中医脑病神经信息的多维性与技术特征

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1、中医脑病神经信息的多维性与技术特征中医药I临床杂志2004年l0月第l6卷第5期中医脑病神经信息的多维性与技术特征,王忠中国中医研究院西苑医院北京100091摘要该文结合神经信息学的发展?初步阐述了中NN病神经信息学的定义,研究内容,目标.主要分析了中NN病信息的多维性,认为中医脑病具有多层次,多环节的生理特点和不同的演变规律以及多层次治疗的特点;阐述了脑成像,蛋白质组与基因组技术,部位多导阵列微电极技术的特征.认为多种方法与技术的结合.即微观静态结构与宏观动态功能的结合,高通量信息收集与网络分析的结合,局部解析与整体系统分析的结合.线形分析与复杂性理论结合.是未来中NN病神经

2、信息学发展的趋势.关键词中医脑病学神经信息学脑功能成像基因组学蛋白质组学神经信息学是脑科学,信息科学和计算机科学互相交叉的边缘学科,是研究神经信息的产生,传输与加工规律,以及神经信息编码,存贮与提取机制的科学;研究神经系统内分子水平,细胞水平及细胞间的变化过程,以及这些过程在中枢功能控制系统内的综合作用;还包括各类神经数据的获得,建库,分发,利用以及解释等内容,主要任务是解释在大脑发生的所有过程的生理和心理意义.1]神经科学数据远比序列数据复杂,"比较起来,基因组计划中的信息学是微不足道的".神经科学从多个层次获得数据.中医脑病神经信息学利用神经信息学的技术来获取,分析,处理中

3、医脑病的各种信息,提高诊疗水平,更好地发挥中医宏观与微观结合,结构与功能结合,静态与动态结合的优势.中医脑病神经信息学是研究脑结构与功能信息动态变化的一门具有中医学特点的学科,是在生理,病理,药理,毒理,生物技术等学科基础上,从分子,细胞,器官,系统等不同层次上收集信息,进行综合分析与评价的一门系统学科.中医脑病神经信息的多维性1神经信息学研究的层次性神经信息学的研究,目前主要包括分子神经信息学和系统神经信息学.前者是在分子水平上的神经信息,基本载体是各种神经信息分子,包括各种神经递质,神经调质,神经肽,神经激素,神经配体,以及相应的离子通道,受体分子,信号转导分子以及基因调控

4、的分子网络系统等.分子神经信息学是生物分子信息学的重要组成部分,它是系统神经信息学的基础,预计在21世纪将取得重大进展.后者是在系统水平上的神经信息学,其结构单元为神经元.神经元通过突触互相联结,组成复杂的神经网络.神经元的膜表面,有大量的可兴奋的离子通道.离子通道的王忠,男,副研究员,中华中医药学会内科脑病专业委员会常委,中药l瞄床药理专业委员会副秘=枵长.开启与关闭是一个快的过程,其时间常数以微秒计.离子通道电流的局域性和分级的电活动,离子通道电流在时间和空间上的综合,组成神经元膜电位变化的动态过程.当膜电位除极超过阈值时,则出现传导的全或无的兴奋电流.所以在神经网络中,神

5、经元不单是结构的单元,而且还是信息的传导单元,编码单元,处理和整合单元,在神经信息学中起关键性作用.2脑神经功能的层次性与多维性见表1[.表l脑神经功能层次及数据类型脑功能层次实验神经科学数据类型l行为表现的定量化,视频监视,药物试验2分布式系统区域间2D,3D突追踪,电生理记录,脑成像与3D脑图3特殊区域片层与功能柱的2D,3D细胞结构,递质,受体定位,解剖,生理与代谢图4神经细胞3D细胞形态学,3D功能成像,动作电位模式与膜电流的电生理记录5神经元各分区突末梢,生长锥,树突与树突棘的3D成像,细胞器与突触微回路的3D定位6微回路突触模式3D精细结构与成像,突触药理学,动作电

6、位放电模式,突触电流与电位7细胞器突触,线粒体,微管的2D,3D精细结构与分子组成,突触电流与电位的记录8分子受体,通道,酶与结掏蛋白质的3D分子模型,递质,调质,激素,日I导分子,生长因子与基因转录因子生理学与药理学9基因DNA与蛋白质序列3中医脑病具有多层次,多环节的特点3.1中医脑病具有多层次,多环节的生理特征3.2中医脑病具有不同的演变规律3.3中医脑病治疗的多层次,多环节特征中医脑病神经信息学研究的技术特征1脑成像技术的整体,动态性特征近年来发展起来的脑成像技术,为人们直接观察和分析人脑功能活动提供了较为直观的手段.脑功能成像技术包括功能磁共振成像(fMRI),正电子

7、发射扫描(PET),事件相关电位(ERP),脑磁图(MEG)等.该技术是一种整体的,无创性的,活体检测脑功能的技术,具有空间分辨率相对较高的特点,近年来已广泛应用于感知觉,运动控制,记忆,情绪等脑功能活动研究.无创性成像技术在神经科学的成功应用,使人们对脑的高级功能研究进入了一个前所未有的境界,可进行动态的活体脑观察.正电子发射断层扫描(PET)是通过检测发射正电子在脑内的分布,来了解脑内功能活动.这些发射正电子的分子是由人为导入,根据需要可以观察血流,也可以观察脑内神经递质等分子.功能性核