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       2021817日,浙江大学医学院系统神经与认知科学研究所王朗团队在Cerebral Cortex杂志在线发表了最新研究成果“Homeostatic regulation of astrocytes by visual experience in the developing primary visual cortex”,揭示了出生后发育阶段初级视皮层primary visual cortex, V1星形胶质细胞受到不同模式视觉经验的调控,并在视觉经验长期缺失时表现出稳态可塑性。

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  在出生后发育早期,大脑皮层神经环路的结构和功能严重依赖于感觉经验的调控。以往的研究主要关注神经元可塑性在其中的作用和机制。作为皮层神经环路的另一个重要成员,星形胶质细胞不仅数量远远超过神经元,在形态结构上也与神经元胞体和突触密切接触。有大量研究表明,星形胶质细胞可以调控神经元的兴奋性以及突触传递,从而进一步调控神经元可塑性。然而,尚不清楚大脑皮层中的星形胶质细胞自身是否同样具有依赖于感觉经验的可塑性

  王朗课题组使用多种视觉经验调控模式和特异性抗体标记系统研究出生后早期发育阶段V1II-III层(layer 2/3, L2/3星形胶质细胞的表达类型生理特性。研究结果表明,同样在视觉发育关键期对小鼠进行短暂的视觉经验调控,双眼视觉剥夺比单眼视觉剥夺对星形胶质细胞的影响更大,主要体现在反应性星形胶质细胞数量以及百分比显著降低

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1. 在关键期进行短期的双眼视觉剥夺(DE)降低了V1 L2/3反应性星形胶质细胞的数量和百分比

更加有趣的是,长达四周的长期视觉经验剥夺虽然显著降低了反应性星形胶质细胞的数量,显著增加相邻星形胶质细胞之间缝隙连接的耦合强度当重新给与光照时增加的缝隙连接强度可部分恢复。这一结果说明,星形胶质细胞自身可被长期视觉经验改变所调控,并产生类似于神经元的稳态可塑性。值得注意的是,因为星形胶质细胞的这种稳态调节只在视觉经验发生长期变化时才表现出来,因此具有缓慢发生的特点。

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2. 出生后四周暗培养DR显著增加V1 L2/3星形胶质细胞之间缝隙连接的耦合强度

在寻找视觉经验引起星形胶质细胞之间缝隙连接强度变化的机制时,王朗团队发现长时程双眼视觉剥夺后,V1L2/3锥体神经元的兴奋性增加。用药理遗传学方法降低锥体神经元兴奋性可以有效抑制四周暗培养后星形胶质细胞缝隙连接耦合强度的增加,进一步证实视觉经验介导的神经元兴奋性的改变是引起星形胶质细胞缝隙连接强度变化的原因。

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3. 降低神经元兴奋性可以阻断长期暗培养后星形胶质细胞之间缝隙连接耦合强度的增加

综上所述,该研究为大脑皮层中的星形胶质细胞在出生后早期发育阶段也具有经验依赖的可塑性提供了直接证据。该研究表明星形胶质细胞不仅仅只是大脑神经环路中的支持者,同时是参与塑造神经环路的建设者从而在出生后大脑皮层神经环路的精细化调控发挥重要作用。

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4. 工作总结图:出生后发育阶段V1星形胶质细胞成熟和视觉经验依赖的可塑性

  论文通讯作者为浙江大学医学院系统神经与认知科学研究所王朗副教授,博士生王梁梁和助理许丹为该论文共同第一作者。本研究得到科技部重点项目、国家自然科学基金、以及浙江省自然科学基金项目的资助。

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原文链接:https://doi.org/10.1093/cercor/bhab259


2021-08-20 READ MORE

2021 7 27日,浙江大学医学院系统神经与认知科学研究所赖欣怡教授团队联合医学院附属邵逸夫医院吕文主任医师团队,在Aging杂志上发表了最新研究成果“Normal-sized Basal Ganglia Perivascular Space related to Motor Phenotype in Parkinson Freezers”,揭示了血管周间隙负荷改变与帕金森病冻结步态的发展、首发运动症状类型有关,为血管周间隙在帕金森病中冻结步态的发生机制提供了新的证据,对帕金森病疾病分型及进展预测的影像标记物筛选提供了重要的参考依据。


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脑内血管周间隙 (PVS)是包绕在进出脑实质的小穿支动脉及静脉周围的间隙,属于脑内淋巴系统的一部分,参与清除脑内堆积的代谢产物及毒素等。研究发现基底节区的血管周间隙改变与帕金森病的运动症状及认知功能改变有关。然而在帕金森病冻结步态患者中,血管周间隙与首发运动症状的相关性尚不清楚。

 

此外,受限于临床磁共振的影像分辨率,早期研究主要关注显著扩大的PVS结构,正常结构的PVS (nPVS) 因尺寸过小未能显示,其临床意义及病理生理机制尚不明确。赖欣怡课题组及吕文课题组重点关注这些既往被认为正常PVS结构,通过超高场强7T MRI技术提高PVS的检测率,探究基底节区、丘脑、中脑、半卵圆中心nPVS负荷与PD冻结步态首发症状及其他临床症状的相关性。

 

    课题组采集T2加权磁共振成像 (T2WI)数据,图证实在同样的分辨率水平下,7T MRI可提供更高的SNR,提高nPVS的检测率。随后,在T2WI图像上分别对左右侧半球基底节区、丘脑、中脑、半卵圆中心的nPVS负荷的计数进行定量 (2),获得nPVS负荷评估指标。研究发现在以非震颤为首发运动症状的PD冻结步态患者中,nPVS在基底节区的数量显著高于其他组 (以震颤为首发运动症状的PD冻结组,PD非冻结组,健康对照组),且与震颤评分、药物剂量等相关 (3),在其他三个区域中nPVS负荷无显著差异。本研究表明,基底节区nPVS负荷可能是提示PD步态障碍症状进展为冻结步态的影像标志物。

 

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1. 7T3T MRI血管周间隙检测率比较;在同一被试中在7T3T MRI扫描仪中接受T2加权磁共振成像(T2WI)。半卵圆中心PVS(红色);基底节区PVS (黄色)及丘脑PVS(蓝色);中脑PVS(绿色)。


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2.血管周间隙负荷在帕金森病患者和健康被试中的分布情况。(A)基底节区(B)半卵圆中心(C)中脑(D)丘脑。none/mild = 0/1, moderate = 2,frequent/severe = 3/4


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3.基底节区血管周间隙负荷与帕金森病冻结步态患者临床量表的相关性分析。Tremor score:震颤评分;LEDD:每日左旋多巴等效剂量; r:相关系数)


综上所述,课题组的研究提示基底节区“正常”血管周间隙可能在帕金森病患者冻结步态的进展中起一定作用,且血管周间隙负荷大小与帕金森病患者是否以震颤为首发运动症状相关。同时,研究进一步证实高场强7T MRI能显着提高基底节区“正常”血管周间隙的检出率,基底节区nPVS可能是提示PD步态障碍症状进展为冻结步态的影像标志物。

 

浙江大学医学院附属邵逸夫医院神经内科吕文主任为该论文的第一作者,浙江大学医学院附属邵逸夫医院神经内科岳玉梅医生为共同第一作者,浙江大学医学院系统神经与认知科学研究所赖欣怡教授为通讯作者。本研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、浙江省科技项目、浙江省中医药管理局项目、浙江省教育项目、之江实验室等的资助。


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赖欣怡教授研究团队成员合影(从左到右:谭晓君,徐玉,渠博艺,沈婷,赖欣怡,岳玉梅,余晓,何婷婷,王海铭)


论文链接:https://www.aging-us.com/article/203343/text


2021-07-30 READ MORE

2021 68日,浙江大学医学院系统神经与认知科学研究所/医学院附属第二医院赖欣怡教授团队,联合医学院附属第二医院王爽教授团队,在Therapeutic Advances in Neurological Disorders杂志上发表了最新研究成果“7T MRI with post-processing for the presurgical evaluation of pharmacoresistant focal epilepsy”。该研究应用7T磁共振和后处理技术,提高了难治性癫痫中隐匿性致痫灶的检出率,为常规3T磁共振下未能发现病灶的无灶性癫痫患者带来了福音。 1.1.png


癫痫是常见的神经科疾病,俗称羊癫疯。约30%的癫痫患者药物治疗效果不佳,症状反复发作严重影响患者生活。药物难治性癫痫的治疗是神经内外科医生面临的共同挑战,手术切除病灶是难治性癫痫患者最理想的治疗方式,治愈率高达70-80%

手术切除治疗癫痫的关键在于准确定位致痫灶。在最近20年中,包括磁共振在内的多模态影像评估和长程视频脑电监测的应用已经显著提高了局灶性癫痫中致痫灶的检出率,但仍有相当一部分患者在经过详细术前评估后未能发现致痫灶。这类患者被称为无灶性癫痫,难以通过手术切除得到根治。

局灶性皮质发育不良(FCD)是无灶性癫痫最常见的病因。FCD是一小部分神经细胞发育异常而形成的病灶。FCD病灶隐匿于正常的大脑皮层中,极易在磁共振阅片中被遗漏。磁共振后处理技术(MAP)是为了提高FCD在磁共振中的检出率而开发的定量分析技术,通过患者与正常模板数据库的对比,凸显出异常的FCD皮层,使得FCD易于被识别。

本研究招募了35例经过术前多学科评估的难治性局灶性癫痫患者,其中11例在3T磁共振下存在可疑病灶,243T磁共振结果阴性。7T磁共振扫描采用双磁化准备快速采集梯度回波(MP2RAGE)序列,T2加权磁共振成像(T2WI)和液体衰减反转恢复序列(FLAIR)序列。同时,本研究招募了30例健康志愿者作为对照组,用于患者MR2RAGE序列的后处理定量分析。

在具有可疑病灶的患者中,9例患者的病灶在7T磁共振中得到证实,2例患者的病灶被排除(图1)。7T磁共振评估结果改善了这部分患者的手术方案,使一部分患者的病灶可以直接切除,避免了进一步颅内电极评估的费用。

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1. 上图患者的3T磁共振可疑病灶(AB)在PET中表现为正常糖代谢(C),在7T中病灶表现为皮质增厚,灰白质交界不清(D),后处理分析Z值明显增高,高度提示FCD。下图患者的可疑病灶(A)在3T磁共振后处理中呈阳性(B),伴低代谢(C);但7T磁共振发现此处灰白质交界清晰(D,E),提示3T磁共振中的可疑病灶为假阳性可能。

 

243T磁共振阴性的患者中,4例在7T磁共振中发现了病灶。7T磁共振结果使这些患者获得了手术治疗的机会,指导了病灶的准确切除。经手术后病理证实这4例患者的病灶均为FCD

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2. 一例经7T磁共振发现病灶的患者。患者的3T磁共振(A),后处理(B),T2CFLAIRD)及PETE)未能提示病灶。经7T磁共振(F)尤其是后处理分析(G)后,病灶被成功识别。该微小病灶在7T T2H)和FLAIRI)序列上难以识别。J为放大的3T7T MP2RAGE序列图像。

 

通过磁共振图像与手术标本对比,7T磁共振和后处理分析可以清晰显示微小FCD病灶的异常灰白质交界不清(图3)。

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3. 一例FCD患者,7T磁共振MR2RAGE序列显示额下沟灰白质模糊(A,B),后处理分析呈阳性(C)。术后标本证实该处脑沟灰白质交界不清(D),镜下可见异常神经元和气球样细胞(E),提示FCD IIb型。

 

针对本研究中11例经病理证实的FCD II型患者,我们回顾性分析了3T7T磁共振序列。我们发现灰白质交界不清和皮层增厚是这些病灶的主要特点。对比分析后发现这些异常征象在7T MR2RAGE序列和后处理分析中阳性率最高(图4)。

此外,我们对这些病例的T1序列和后处理分析的junction map进行了定量分析。我们发现7T MP2RAGE序列比传统的3T T1序列具有更好的灰白质对比度,7T junction map在检测FCD时具有更广泛的阳性区域和更显著的Z值,提示7T MR2RAGE序列能够更清晰显示FCD的异常灰白质交界模糊,并更准确体现FCD的范围(图5)。

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4. 不同场强下各序列对比,7T T1序列(MP2RAGE)在所有11例病灶中均可显示灰白质交界模糊(Blurred G/W boundary,其余序列均不能显示所有病例的异常征象(A)。7T T1序列比3T T1序列更清晰地显示了灰白质交界不清和皮层增厚(B)。磁共振后处理分析中,7T junction map检出了10FCD病灶,阳性率最高。

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5. 7T3T磁共振及后处理定量对比。T1像自动分割灰白质(A),手动描绘FCD病灶的灰质和皮层下白质(B),提取后处理junction map中的阳性区域(C)。7T MR2RAGE3T T1序列具有更高的灰白质对比度(D),在FCD病灶中,7T的灰白质对比度仍然更高,但校正全脑灰白质对比度后,7TFCD的灰白质对比度下降更加明显。在后处理分析的junction map中,7T的阳性区域体积更大(G),Z值更高(H),同时假阳性区域减少(I)。

 

综上所述,7T磁共振评估,尤其是7T MP2RAGE序列和后处理分析,可以提高局灶性癫痫中微小致痫灶的检出率,优化难治性癫痫患者的手术策略,指导病灶的准确切除,提高患者手术预后。7T磁共振评估在未来的难治性癫痫手术评估中将产生重要作用。

 

浙江大学医学院附属第二医院神经内科博士生陈聪为该论文的第一作者,浙江大学系统神经与认知科学研究所博士生/现附属第二医院神经内科博士后谢娟娟为第二作者,浙江大学医学院系统神经与认知科学研究所赖欣怡教授和浙江大学医学院附属第二医院王爽教授为共同通讯作者。本研究得到国家自然科学基金、浙江省科技计划项目等的资助。

6.png图:赖欣怡教授研究团队成员合影(从左到右:谭晓君,徐玉,渠博艺,沈婷,赖欣怡,岳玉梅,余晓,何婷婷,王海铭)

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浙二医院癫痫中心团队合影

 

论文链接:

https://doi.org/10.1177/17562864211021181

2021-07-23 READ MORE

浙江大学系统神经与认知科学研究所定于今年7月上旬举办“2021年暑期优秀大学生夏令营。本次活动旨在通过一系列精彩活动使同学们进一步了解浙大,了解本学科,激发青年学生从事神经科学、生物医学等方面的研究兴趣,为广大优秀大学生搭建学术交流平台,选拔品学兼优、热爱科研的学生继续深造。现面向全国高校招收营员,欢迎优秀大学生踊跃报名!

研究所简介

浙江大学医学院系统神经与认知科学研究所(ZIINT)于2013年在浙江大学华家池校区创立,以交叉学科(工程、信息、医学等)、高度国际化、临床转化为主要特色。ZIINT目前拥有全国第一台主动屏蔽式7T超高场磁共振系统——“MAGNATOM 7T超高场磁共振仪”、世界先进的非人灵长类动物实验平台、多光子成像等平台,特色研究方向包括多尺度脑影像技术、脑机接口、神经干预、以及视觉、触觉、听觉、决策等脑高级认知功能的基础研究。ZIINT的成立主要为解决认知与行为神经科学领域的重大问题,探索脑高级功能的神经网络机制;为相关医学、神经科学、工程学以及其他领域交叉学科的沟通搭建了桥梁;同时致力于跨学科研究,通过与在浙知名医院紧密合作,真正的推动神经科学从实验室到临床应用的转化。

申请资格

1.具有浓厚的科学研究兴趣,较强的科研能力,有志于生物医学工程、神经生物学等专业的研究,并有继续深造意向。

2.2022届本科毕业生,学业成绩优秀,满足所在学校免试推荐研究生标准,或有志参加全国研究生招生考试报考我所的三年级本科生。

3.要求良好的英文听说读写能力。

4.专业要求:有生物医学工程、神经生物学、医学、生物学、药学、数学、物理、化学、计算机科学、光学工程、生物技术、材料科学、信息电子工程、电子、电气、控制、心理学类等相关专业背景的同学欢迎报名。

报名

报名时间:即日起至6202359

报名方式:

报名网址:2021年浙大系统神经所夏令营报名 

材料审核及录取

1.审核和录取工作由系统神经与认知科学研究所成立资格审查小组评审,择优录取。录取营员名单将在夏令营网站上公布:http://www.ziint.zju.edu.cn/index.php/Education/Cindex.html?sid=37,并将通过邮件通知,请及时查看。

2.录取营员需确认参加并承诺全程参与夏令营所有活动。

夏令营形式及日程

1. 夏令营具体形式及日程安排另行通知。

注意事项

参加暑期夏令营的学生必须遵守浙江大学的相关规定,按照统一安排参加活动。

联系方式:

浙江大学华家池校区科学楼203办公室

联系人:赵老师

电话:0571-86971735

邮箱:tongxi@zju.edu.cn

2021-05-27 READ MORE

浙江大学7T磁共振成像平台是我国引进的首台采用主动磁屏蔽技术的人体扫描用超高场磁共振成像系统。自2016年夏季运行以来,7T磁共振成像平台已为国内外研究组、医院、校内多个学院提供了40余项的科研服务工作。近期,平台团队与浙江大学医工信跨领域团队合作,打造一个多尺度多模态的脑-脑机融合科研技术平台,研发先进的关键核心技术,将成为脑科学与脑疾病研究的新利器。迄今,平台在科研团队Anna Wang Roe,赖欣怡,张孝通,白瑞良等教授的共同努力下,已发表30多篇高质量SCI文章、获得8项国家发明专利。其中Anna Wang Roe教授团队通过整合了红外激光刺激和超高场功能磁共振扫描结合(INS-fMRI),开发了一种全新的脑连接组研究方法,入选了2019年度中国十大医学科技新闻。

为了提供科研团队更好的实验平台,平台利用寒假春节期间进行7T磁共振仪的梯度线圈升级更换,团队成员抓紧在节假日加班加点施工,实验员徐斌负责协调与辅助西门子公司,完成梯度线圈更换工作,实验员唐晓翠负责与平台用户沟通和协商机时调整的工作,在团队成员共同努力下,新的梯度线圈(重达一吨)经历了吊装、线圈定位、调试、安装链接测试等重要环节,终于在2021年的春季开学初顺利地完成了浙江大学7T磁共振梯度线圈的整体更换。为全脑尺度,高分辨率(亚毫米级)的神经活动的监测提供了更好的硬件保障,促进脑科学与脑疾病研究的合作与发展。

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平台团队成员于更新后的7T磁共振仪合影(左起:徐斌,赖欣怡,Anna Wang Roe,唐晓翠,张孝通,白瑞良)。

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新梯度线圈吊装、定位、调试及安装。

2021-04-29 READ MORE

灵长类动物的视觉皮层中包含多种柱状/模块状的结构,通常认为这些结构有助于高效处理信息的整合。早在上世纪80年代,人们首次通过细胞色素氧化酶(CO)染色的方法,在初级视皮层(V1)中和次级视皮层(V2)中发现斑块(blob)或条纹状(stripe)结构(图1)。随后,研究人员发现这些斑块或条纹状结构参与处理不同的视觉信息,例如,在V1斑块和在V2细条纹中的神经元主要参与编码颜色信息,而V1斑块间隙和V2粗条纹以及浅条纹中的神经元则处理更多精细信息,包括形状,深度和运动识别等(图2)。

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图1:猕猴视皮层的CO染色结果。清楚地展示出了V1的斑块和V2的条纹。(Sincich and Horton, 2005, Ann Rev Neuroanat,已编辑)

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图2:视觉输入示意图。(Principles of Neural Sciences, 5th edition)

CO染色是目前很常见的一种染色方式,但是人们仍不清楚为何CO染色可以展现出这些功能域。CO染色主要反映神经元中线粒体的代谢活动,比如在单眼剥夺相关实验中,CO的反应活性呈现出规律的减弱现象,因此先前的研究普遍认为CO活性是和神经元的活动息息相关的,并由此得出结论,在CO染色富集的区域(如V1中的斑块,V2中的粗、细条纹)中的神经元会比周围的神经元更活跃。然而我们曾提出过质疑,因为在那些CO染色富集的区域,活动依赖型基因的表达水平并没有显著高于周围区域。因此我们提出猜想,CO染色代表着丘脑-皮层传递的轴突末梢或直接接收丘脑投射的树突(图3)。

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图3:不同理论认为的CO染色的结果。早期人们认为你CO染色代表着皮层神经元的发放活性(A);然而我们的结果表明CO染色代表着丘脑-皮层投射末梢的分布(B)或者直接接收丘脑输入的皮层神经元的树突(C)。(Takahata, 2016, Front in Neuroanat)


为验证以上猜想,我们选取了一种轴突末梢的标志性蛋白:囊泡谷氨酸转运体(型)(VGLUT2),该蛋白的mRNA在丘脑中有很高的表达量,并且其蛋白产物会被运输至皮层的轴突末梢中,因此皮层中VGLUT2的免疫组化反应可代表丘脑-皮层输入的投射末梢。在本研究中,我们系统性地比较了松鼠猴视觉皮层中CO染色和VGLUT2免疫组化的反应结果,发现在各个层面,两种染色的结果都具有高度的相似性,包括V13Bβ层的蜂窝状结构(在Brodmann的分区中,该结构在第4A层),第4层(Brodmann分区的第4C层),以及V1的斑块和V2的条纹(图4)。以上结果能够支持我们的猜想,即灵长类动物视皮层中CO染色展示出的亚结构代表着丘脑-皮层投射的末梢,因此V1的斑块或V2的条纹极有可能是分别接收来自外侧膝状体(LGN)或丘脑枕(Pulvinar)不同投射的亚结构。

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图4:本研究中证明松鼠猴视皮层中CO染色和VGLUT2免疫组化具有高度相似性。尤其在V1斑块(左)和V2条纹中(右)非常清晰。

早期的一些研究认为丘脑-皮层的投射能够极强地激活皮层,从而导致皮层神经元呈现出较强的CO 活性。但是基于我们的研究,我们将早期的研究结论稍作修改,即较强的CO活性依然存在于丘脑-皮层投射的末梢中,或在皮层神经元中直接接收丘脑投射的树突中。此结论的修改并非微不足道,比如,此结论表明V1斑块和V2粗、细条纹中的神经元并不一定比斑块间隙或条纹间隙的神经元要更加活跃。早期的研究认为V1斑块中的神经元比斑块间隙的神经元更活跃,从而推测出斑块中的神经元不具有方向选择性,而是对所有的方向都反应,但是根据我们的理论,这一说法是不正确的,近期也有一些其他的研究表明V1斑块中的神经元具有一定的方向选择性,这一结论与我们的理论是一致的;此外,在单眼剥夺处理后,CO染色只展示出V1中第4层的眼优势柱和2/3CO斑块的缩小,在一定程度上表明彼此分离的眼优势柱结构仅存在于以上几个区域,但事实上,眼优势柱在其他层也有广泛的分布。由此可见,如果仅仅将CO染色的结果认为是皮层神经元的发放活动,其结果可能会导致错误的结论。除此之外,我们的研究结果表明丘脑-皮层投射的末梢与皮层功能柱的起源存在较强的关联。

本文通讯作者是浙大系统神经所Toru Takahata教授,博士生姚松坪为论文第一作者,周秋盈,李水煜为共同作者。本文于2021年2月发表于Frontiers in neuroanatomy.

论文链接https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fnana.2021.629473/full

2021-04-28 READ MORE

2021年2月5日,浙江大学医学院系统神经与认知科学研究所/医学院附属第二医院赖欣怡教授团队,联合医学院附属第二医院张宝荣教授团队和医学院附属邵逸夫医院吕文主任医师团队,在Nature合作期刊npj Parkinson's disease杂志上发表了最新研究成果“The role of brain perivascular space burden in early-stage Parkinson’s disease”,揭示早期帕金森氏病的血管周间隙负荷加重及白质微结构改变,为血管周间隙在帕金森氏病中的病理生理机制提供了新的证据,对帕金森氏病的病程评估及治疗剂量预测提供重要的参考依据


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脑内血管周间隙(PVS)是包绕在进出脑实质的小穿支动脉及静脉周围的间隙,属于脑类淋巴系统的一部分,参与清除脑内的堆积的代谢产物及毒素等。研究表明PVS负荷的加重与帕金森氏病(PD)等神经系统疾病存在相关性。研究假设认为PVS清除功能下降,可能导致并加重病理性α-syn蛋白的沉积,从而对多巴胺能神经产生损伤。因此,PVS的研究对加深PD致病机制的理解、寻找新的生物标志物至关重要。

但早期研究多关注显著扩大的PVS结构,而直径小于3 mm的PVS被认为是正常结构。鉴于受到既往磁共振成像(MRI)技术分辨率及信噪比(SNR)的限制,直径较小的PVS未能显示,其临床意义及病理生理机制尚不明确。赖欣怡课题组重点关注这些既往被认为“正常”的PVS结构,通过超高场强7T MRI技术提高PVS的检测率,探究PVS负荷与PD临床症状的相关性,阐述PVS负荷与邻近白质纤维束微结构改变的关系,以探究PVS结构改变对周围组织的影响。

首先,课题组采用双磁化准备快速采集梯度回波(MP2RAGE)序列对豆纹动脉及其伴行的PVS进行可视化(图1c),并采集T2加权磁共振成像(T2WI)数据,图1a证实在同样的分辨率水平下,7T MRI可提供更高的SNR,提高PVS的检测率。随后,在T2WI图像上分别对左右侧半球基底节区及中脑的PVS负荷的计数及体积进行定量(图1b),获得PVS负荷评估指标。研究发现早期PD患者基底节和中脑内,小的血管周围间隙(< 3 mm)负荷已出现明显的增高(图2),且与运动症状、药物剂量等相关(图3)。进一步表明,PVS可能是PD潜在的影像标志物,并与临床表征高度关联。


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图1. (a)7T和3T MRI 血管周间隙检测率比较;(b)T2加权磁共振图像分别对基底节和中脑的血管周间隙进行定量;(c)MP2RAGE图像对豆纹动脉及其伴行血管周间隙的可视化。


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图2. 血管周间隙负荷在帕金森氏病患者和健康被试的分布情况。(a)PVS计数;(b)PVS体积。缩写:BGR,右侧基底节;BGL,左侧基底节;MidR,右侧中脑;MidL,左侧中脑。*表示p < 0.05。


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图3. 血管周间隙负荷与帕金森氏病患者临床量表的相关性分析。缩写:MDS-UPDRS,运动障碍协会统一的PD评定量表;LEDD,每日左旋多巴等效剂量;pcc,偏相关系数。*表示pcc < 0.05,**表示pcc < 0.01。

 

此外,从弥散加权成像数据中提取白质纤维微结构的评价指标,包括基底节区、中脑内部和邻近的核团及白质纤维束的各向异性分数(FA),平均弥散率(MD)参数,以及经过相关核团的白质纤维束数目。研究发现基底节区PVS负荷参数与苍白球、内囊前肢、内囊后肢、外囊的MD值正相关;中脑的PVS负荷参数与黑质的FA值负相关,MD值正相关(图4)。同时,计算PD患者左右侧半球中脑PVS参数的差值与通过左右侧半球黑质的白质纤维束数目的差值,两者之间呈显著负相关(图5b)。可见,随着PVS负荷的加重,周围白质纤维越稀疏,且周围组织的DTI参数发生相应改变。


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图4. 血管周间隙负荷与邻近组织DTI参数的相关性分析。缩写:SN,黑质;EC,外囊;CP,大脑脚;GP,苍白球;ALIC,内囊前肢;RPIC,内囊膝部;BGR,右侧基底节;BGL,左侧基底节;MidR,右侧中脑;MidL,左侧中脑。*表示p < 0.05。

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图5. 血管周间隙负荷参数(右-左)与经过相应核团的白质纤维束数目(右-左)。缩写:BG,基底节;SN,黑质。*表示p < 0.05。

 

综上所述,课题组的研究提示既往认为“正常”的PVS负荷加重,仍在PD的发展中起到一定作用,且早期的PD患者已经存在明显的增高,可能成为评估PD运动症状严重程度和预测药物剂量的候选影像标志物。同时,研究进一步证明PVS系统结构改变的效应之一,可能是通过影响其周围白质微结构产生的。因此,本研究为PVSPD中的病理生理机制提供了新的证据,对早期PD的严重程度评估及治疗剂量预测具有重要的参考意义。

 

浙江大学医学院系统神经与认知科学研究所博士后沈婷为该论文的第一作者,浙江大学医学院附属邵逸夫医院神经内科岳玉梅医生为第二作者,浙江大学医学院系统神经与认知科学研究所赖欣怡教授和浙江大学医学院附属第二医院张宝荣教授为共同通讯作者。本研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金面上项目、国家自然科学基金国际(地区)合作与交流项目、浙江省科技计划项目、中央高校基本科研业务费专项资金资助、之江实验室等的资助。


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图:赖欣怡教授研究团队成员合影(从左到右:谭晓君,徐玉,渠博艺,沈婷,赖欣怡,岳玉梅,余晓,何婷婷,王海铭)


论文链接:https://www.nature.com/articles/s41531-021-00155-0

2021-04-27 READ MORE


抑郁障碍通常与情绪低落和记忆中的认知损伤相关联。这个传统观点忽视了很多抑郁患者可能以异常的方式感知这个世界。感知觉对形成情感和认知活动是非常重要的。众所周知:我们是根据感知的结果去行动和思考。2021年4月16日,浙江大学医学院系统神经与认知科学研究所的宋雪梅团队与浙大医学院附属精神卫生中心/杭州第七人民医院谭忠林团队,以及加拿大渥太华大学精神卫生研究所的Georg Northoff 教授合作,在国际知名期刊《Molecular Psychiatry》在线发表题为“Reduction of higher-order occipital GABA and impaired visual perception in acute major depressive disorder”的研究论文,他们的研究成果揭示了抑郁患者的感知异常及其脑分子机制。


抑郁患者的感知功能异常

宋雪梅,谭忠林,Georg Northoff 研究团队使用心理物理的实验方法检测抑郁患者的运动视觉感知能力。受试者被要求判断移动光栅刺激的运动方向。抑郁患者与健康被试相比,需要更长的时间才能正确判断小光栅的运动方向,并且识别差异的外周抑制功能更弱。这可能是由于抑郁患者内在对外部世界运动的跟随能力更加缓慢引起的。这项研究发现:抑郁患者外周抑制能力越弱,抑郁严重程度越重(即:汉密顿抑郁评分越高)。

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感知测量范式(上)以及测量结果(下)


运动视觉感知异常的脑分子机制

抑郁患者运动视觉感知异常来自哪里?研究团队同时研究了负责这个感知功能脑区(中颞叶复合体,hMT+)的兴奋性(Glutamate)和抑制性(GABA)的神经递质浓度。他们的研究发现:与健康被试相比,抑郁患者hMT+脑区的GlutamateGABA浓度明显不足。这削弱了抑郁被试正确感知和跟随外部运动视觉刺激的能力,即他们的大脑没有足够的和充分快的行动力去跟随外部世界的运动视觉刺激。

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抑郁患者GABAGlutamate神经递质明显不足


这项研究的意义

这项新的发现给人们上了一课:抑郁患者在跟随外部世界视觉运动方面遭受的感知改变与脑中生物化学物质代谢异常有关。如果你跟不上环境中运动发生的方向、速度,你会是怎样的感觉呢?你恐怕会退缩,如果长期处于这种状态,你可能就抑郁了。这可能就是在抑郁患者身上发生的事情。这项研究成果展示了抑郁患者存在感知觉异常,从而有望开启对抑郁障碍治疗的新方向。如果我们能使大脑的生化物质水平正常,就可以使大脑的兴奋性和抑制性的功能活动得到恢复以及达到平衡。这样,我们将能帮助抑郁患者跟上周围环境的视觉运动步伐,从而减少他们的社会退行行为,最终改善恢复他们的情感和认知。

 

主要研究者10.png 


宋雪梅,胡希文,李哲为该论文的共同第一作者,谭忠林与Georg Northoff 是本论文的共同通讯作者。该研究得到了浙大医学院白瑞良研究员和浙大心理与行为科学系蔡永春副教授的大力支持。感谢科技部重点研发计划,国家自然科学基金委,中央高校基本科研业务费,浙江省重点研发计划,浙江实验室,杭州市第七人民医院高峰学科,杭州市医学重点学科建设等项目的支持。


特别致谢:浙江大学7T影像中心以及优秀的核磁技术团队

超高场7T与商业化程度较高的3T磁共振扫描仪不同,每一项新的实验均需要核磁技术团队开发新的硬件(如:线圈)和软件(如:新的扫描序列)进行支持。Anna Wang Roe (王菁)教授领导的核磁团队,投入了巨大的时间和精力,建立并维持了世界一流的超高场磁共振成像技术,是取得这项研究成果的必要条件。

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超高场7T核磁氢谱成像技术直接探测hMT+脑区神经递质的绝对浓度8.png

世界一流的超高场磁共振成像平台以及优秀的核磁技术团队

2021-04-23 READ MORE

暖雨晴风初破冻,我们将怀着不舍的心情送别2021届春季毕业生。在过去几年的研究生学习生涯中,ZIINT陪伴了他们的成长,他们也见证了ZIINT的发展,他们是ZIINT成就的贡献者和见证者。这其中,涌现出一批成绩优异,科研能力强的优秀毕业生。 

2021年度浙江省优秀毕业生-李哲

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李哲同学于20189月由华北电力大学保送至浙江大学系统神经与认知科学研究所生物医学工程专业攻读专业硕士学位,遂加入宋雪梅副研究员研究团队,是与白瑞良研究员联合培养的学生。研究方向为急性抑郁障碍的视觉外周抑制功能及分子标记物,取得了一些有意义的研究成果:(1)证实了发作期抑郁障碍同样存在视觉外周抑制能力减弱的现象,但是与恢复期的表现不同;(2)发现了发作期抑郁障碍和健康被试在神经递质GABA和glutamate浓度的差异,且体现了兴奋-抑制解耦;(3)解释了视觉外周抑制指数SI与神经递质浓度作为临床抑郁障碍辅助诊断指标的潜力。该工作已被Nature子刊“Molecular Psychiatry (分子精神病学)”接收,李哲同学为共一作。

李哲同学在校期间曾担任求高二班班长和党支部青年委员,工作能力得到老师和同学们的一致认可。在学年评优中曾获得“优秀研究生”和“优秀研究生干部”的荣誉称号。

寄语:生活中经常要面对很多选择,也会听到很多不同的建议,但最重要的是自己内心的声音。希望学弟学妹们都能找到心中所爱,做一个正直善良的人。

2021年度校级优秀毕业生-孙超良

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孙超良,2018年9月至浙江大学系统神经与认知科学研究所生物医学工程专业攻读硕士学位,加入白瑞良研究员课题组,研究方向为7T磁共振成像方法及临床转化研究。硕士期间,参与了课题组在7T磁共振成像技术开发以及在脑疾病、脑科学的应用研究,重点研究患者的影像学特征,探讨疾病的发病机制(主要负责多模态的磁共振图像数据采集以及后处理,约含60+例人体数据);在导师和师姐带领下,通过设计序列,使得能够对颅内微循环定量成像,相关工作已在ZJU TOP期刊NeuroImage上发表。学位论文的方向是脑可塑性的影像学研究,通过对31名被试在多个时间点采集到的高分辨磁共振影像进行分析,结合行为学指标,探究成年人大脑的可塑性机制,为临床治疗提供潜在的帮助,相关SCI论文准备投稿中。孙超良同学在硕士期间曾获浙江大学优秀研究生、浙江大学2021届优秀毕业生等荣誉称号。

寄语:即将离开校园走向社会,有些话想对学弟学妹们说。“随着我对脑科学和类脑科学逐渐了解,我越来越觉得这个领域意义深远,前途广阔。经过这么多年的技术积累,现在对脑科学的研究已经比较成熟,正是出成果的黄金时期。期待看到学弟学妹们出色的研究成果,为学校的双脑计划贡献自己的聪明才智!”

 

在ZIINT两年半的学习时光,李哲、孙超良不仅在科研上各有建树,还从懵懂少年成长为全面发展的优秀人才。春意款款,岁月缓缓,这个春天,李哲、孙超良正式结束自己的学生时代,他们将怀揣梦想,踏上人生新的征程。相信两位同学未来会有更广阔的的平台,无论在哪,都能继续发散自己光和热,演绎更精彩的人生!

 



2021-03-26 READ MORE
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