体解剖，前囟和后囟在小头畸形的诊断和预后评估以及指导临床干预中不可忽视。它是二维超声的重要补充。

赵利[12]回顾性分析了84例产前胎儿神经系统畸形患者的临床资料。所有异常胎儿的产后诊断均证实三维检测结果与三维超声诊断结果一致，即三维超声检测准确率为100%。结论三维超声检查质量高，漏诊率低，可广泛应用于胎儿神经系统畸形的临床诊断。

。目前，二维超声技术是产前诊断胎颅后窝结构异常的主要方法。然而由于胎儿颅后窝的复杂精细结构，二维超声技术在显示其详细解剖结构方面存在一些缺陷。此外，由于缺乏解剖标记，二维技术获得的断面后角程度没有统一标准，此外，声音和图像的质量会受到许多因素的影响，如母体腹壁脂肪层厚度、胎龄、年龄、年龄等，胎位和胎动，容易造成漏诊和误诊。郭翠霞，吴青青等[13]使用二维和三维超声观察，分析胎儿畸形的诊断准确性和预后。据认为，不同类型颅后窝畸形（Dandy－Walker畸形、小脑蚓部发育不良、Blake、s陷窝囊肿）的产前二维超声图像相似。产前三维超声对颅后窝异常疾病的分类和诊断具有重要意义。佟彤[14]在三维超声图像下对正常组和病例组的胎儿进行了比较，结果表明，在三维成像检测中可以清晰显示胎儿菱形结构异常，从而为产前胎儿诊断提供技术支持。总之，三维超声成像技术可以弥补二维超声在显示某些复杂、不规则结构器官方面的不足，比二维超声具有更明显的优势。相对而言，它对于提高产前胎儿畸形的诊断水平是非常有效的。但也存在一些局限性和不足。由于三维超声是在二维超声的基础上发展起来的，因此对羊水量、胎儿位置和超声操作者的要求仍然很高。此外，当感兴趣区域与其周围组织结构之间的声阻抗存在微小差异时，使用三维超声体积成像模式无法清楚区分两者之间的边界。然而，由于三维超声诊断胎儿颅脑畸形的准确性和有效性高于二维超声[15]，其临床应用毕竟值得更广泛的推广。

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大脑结构篇9

关键词：复杂网络方法; 64channel;识别动作方向

中图分类号：TP242文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)02-0278-04

Study on Network-graph Analysis of Movement EEG

LIU Yu-hong,YANG Hui-jie,WU Gan-hua

(Business School, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200090,China)

Abstract: EEG can be recognized by the analysis of complex networks. Based on the 10-20 international electrods system (64 channel), Firstly, defined each electrod as a network node; And then, estimated functional connectivity by calculating the correlation between the electrodes of dislocation; Finally, the Delay time to determine the relationship-oriented to generate a set of directed binary graphs and fur? ther analyzed topological parameters. The results demonstrate that the structure of network and brain functional can be devided quickly and accurately identify the movement direction. This study has provided new ideas and methods for feature extraction and classification of differ? ent mental tasks for EEG.

Key words: complex networks methods; 64 channel; identify the movement direction

现实世界中许多复杂系统都可以通过各种网络来描述，复杂系统中的个体抽象为网络节点，而个体之间的相互作用抽象为节点之间的边。复杂网络作为研究复杂系统的一门新兴学科，近年来备受国内外不同学科研究人员的广泛关注，脑科学也不例外。人的大脑是一个极其复杂的神经科学系统，研究人的思维机制、实现神经系统损伤的患者直接与外部环境进行信息交流是认知神经科学领域的一项重要课题。该项技术就被称之为“脑-机接口（BCI―Brain Computer Interface）”技术[1-4]，它是基于脑电信号实现人脑与计算机或其他电子设备通讯和控制的系统，是一个不依靠外周神经和肌肉组织等通常的大脑输出通道的通信系统，是一种全新的通讯和控制方式。BCI系统的核心和关键就是对脑电信号的特征提取和分类识别，即把用户输入的脑电信号转换成输出控制信号或命令，使得神经电信号能够实时、快速、准确地通过BCI系统转换成可以被计算机识别的命令或操作信号。

脑电信号是一种典型的电生理信号，它是通过电极在头皮或颅内记录下来的脑细胞群的节律性电活动，包含了大量脑内神经元之间活动的信息。近几年来，对不同脑电信号进行特征提取和分类识别的方法越来越受到研究者的关注，相继引入了频域分析、时域分析、时频特征组合法、FFT、相关性分析、AR参数估计、小波变换等脑电分析的经典方法[5-9].

本文是从构建复杂网络结构图这一全新的角度来分析和识别脑电信号的特征，这也是初次把复杂网络分析方法应用在脑科学这一新领域的创新研究。本文的工作将会详细地讲述如何去构建网络结构图，从该网络结构图中导出对应于大脑相应脑区电极之间信号的接受、整合、传导和输出的全过程。从而可以准确地定位出大脑的活跃区域和大脑的执行任务区域，并最终根据大脑各脑区功能和基本运作原理精确地识别出信号的特征和方向。在此基础上还会进一步给出一些发展方向和应用前景方面的思考和讨论。

1方法

1.1网络节点的定义

构建复杂网络结构图需要定义网络节点。根据国际10-20系统电极法（64 channel），可以把64个电极视为每一个网络节点。信号的发生都是这些电极共同作用的结果。

1.省略 by Gerwin Schalk and his colleagues at the BCI R&D Program[10]。第一组是视觉诱发脑电数 据，即受试者根据屏幕光标的移动出现向左或向右的箭头并做出相应的动作方向；第二组是想象动作发生的脑电数据，即根据光标移动的方向大脑思维直接去想象该动作的发生。

网络结构图的构建步骤如图1,图2,图3所示。

图1视觉诱发数据相关系数矩阵

图1中，颜色的深浅程度代表彼此间相关系数值的大小情况，红色区域代表相关系数值较大，即彼此间的关联程度就越强。

图2视觉诱发数据延迟相关系数矩阵

图2中，信号的发生有正延迟和负延迟相关，图中有很大一部分区域呈现绿色，表明这些信号是同时发生的，彼此间并不存在相互影响的关联程度。

图3脑电数据网络结构图

图3中，从保证网络的连通性出发，该阈值取ρ=相关系数矩阵的平均值，便构成了网络。从该网络结构图可以直观地看到绝大多数电极都在向绿色电极（12）、（14）发送信号，即绿色电极（12）、（14）是信号的接受端从而执行命令。然后再把这些电极对应到脑区功能上，即可以快速地识别出方向。

网络结构图的构建步骤描述如下：

1)相关性分析[11]。利用电极有序错位法来计算相关系数，假设数据的长度为N,先取数据长度的1/3,即令k= (LEN(1)/3 );示意图如图4所示。

图4 -xj为平均时间序列。得到的是N×N对称矩阵。本文的网络节点N为64，每个矩阵元r ij代表电极i与电极j之间的相关系数值。

2)导出信号延迟相关―确定网络节点的链接方向。通过延迟时间来确定电极间的因果导向关系。

3)阈值的设定。它也是网络结构图构建过程中比较灵活的一步。阈值的作用是将弱的连接(较小的相关值)认为是噪声边，并加以去除；同时又要保证网络连通性(即无孤立模块)。本文选取阈值策略范围是ρ=相关系数矩阵的平均值。

4)网络的构建。综合上述两个方面（a和b），也就是当两个电极信号之间有正延迟(D>0)并且他们的相关系数值大于所设的阈值则把这两个节点相连；反之则不建立连边。邻接矩阵中的对角元素设为0，以避免网络中出现自连接。这一环节同时也剔除了部分噪声信号，精确度较高，方法操作简单，易于实现。

3实验结果分析

3.1数据集描述

本文数据来源于109位受试者在视觉诱发状态之下和想象动作发生状态之下所记录的大脑电位信号，每组实验包括14个数据集，编号1,2是表示采集数据的两种状态（睁眼和闭眼），编号3,4,7,8,11,12表示向左或向右方向的数据集，编号5,6,9,10,13,14是向上或向下方向的数据集。由于实验应用的需要，暂时先识别左右方向的信号数据，其中数据集编号为奇数的是实际做出动作状态(re? al)，即当受试者眼球受到屏幕光标闪烁的视觉刺激之后，根据光标移动的方向提示打开或合上左拳或右拳；数据编号为偶数的是想象动作发生状态(imagine)，即同样也是根据屏幕光标移动的提示，想象打开或合上左拳或右拳。采集数据时间均在2～3分钟之内。

3.2脑电信号的实验采集系统―国际10-20系统电极放置法（64 channel）[12]

电极名称是根据大脑解剖部位命名，如额、颞、顶、枕等（常以各部位英文名的第一个字母大写F、T、P、O等来表示）。相关脑区各解剖部位电极应代表和体现的是各个脑皮质区的功能。对64个电极进行脑区功能划分如图5所示。

图4国际10-20系统电极放置法（64 channel）相应的脑区功能划分图

图4：大脑分左右两个半球，每个半球上按功能划分都有运动区、躯体感觉区、视觉区、听觉区和联合区等神经中枢。并且大脑半球在功能上都是对称的。在神经传导的运作上，两半球相对的神经中枢，彼此配合，发生交叉作用：两半球的运动区对身体部位的管理，是左右交叉、上下倒置的；即大体上是左半球管右半身，右半球管左半身。每一半球的纵面，在功能上也有层次之分，原则上是上层管下肢，中层管躯干，下层管头部。[13]

3.3实验数据分析

采用时间相关分析来度量网络节点（64个电极）间的关系，通过阈值和延迟相关分别决定节点间是否连边及连边的方向。最后，构建出一系列不同密度下的网络结构图。信号特征分析与识别的结果如图5所示。

说明：图5中，如果实验生成网络结构图中有孤立节点存在表明这些电极是没有参加此次动作发生的活动。

下面可以从两个角度来分析所生成的网络结构图：

1）利用大脑各脑区功能划分和基本运作原理，并对应到国际10-20系统电极放置法(64-channel)，可以观察到当受试者眼球受到屏幕光标的视觉刺激之后，大部分来自于大脑的视觉电信号不断地在向大脑的运动区发送信号，并请求左脑或右脑的运动区做 出向右或向左的动作。由于两半球的运动区对身体部位的管理，是左右交叉、上下倒置的，即左脑运动区执行向右的动作，右脑运动区执行向左的动作。（图a中，绝大多数的视觉区电极（编号56～64）分别向右脑运动区电极（编号12，14）发送信号，表明执行的是向左的动作。图b中，大部分电极都分别不断地向右脑运动区电极（编号7,12,14,40）和躯体感觉区（编号17～19）发送信号，表明大脑进行想象动作发生的时候是躯体感觉区和运动区共同作用的结果，从而执行的是向左的动作。人在进行想象运动时，大脑中发出的脑电波信号影响到想象运动中的肌肉组织。当人的四肢有活动的时候，这个运动皮层区就活跃起来。结果表明和大脑的运作原理完全匹配，并且还具备很强的鲁棒性，该方法识别精确度高，识别速率快。

2）从网络的统计特性出发，如果是在视觉诱发状态下，网络关系图中网络节点的入度数目最多的大部分都是运动区电极，而且是中心性节点，说明运动区电极在网络中起着主导作用，即它是信号的执行端；网络关系图中网络节点的出度大部分是视觉区和躯体感觉区的电极，并不断地在向大脑运动区电极发送信号，即它是信号的发送端。因此，基于描述各个节点在网络中所占的地位有助于我们从整体上确定节点间关系很有意义。

图6

图6统计了每组数据集所生成的网络关系图中节点的入度数目分布情况（节点入度数目很小的都视为0，以便更好地区分出来），（a）节点密度较高的主要集中在节点14，29，38，40，这些节点定位到国际10-20系统电极放置法(64-channel)发现均位于大脑的右半脑，由于两半球的运动区对身体部位的管理，是呈左右交叉的，因此表明执行向左方向的动作。（b）节点数目分布较多的分别是电极22，25，30，39，其它们位于大脑的左半脑，实现向右的动作。由此可以看出，在网络关系图中节点入度数目最多的大部分都是运动区电极，而且是中心性节点，说明运动区电极在网络中起着主导作用，即它们是信号的执行端。

4应用前景

基于视觉诱发(real)[14]和想象左右手运动思维(imagine)[15]的脑电数据的实证研究表明，本文探讨的运用构建网络结构图方法是可靠的。该项研究对理解大脑认知过程、智能信息处理有重要的理论意义，对研发处理高度复杂数据的新型信息感知技术、模式识别技术具有重要的价值。对挖掘人类认知潜能、研发残疾人和老年人自理自助系统、特别是对认知障碍疾病的康复等问题具有重要的应用前景，并具有极其重要的社会意义。新型的脑计算机接口也可以应用于汽车安全驾驶系统、残疾人轮椅控制、高危险性警觉度评估、情绪分析等领域。尤其在汽车、飞机、宇宙飞船等需要快速反应控制的交通工具上，脑电波识别和通信技术将会有更大的用途。可以使控制速度比手指运动速度还快，减少了神经信号传输到手指以及手指产生运动的控制时间，更重要的是提高了控制精度，使人运动不灵活产生的失误大大减少，从而减少了不良事故的发生。

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大脑结构篇10

为了解血脑屏障通透性改变与暴发性肝衰竭时肝性脑病发生、发展的关系，本文综述了血脑屏障的结构及功能，阐述了血脑屏障是一个细胞复合体，它能维持中枢神经内环境的高度稳定，当发生暴发性肝衰竭时，血脑屏障出现通透性改变，而这种改变又是受脑细胞相关因素影响的。

【关键词】 肝衰竭；血脑屏障；肝性脑病

暴发性肝衰竭（Fulminant Hepatic Failure，FHF）是指发生于既往肝功能正常的患者，短期内出现肝脏功能急剧恶化，出现黄疸后8周内即有进行性意识改变直至昏迷和凝血功能障碍等肝性脑病症状的症候群。该病发生率不高，但是起病急，进展快，因此病死率极高，可达70％左右，是一种严重威胁人类健康的疾病[1]。脑水肿是FHF晚期最常见的严重并发症，不仅可引起患者脑功能障碍，而且可因颅内压升高引发脑疝而死亡。

尽管FHF时脑水肿的机制并不十分清楚，但许多研究证实细胞毒性和血管源性机制都参与了FHF时脑水肿的形成[2]。血脑屏障（BloodBrainBarrier， BBB）的破坏在脑水肿的发病机制中发挥着重要作用，一方面因为血脑屏障破坏导致血浆蛋白、水分进入细胞间，使细胞外水分增多引起血管源性脑水肿；另一方面血脑屏障通透性的增高使正常情况下难以通过血脑屏障的许多毒性物质进入脑组织，损害脑细胞引起细胞毒性脑水肿[3]。

FHF时机体发生BBB损伤是由多种因素共同作用的结果，但是目前FHF时BBB改变的机制仍不太清楚。本文就近年来关于暴发性肝衰竭时血脑屏障改变方面的研究做一系统综述。

1 血脑屏障的基本结构

血脑屏障是中枢神经系统中重要的解剖结构，是由无窗孔的毛细血管内皮细胞及细胞间紧密连接（Tight Junctions，TJ）、基膜、周细胞、星形胶质细胞足突和极狭小的细胞外隙共同组成的一个细胞复合体，是存在于脑和脊髓内的毛细血管与神经组织之间的一个动态的调节界面。研究认为它不仅可限制血液循环中某些物质进入脑组织，还能选择性地将脑内有害或过剩物质泵出脑外，从而维持中枢神经系统(Central Nervous Svstem，CNS)内环境的高度稳定性，以利于中枢神经系统的机能活动[4]。其中内皮细胞是组成BBB的基本骨架，TJ是BBB最重要的结构。

1.1 脑毛细血管内皮细胞

脑毛细血管内皮细胞与外周血管内皮细胞相比，在形态及结构上有其特殊性：（1）细胞间具有紧密连接；（2）毛细血管内皮细胞外的基底膜是连续的；（3）毛细血管壁外表面积的85%都被神经胶质细胞的终足所包绕；（4）胞膜缺少小孔，胞浆缺少吞饮小泡，细胞的胞饮作用很微弱。这些特殊性决定了血液中的物质不容易通过吞饮方式，穿隧道方式进入CNS[5]。

1.2 紧密连接

早在20世纪60年代，就有研究者将辣根过氧化物酶（Horseradish peroxidase，HRP）注入血液，通过电子显微镜观察发现，HRP不能透过脑毛细血管的紧密连接。TJ为位于连接复合体最顶端的组成部分，电子显微镜下可以观察到，脑血管内皮细胞间TJ比其他组织中的TJ更复杂，TJ 的相邻细胞两层质膜紧紧靠在一起，中间没有空隙，黏着牢固。利用冰冻断裂复型技术发现，TJ象围绕在细胞四周的“焊接线”，相邻细胞细胞膜被焊接线“焊接”在一起，形成了绳索样的连接物。一般认为该连接物是由成串排列的特殊跨膜蛋白组成， 相邻细胞的“嵴线”相互交联封闭了细胞之间的空隙。TJ的主要功能是封闭上皮细胞的间隙，保证物质转运的方向性[6]。而且，通过测量TJ通透性最敏感的指标“跨内皮电阻（Transendothelial Electrical Resistance，TER）”，已经测得大鼠脑微血管TJ的TER远远高于其他组织[7]。

血脑屏障TJ主要由跨膜蛋白和胞质附着蛋白两种成分组成，细胞骨架(主要是微丝) 也是组成TJ 的重要组成部分。在TJ的下方存在黏着连接，通过黏着斑连接蛋白为钙黏素的延伸形成跨膜网架。TJ与黏着连接在维持BBB 稳定方面共同发挥作用[8]。

1.2.1 跨膜蛋白

三个结构完整的蛋白：Claudins、Occludins和连接黏附分子(junction adherence molecular，JAM)组成TJ的跨膜结构。跨膜蛋白的细胞内部分与胞质附着蛋白相连，细胞外的部分与相邻细胞的跨膜连接蛋白相互作用。

1993年，Furuse等[9]分离出第一个TJ跨膜蛋白，称为Occludin。序列分析发现Occludin是一个相对分子质量为65×103的蛋白质，其氨基端和C端均位于细胞内，细胞外部分跨膜4次，形成两个环状结构，每个环由45个氨基酸构成，第一个环状结构主要由甘氨酸和酪氨酸组成，是细胞间形成TJ的主要部位。相邻细胞就是通过外环以拉链状相互结合而产生旁细胞封闭。Occludin直接参与了脑微血管内皮细胞上的TJ形成，它是一个调节蛋白，能改变细胞间的通透性，Occludin可对穿越BBB提供电阻，可能在连接内形成水通道，从而可使不带电荷的溶质流动。Occludin在脑内皮细胞的表达明显高于外周组织，是TJ最敏感和最可靠的标志，其高水平表达及磷酸化被认为是形成血脑屏障高跨内皮电阻的必备条件。2000年Bolda证实[10]：Occludin跨膜区的两个环形结构和胞浆区的C端对调节细胞间的通透性同等重要。Occludin的N端胞浆区调节中性粒细胞跨上皮游走，这个过程不依赖于跨膜电阻TJ和细胞间的通透性。在脑肿瘤组织周围血脑屏障的破坏常伴随Occludin的表达缺失[11]。

1998年Furuse等又发现了两个新的完整的TJ跨膜分子：Claudin1、Claudin2[12]。Claudin是一个多基因家族，至今已发现超过24个成员。Claudin是小分子跨膜蛋白，相对分子质量大约20～22×103，跨膜4次，以二聚体的形式存在，Claudin在成纤维细胞上异位表达也能诱导类TJ结构，说明Claudin参与了TJ的形成，但与TJ的器官特异性无关。Claudin种类的组成直接决定BBB的功能[13]。在哺乳动物内皮细胞内，只有Claudin1和Claudin5被证实存在，其中Claudin5主要存在于血管内皮细胞，特别是脑毛细血管内皮细胞。实验证明胶质细胞瘤的患者血脑屏障通透性增高与Claudin5和Claudin1表达减少密切相关，因此提示，对Claudin特别是Claudin5的调节，选择性的改造TJ，为调控BBB通透性提出了一条可能的途径[14]。Claudins和Occludins形成了TJ的细胞外成分，而且是BBB结构的必要成分。在冰冻切片上可见Claudins与Occludins汇成杂聚物，形成膜内链，因此有的学者推测这些链包含水通道，它允许离子和亲水分子选择性扩散[15]。

1998年MartinPadura等发现了另一个跨膜蛋白—连接黏附分子(JAM)，属于免疫球蛋白家族成员。包含JAM1、JAM2、JAM3和ESAM，其中JAM1与BBB内皮细胞间TJ相关，JAM1相对分子质量大约40×103，只有一个跨膜区域，其细胞外区域有2个免疫球蛋白样环状结构组成。JAM1可连接ZO1、Cingulin、AF6、MUPP1[16]。JAM1能增加细胞间距，使TJ不能形成。1999年DelMaschio在体内和体外试验中发现，一个敲除了JAM1的抗体能抑制白细胞的渗出[17]。2001年Aurrond发现了在胚胎组织中JAM2有较高表达。2000年Palmeri[18]发现JAM3在大多数的血管内皮细胞有表达。JAM发挥细胞与细胞间的黏附作用并参与TJ渗透性的调控和白细胞迁移的调节。几乎所有上皮、内皮细胞表面均有JAM，JAM 高表达的细胞所形成的TJ并不表现出对可溶性示踪剂的扩散阻力增加，说明其功能主要是参与TJ 渗透性的调节，并与血小板内皮细胞黏附分子1 有关，参与淋巴细胞迁移的调节[19]。

1.2.2 胞质附着蛋白

胞质附着蛋白是TJ支持结构的基础，包括ZO、Cingulin、7H6和其他。属于MAGUK（membraneassociated guanylate kinaselike proteins）家族，ZO 有3个限制性区域：1个SH3区，1个GUK 区，3个PDZ区(PDZ1、PDZ2、PDZ3)这些区域对信号转导和锚定跨膜蛋白到细胞骨架非常重要。并且在细胞质的蛋白质组装中起主导作用。PDZ区介导特异性结合到跨膜蛋白的C端胞浆尾侧。PDZ区连到Claudin，GUK 区连到Occludin。ZO1，ZO2和ZO3的相对分子质量依次为220×103、160×103、130 ×103。它们的PDZ区与Claudin的C端直接相连。ZO1、ZO2、ZO3的谷氨酸激酶区与Occludin的C端相互作用，将跨膜蛋白和细胞骨架连接在一起，并能识别TJ位置及传递各类信号[20]。MUPP1可能和Claudin1和JAM 的羧基端相互作用。肌动蛋白连到ZO1和ZO2的C端部分，使连接跨膜成分更为复杂，从而对内皮细胞提供结构支持。其中ZO1 在连接跨膜蛋白与细胞骨架蛋白之间起着重要的中心作用，其下游连接细胞内相关信号传导酶类和细胞激动蛋白，如果其水平的下降和活性降低均将影响细胞间紧密连接结构的稳定和细胞功能的完整性。当然，肌动蛋白对细胞的结构和动力学有重要作用。

其他缺少PDZ区的蛋白质重新组装成TJ，这类蛋白质就是7H6抗原。相对分子质量为155×103 ，TJ上的7H6抗原磷酸化蛋白对金属及大分子不通透，而且7H6对TJ的能量状态很敏感。ATP缺乏7H6能可逆的与TJ分离，而细胞间的ZO仍保持连接，细胞间通透性增高。

Cingulin相对分子质量为140～160×103，定位于TJ胞浆表面。体外实验研究表明，ZO1、ZO2、ZO3、肌球蛋白和AF6与Cingulin的N端相结合，肌球蛋白和ZO3连到Cinglin的C端。实验表明，Cingulin在TJ胞浆表面起支架的作用，在蛋白板和细胞骨架间形成连接[21]。

1.2.3 细胞骨架蛋白

TJ的完整性依赖肌动蛋白结构组装和功能状态。骨架蛋白将由跨膜蛋白和胞质附着蛋白组成的连接复合物固定在细胞内，维持TJ的稳定[22]。

1.3 星形胶质细胞

脑血管超微结构的研究表明，星形胶质细胞环血管现象是脑内独有的，大量研究表明，星形胶质细胞对内皮细胞有极大的影响，对BBB维持具有重要作用。Janzer和Raft[23]用经典实验揭示了星形胶质细胞在BBB完整性诱导方面的作用。他们用鼠胚胎脑中的星形胶质细胞分离后移植入鼠的眼前房中，结果虹膜中无BBB特性的毛细血管表达了BBB的特性，而用脑膜细胞移植，则不具有此变化。原代培养的脑微血管内皮细胞若不同星形胶质细胞共同培养，很快就会失去BBB的特性。其机制目前尚不十分清楚，可能与星形胶质细胞可分泌活性物质，作用于内皮细胞有关[24]。另外，星形胶质细胞可摄取细胞外液的兴奋性氨基酸，从而减轻神经细胞损害。

1.4 其他结构

基膜主要由Ⅳ型胶原，层连蛋白，内激动蛋白，纤维连接蛋白等构成，对周围细胞的分化有一定调节作用，也是除血管内皮细胞和TJ外的第二道屏障[25]。除基膜外，外周细胞及小胶质细胞对BBB也有一定的影响，但对它们的研究还较少，还不明确它们具体的功能。

2 物质通过血脑屏障的方式

物质可以通过扩散(diffusion)或载体转运(mediated transport)的方式由血液进入脑组织，脑组织进入血液。以扩散方式通过血脑屏障的物质最主要的是水和气体，水可以根据血浆渗透压的改变而自由进出脑组织。O2、CO2、N2O 、NH3等气体以及挥发性麻醉剂亦可迅速扩散进入脑组织。脂溶性物质及脂溶剂容易透过亲脂性的质膜，因而也能迅速扩散入脑，已知扩散最快的物质是乙醇。

葡萄糖、氨基酸和各种离子是靠载体转运的。各种氨基酸进入脑组织的快慢不同，这与有无相应的氨基酸载体以及载体的量与质(特异性)有关。引人注目的是凡营养上必需的氨基酸大都转运迅速，而难以越过血脑屏障的都是非必需氨基酸。各种离子的转运快慢也不同，但都比进出其他组织的速度慢得多。可扩散入脑的物质一旦解离形成离子则越过血脑屏障的速度减慢，例如NH3、水杨酸(未解离者)、CO2分别较NH+4、水杨酸根、HCO-3进入脑组织快。H+的转运也很慢，与CO2的迅速扩散呈鲜明对比。

脑毛细血管内皮细胞具有丰富的线粒体，使某些物质在通过脑毛细血管内皮细胞时受到胞浆内酶系统的作用而被破坏，所以即使能进入毛细血管内皮细胞的物质也不一定都能通过血脑屏障而进入脑实质。现已发现脑毛细血管内皮细胞含有单胺氧化酶(MAO)可使属于单胺类的神经递质(如儿茶酚胺，5羟色胺等)氧化分解，又γ氨基丁酸(GABA)虽然可被脑毛细血管内皮细胞摄入，但却又遭受细胞内GABA转氨酶的作用而被破坏[26]。

脑毛细血管内皮细胞还具有一种跨膜蛋白P糖蛋白，它能将已进入脑毛细血管内皮细胞内的某些物质“泵”出细胞外，在药物转运中发挥重要作用。

3 暴发性肝衰竭时血脑屏障的变化

自从Livingstone等首次报道了在实验性急性肝衰竭动物模型中存在BBB损害以来，许多学者纷纷针对此进行了深入的研究[27]。主要集中在两个方面：一方面是关于血脑屏障形态学的研究；一方面是检测血脑屏障对不同物质通透性的改变。

Kato M对9名因暴发性肝衰竭脑水肿死亡的患者进行了尸检，发现电镜下脑微血管内皮细胞肿胀，形成大量囊泡空泡，且其中含有电子致密物。基膜增厚，空泡形成，外膜细胞囊泡空泡增加，星形胶质细胞足突肿胀[28]。大部分病人细胞间紧密连接完整，两例病人紧密连接有轻微的增宽。并进一步在去血管所致的大鼠暴发性肝衰竭模型中，观察到BBB形胶质细胞足突肿胀，细胞外间隙增宽[29]。但对过氧化物酶等大分子通透性正常，对菊粉等小分子的通透性增加，在细胞内的囊泡、空泡及线粒体中发现了标记的菊粉。Traber PG在兔急性肝衰竭模型中观察到星形胶质细胞足突肿胀，但毛细血管内皮细胞及细胞间紧密连接正常，且过氧化物酶不能通过血液进入脑组织，提示BBB对大分子物质的屏障功能正常[30]。许瑞玲等通过硫代乙酰胺所致暴发性肝衰竭大鼠模型发现，Ⅰ～Ⅲ度肝性脑病时即有BBB损伤，至Ⅲ～Ⅳ时损伤最明显，并伴有重度脑水肿[31]。以上研究提示在暴发性肝衰竭时血脑屏障结构上没有严重的破坏，但存在着细胞水肿，细胞间缝隙增宽等变化。

实验证实BBB通透性的改变主要是通过内皮细胞的损伤，紧密连接的开放，小泡转运的增强，星形胶质细胞的肿胀来实现的[32～35]。FHF时机体发生BBB损伤是由多种因素共同作用的结果。目前暴发性肝衰竭时血脑屏障通透性增高的机制尚不太清楚，但认为与暴发性肝衰竭时产生的多种毒性产物如氨、内毒素和一些细胞因子如TNFα等有关[36]。

4 影响血脑屏障的因素

BBB的通透性变化受脑细胞相关的因素影响。许多调节因子可通过对内皮细胞的转运系统和酶系统进行影响，改变血脑屏障的通透性[37]。在血脑屏障完整的情况下，大脑组织总量依靠渗透压的压力梯度来维持。一旦BBB遭受破坏，则水分就在渗透压压力梯度的作用下穿过受损的BBB进入脑内[38]。

4.1 自由基的影响

自由基通过激活蛋白酶、磷脂酶引起细胞膜和毛细血管的脂质过氧化，从而破坏BBB的完整。人体内存在的一系列天然抗氧化剂和防御氧毒性的酶系统被破坏是血管通透性增加的重要原因[39]。

4.2 血管活性物质的影响

血管活性物质包括缓激肽、组胺、5羟色胺、花生四烯酸和去甲肾上腺素等。Schilling等提出了介导脑水肿的血管活性物质的5条标准：（1）在生理条件下具有调节BBB通透性作用；（2）具有扩张血管作用；（3）可介导血管性脑水肿形成；（4）病理条件组织液及间质液中浓度增加；（5）给予自身抗体可使脑水肿减轻。只有缓激肽完全满足上述条件。组胺、5羟色胺、花生四烯酸和去甲肾上腺素等也可考虑作为脑水肿的介质，但它们的证据明显不如缓激肽清楚[40] 。缓激肽的血管活性作用是由内皮细胞腔外面的β2受体所介导的。这些内源性活性物质与血脑屏障关系的研究尚待进一步深入。

4.3 细胞因子的影响

FHF时常伴有内毒素血症，内毒素可以刺激产生多种细胞因子，如IL1、IL6、TNFα等，其中内毒素是诱生TNFα的最强刺激因子，TNFα的增高程度与血中内毒素水平呈明显正相关。大量国内外研究均证实FHF时TNFα水平异常增高，并与肝损伤程度相关；应用TNFα抗体或抑制其生成的药物可以阻断FHF的发生[41]。

TNFα参与了暴发性肝衰竭时的多种病理过程，包括发热，肝、肾损害以及脑水肿。早期的研究显示，中枢神经系统注入TNFα能引起剂量依赖性的BBB通透性增加[42]，应用TNFα抗体可阻止血脑屏障开放及细菌进入[43]，这些均提示TNFα是控制血脑屏障开放的一个重要因素。

目前，多数研究证实TNFα能够增加血脑屏障的通透性。braham等给新生猪颈动脉注射TNFα可以导致BBB对大分子物质伊文思蓝(Even’s blue，EB)和小分子物质荧光素钠的通透性增高。Duchini 在实验中发现，TNFα能增加BBB对液体相物质的转运，并能增加氨的扩散，对跨细胞作用亦增强，但对吸收介导的胞饮作用无影响，并在实验中观察到TJ的破坏[44]。TNFα与内皮细胞膜上相应的受体结合，可以改变内皮细胞骨架蛋白的结构与功能，使内皮细胞收缩，变圆，增大细胞间隙，导致血管通透性增加。

TNFα是全身炎症反应的起始因子，是激活细胞因子级联反应的主要介质，在循环血液中出现最早，并迅速达到高峰，TNFα一旦释放很快引起次级因子IL1、IL6、IL8的大量产生[45]。

4.4 AQP4的影响

Aquaporin 4 (AQP4)是水通道蛋白膜的一种[46]，广泛分布在中枢神经系统的胶质细胞和室管膜上皮细胞，尤其集中于星形细胞的足突。Ke发现，在局灶性的脑损伤中，AQP4表达增加导致屏障损伤，形成血管性脑水肿。相反，如果血脑屏障未损伤，导致的细胞毒性脑水肿中并未发现AQP4表达增加[47～48]。AQP4的升高与血脑屏障的破坏相关，具有促进脑水肿的作用。

综上所述，FHF时BBB结构和功能的改变与脑水肿及暴发性肝衰竭时肝性脑病的发生和发展密切相关。由于BBB特殊的结构和功能，对其参与FHF机制的进一步研究将有助于深入探讨FHF的病理过程，从而为优化临床治疗方案提供理论依据。

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