广义神经传导方程的一种间断Galerkin有限元解法

通过引进间断Galerkin有限元方法的思路,给出了一维和二维广义神经传导方程的间断Galerkin有限元解法,并对这种数值解法进行了相应的误差分析,得到其精度为O(Δt+h^k+1);通过对数值例子及其结果的分析,验证了数值计算方法的有效性.     

Neural Signal Tuned by Random Long-range Connections in Coupled FitzHugh-Nagumo Neurons Systems

We investigate the effect of random long-range connections on signal propagation in an array of coupled FitzHugh- Nagumo （FHN） neurons. The neural network can be obtained by randomly adding a small fraction of shortcuts in an originally locally coupled one-dimensional chain. It is shown that when the first neuron is subjected to external stimuli, it fires and excites its connected neighbours, such that the neural signal may propagate along the chain favoured by the shortcuts. Moreover, there exists an optimal number of shortcuts which can lead to the most synchronous behaviour. In addition, how the region of the fraction of shortcuts varies with the coupling strength is also discussed. These results suggest that topological disorder in the neural network may play a vital role in helping information processing in living systems.     

基于Mel频谱值和深度学习网络的鸟声识别算法*

为了增强网络对鸟鸣声信号的特征学习能力并提高识别精度,提出一种基于深度残差收缩网络和扩张卷积的鸟声识别方法。首先,提取鸟鸣声信号的对数梅尔特征及其一阶和二阶差分系数组成logMel特征集作为网络模型的输入;其次,通过深度残差收缩网络自动学习噪声阈值,减少噪声干扰;然后,引入扩张卷积增大卷积核感受野并利用注意力机制使网络更关注关键帧特征;最后,通过双向长短时记忆网络从学到的局部特征中学习长期依赖关系。以百鸟数据birdsdata鸟声库中的19种中国常见鸟类作为实验对象,识别正确率可以达到96.58%,并对比模型在不同信噪比数据下的识别结果,结果表明该模型在噪声环境下的识别效果优于现有模型。     

碳离子辐照对神经胶质瘤干细胞杀伤的研究

虽然重离子束治癌已经被证明有着射程精确、入口坪区剂量小、相对生物学效应高等显著优点,但重离子辐照对肿瘤干细胞所产生的辐射生物学效应特性依旧不明确。本研究使用人源神经胶质瘤干细胞来研究在面对肿瘤干细胞时,重离子相对于传统X射线是否有明显的生物学优势。实验结果证明,在神经胶质瘤干细胞中,2 Gy碳离子造成的DNA损伤的修复率比X射线造成的损伤修复率要低;MTT实验则证明经过碳离子辐照的肿瘤干细胞活力要比X射线辐照的肿瘤干细胞低得多。综上所述,面对神经胶质瘤干细胞,碳离子能更有效地靶向肿瘤干细胞从而相对于传统X射线有明显的生物学优势。这些发现对于更好地理解重离子束治癌相关的生物学效应有重要的作用。Though heavy-ion therapy has demonstrated significant benefits such as well-defined range, small entrance dose and high relative biological effectiveness, the characteristics of radio-biological effects on cancer stem cells induced by heavy-ion treatment is not completely clear. In this paper, we used human glioma cancer stem cells to investigate whether heavy ions offered a biological advantage, by effectively targeting cancer stem cells, in comparison to conventional X-rays. Our results showed that the repair rate of DNA damage generated by 2 Gy of carbon ions was lower than that generated by X-rays in glioma stem cells. MTT assay showed that the viability of cancer stem cells irradiated by carbon ions was significant lower than that irradiated by X-rays. Taken together, carbon ions showed a biological advantage over X-rays by effectively targeting glioma cancer stem cells. These findings have significant importance in understanding the biological effects related to heavy-ion therapy.     

电磁辐射诱发神经元放电节律转迁的动力学行为研究

本文首先根据能量转换理论建立了电磁辐射影响下神经元电流变量模型, 然后结合Hodgkin-Huxley(HH)神经元模型研究了电磁辐射对单个神经元以及耦合神经元放电行为的影响. 结果表明, 随着电磁辐射强度的增大, 神经元放电率逐渐减小, 最后达到一个比较稳定的值. 神经元原有的周期型放电由于辐射强度的增大而逐步过渡到簇放电状态, 并借助动态分岔理论解释了这种放电模式的转换. 同时证明了磁辐射对单个神经元放电的影响可以通过神经元间的耦合传递到临近其他神经元中.     

台湾眼镜蛇毒的NMR研究

随着核磁共振技术的不断创新及分子模拟计算的长足进步,用NMR结合电脑计算已成为研究蛋白质结构及功能的主要方法,本文以实际的范例,介绍台湾眼镜蛇毒的NMR研究成果,台湾NMR的研究工作正在蓬勃发展,目前最高磁场为600MHz,分别装置在中研院生物医学研究所(台北)及清华大学化学系(新竹)。     

老年痴呆治愈有望

<正>许多神经退行性疾病,包括老年痴呆,都是蛋白质产生错误折叠或出现其他差错(称为朊病毒)所致。作为对抗朊病毒的防御机制的一部分,大脑会发现病毒蛋白并停止蛋白质的生产,以防止病毒扩散。这一机制对其他错误蛋白也会启动,但停止生产蛋白质会导致脑细胞的死亡。     

小鼠小梁细胞与肌成纤维细胞的同步辐射红外显微光谱

原发性开角型青光眼是常见的致盲性眼部疾病。眼压升高是原发性开角型青光眼发生和发展最主要的危险因素,是由小梁网途径的房水外流排出系统发生病变、房水流出阻力增加所致。研究表明,房水中存在的转化生长因子-β能够使小梁细胞纤维化,诱导小梁细胞过度增殖,从而阻碍房水外流,导致原发性开角型青光眼的发生。原发性开角型青光眼发病隐蔽,病程进展缓慢,早期没有任何症状,往往到晚期视力视野有显著损害时,才会被发现,因此原发性开角型青光眼的早期诊断尤为重要。同步辐射红外显微成像结合高亮度、高分辨率的同步辐射源,同时配备傅里叶变换红外光谱仪与红外显微镜,可以实现细胞的检测。这对从分子层面获取细胞的变化信息,深入理解疾病的发病机制以及疾病的早期诊断具有非常重要的意义。虽然有很多红外光谱在生物医学领域的研究报道,但是应用红外光谱显微成像技术研究细胞等生物医学体系仍然是亟待发展的领域,并且目前未找到关于红外光谱用于小梁网细胞的检测报道。在体外用转化生长因子-β对老鼠小梁网细胞进行诱导,使其转化为肌成纤维细胞,模拟小梁细胞纤维化过程。对小梁网细胞以及经转化生长因子-β诱导形成的肌成纤维细胞进行同步辐射红外显微成像及光谱分析,并进一步探讨同步辐射用于早期诊断原发性开角型青光眼的可行性。研究表明肌成纤维细胞内的弹性蛋白明显高于小梁网细胞,而弹性蛋白中95%为非极性氨基酸,即氨基酸的侧链基团R基只有C和H两种元素。对比两种细胞的红外谱图,发现在2 934,2 900和2 845 cm-1,肌成纤维细胞的 CH₃,CH₂和CH的伸缩振动明显强于小梁网细胞,推测可能是由于转化生长因子-β诱导后细胞内弹性蛋白增加所致。在细胞层面检测了小梁网细胞的过度增殖,为将来可以直接获取细胞的红外光谱从而检测小梁网细胞的增殖程度,进而检测原发性开角型青光眼等疾病奠定了基础。得出同步辐射红外谱学与显微成像有望成为检测原发性开角型青光眼新手段的结论,也为将来便携式红外显微光谱仪临床实时检测青光眼等疾病提供了依据。     

滞迟神经脉冲振荡器

本文在总结有关文献中提出的各种滞迟神经脉冲振荡电路的基础上，归纳出它们的统一数学模型，并全面分析这一数学模型模拟生物神经元冲动发放行为的能力，得出七种不同的可编程神经脉冲振荡器模型。然后从理论上推导出这些振荡器的振荡条件，振荡波形和激励—频率特征函数表达式。最后用OTA器件实现并测试其激励—频率特征曲线。     

CO2激光对周围神经损伤的作用

周围神经损伤造成肢体瘫痪的病人，我们用CO2激光散焦治疗了十余例病人（包括神经挫伤和断裂），均在不同时间取得了明显的效果。瘫痪肢体的功能部分恢复或痊愈。在临床治疗过程中发现，病情不同，疗效也不一样，如桡神经恢复最快，尺神经次之，臂丛神经则恢复较慢。而且在功能恢复过程中，往往是先感觉，后运动。激光治疗的功率密度约为0．4瓦／平方厘米。