出版物
2022
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(2022) 大脑的刺激。 15日, 3. p . 769 - 779 摘要
超声神经刺激是一种潜在的无创治疗方法,其作用机制尚不清楚。我们设计了一个系统,能够应用超声波和最小的反射到神经元培养。突触传递由药物控制,消除网络效应,使单细胞过程检查成为可能。应用短单脉冲低强度超声,并使用钙成像检查时间锁定反应。
低压(0.35 MPa)超声直接刺激了药理学上断开的20%的神经元,而不考虑膜孔。刺激对几种嘌呤能受体和机械敏性离子通道类型的阻断具有抗性。然而,通过抑制动作电位,刺激被阻断了。令人惊讶的是,即使极短的脉冲(4 μs)也是有效的,刺激了8%的神经元。低压脉冲(0.35 MPa)的效果低于高压脉冲(0.65 MPa)。磨损效应占主导地位,没有迹象表明生存能力受损。
我们的研究结果与空化、加热、非瞬时膜孔>1.5 nm、突触前释放或渐进效应的理论相矛盾。它们暗示了动作电位上游的突触后机制,并缩小了可能涉及的目标列表。
2021
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(2021) PLoS ONE。 16日, 5, e0250969。 摘要
自动语音识别(ASR)和自然语言处理(NLP)有望受益于一种有效、简单、可靠的自动解析会话语音的方法。解析对话式语音的能力关键取决于识别韵律短语之间界限的能力。这是由人耳自然完成的,但事实证明,以自动的方式可靠而简单地实现这一点非常困难。迄今为止,研究的重点是利用各种语言和声学线索来检测短语边界。我们提出了一种不需要模型训练并利用基于ASR输出的两个韵律线索的方法。边界是通过语速的不连续(边界前延长和短语初始加速)和沉默停顿来识别的。生成的短语保留了语法的有效性,表现出音高重置,并且与手动标记韵律边界相比很好。总的来说,我们的研究结果支持了韵律短语的概念,它代表了跨越文本和声学参数的连贯模式。
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(2021) 美国国家科学院院刊。 118年, 12, e201845911。 摘要
兴奋和抑制之间的相互作用对大脑中的神经元回路至关重要。新皮层和海马体中的抑制细胞分数通常保持在15 - 30%,这被认为是稳定动力学的重要因素。我们系统地研究了精确控制的兴奋性/抑制性(E/I)细胞比率对小鼠海马培养网络活动的作用。令人惊讶的是,具有不同E/I比率的网络保持稳定的突发动态。除了极端的0 - 10%和90 - 100%的抑制细胞外,大多数比率的爆发间隔保持不变。单细胞记录和建模表明,网络通过平衡E/I连接来适应E/I组成的慢性变化。抑制的逐渐阻断证实了模型与实验的一致性,并确定了其限制。将种群和单细胞活动的测量与理论建模相结合,我们提供了一个更清晰的图像,说明E/I平衡是如何保存的,以及在活神经元网络中它在哪里失效。
2020
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(2020) 精神病学研究。 291年, 113056. 摘要
研究表明,哌醋甲酯(MPH)影响神经心理学测试的认知表现和被诊断患有注意缺陷/多动障碍(ADHD)的个体的临床症状。本研究探讨MPH对神经心理学测试的急性影响,探讨MPH与测试-重测效应之间的相互作用。在双盲安慰剂对照交叉设计中,对20名患有多动症的年轻人进行了MPH摄入前后的测试,并与20名匹配的对照组进行了比较。参与者接受了一系列标准化任务的测试,包括持续关注反应、N-Back和Word/Color Stroop。相同的任务在每个测试日执行两次,在MPH/安慰剂给药前和给药后1小时。健康对照组在没有干预的情况下进行类似的测试。在MPH后的ADHD中发现,任务间的响应时间(RT)可变性和委托错误减少。相反,在安慰剂后观察到RT变异性的显著增加和遗漏错误的增加。在对照组中,RT变异性和遗漏错误增加,而委托错误减少,分别表明疲劳和练习的影响。对照组的重测信度高于ADHD组。 It is suggested that cognitive tests are sensitive objective measures for the assessment of responses to MPH in ADHD but are also affected by repetition and fatigue.
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(2020) 大脑的刺激。 13日, 3. p . 900 - 907 摘要
背景:经颅磁刺激(TMS)是一项迅速发展的技术,用于研究和神经精神治疗。然而,传统的TMS配置主要影响由固定线圈平行于感应电场对齐的神经元,使激活方向特定。一种被称为旋转场TMS (rfTMS)的新方法,其中两个正交线圈以90°相移进行操作,在几乎一个完整的周期内产生电场矢量的旋转,并可能刺激给定大脑区域内的更大一部分神经元种群。目的:比较rfTMS与常规单向经颅磁刺激(udTMS)对运动皮层的生理作用。方法:使用基于h7线圈的双线圈阵列测量8名健康志愿者在不同方向udTMS或rfTMS刺激后的手和腿静止运动阈值(rMT)以及运动诱发电位(MEP)振幅和潜伏期(rMT的120%)。结果:对于两个靶区,rfTMS产生的rMTs明显低于udTMS,而在感应电场振幅相当的情况下,MEPs明显高于udTMS。手和腿的rMTs都是方位依赖的。结论:rfTMS在较低强度下对脑靶区产生较强的生理效应。重要的是,考虑到在特定大脑区域内激活更大数量的神经元,反复应用rfTMS可能会在神经网络中诱导不同的神经塑性效应,开辟新的研究和临床机会。
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(2020) 大脑皮层通讯。 tgaa013。 摘要
已知精神分裂症患者的脑电图(EEG)在应对各种外部刺激时表现出信噪比和相位锁定的降低,以及兴奋性的促进。在这里,我们在经颅磁刺激(TMS)诱发电位和静息状态脑电图中证明了这些影响。为了确保准确性,我们使用了三个星期的会议,并分析了静息状态和TMS-EEG数据。对于TMS响应,我们的分析验证了已知的结果。对于静息状态,我们将平均归一化变化的方法引入到EEG分析中(基于四分位的变异系数),这允许将窄带EEG振幅波动与窄带高斯噪声进行比较。这表明,健康对照组的δ, α和β波段的振幅波动与精神分裂症患者不同,在几十秒的时间尺度上。我们的结论是,精神分裂症患者脑电图测量的皮层活动模式更类似于噪音,无论是在α和β静息状态,还是在TMS反应中。我们的结果表明,在精神分裂症患者中,神经元群体形成稳定的、局部的和时间相关的活动的能力降低了,这一结论与先前关于TMS-EEG和静息状态EEG的实验一致。
2019
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(2019) 大脑连通性。 9日, 5, p . 437 - 450 摘要
哌醋甲酯(MPH)是治疗注意力缺陷/多动障碍(ADHD)的主要药物,但其潜在的神经元机制尚不清楚。在这里,我们使用动态大脑网络方法来探索认知努力和MPH对ADHD受试者的影响。记录了19名ADHD受试者和18名对照组在“去/不去”任务中的脑电图数据。ADHD受试者在2天内每天完成两次任务。第二阶段在摄入安慰剂/MPH(交替)后进行。对照组在一天内执行两项任务。数据被分成300毫秒窗口,从刺激前-300毫秒到刺激后1200毫秒。每个被试和窗口构建大脑网络,从中提取网络指标,并在实验条件下进行比较。我们发现,在刺激后,两组人群的全球连通性和网络隔离立即发生了变化,随后逐渐恢复到基线水平。与对照组相比,ADHD的整体连通性在刺激后400-700毫秒下降,并且在mph后恢复正常。 An increase of the networks' segregation occurred post-placebo at 100-400 and 400-700 ms post-stimulus, yet it was inhibited post-MPH. These global alterations resulted mainly from changes in task-relevant frontal and parietal regions. The networks of medicated ADHD subjects and controls exhibited a more significant and lasting change, relative to baseline, compared with those of nonmedicated ADHD. These results suggest impaired network flexibility in ADHD, corrected by MPH.
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(2019) PLoS ONE。 14, 5, e0217383。 摘要
哌醋甲酯(MPH)是治疗注意力缺陷/多动障碍(ADHD)的一线药物,但其神经机制和治疗仍不完全清楚。先前关于MPH对ADHD影响的脑电图研究发现,诱发反应电位(ERP)成分的变化在研究之间不一致。这些不一致突出了设计良好的研究的必要性,其中包括多个基线会话和可能的疲劳控制,学习效果和天之间的变化。为此,我们采用了一项双盲安慰剂对照交叉研究,探讨MPH对ADHD受试者在去/不去认知任务中ERP反应的影响。我们的ERP分析显示,在刺激后250ms-400ms (P3), ADHD受试者在安慰剂组和MPH组的额顶区有显著差异。此外,与对照组相比,ADHD受试者额电极的晚期650ms-800ms ERP成分(LC)下降。与安慰剂相比,MPH条件下ADHD受试者反应时间的标准偏差显著较小,并与额顶电极P3 ERP反应的增加相关。我们认为,与安慰剂前相比,精神疲劳在安慰剂条件下P3反应的降低中起着作用,这一现象在ADHD受试者中很显著,但在对照组中不明显,有趣的是MPH纠正了这一现象。
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(2019) 553页。 摘要
超声(US)可能是第一个非侵入性神经调节方式,可以选择性地针对大脑深处的小区域。了解美国神经调节机制是建立其可行性和安全性的重要一步。海马神经培养暴露于单波连续的美国脉冲,同时通过荧光钙成像成像。GABA和谷氨酸受体拮抗剂阻断了神经培养的连通性。这使得在单个独立神经元的水平上检查效果成为可能,而没有在完全连接的培养中出现的混淆性复发活动。机械敏感离子通道阻滞剂也被应用。单个US脉冲在完整的培养物和药理学上断开的神经元中都能有效地产生反应。这些反应被河豚毒素(TTX)消除,但对钌红(RR)耐药。当突触输入被阻断时,成功的刺激表明涉及突触后机制。然而,这并不能排除一个单独的突触前机制。TTX的取消证实了测量到的反应是神经元活动的结果,主要机制不是质膜的持续穿孔,也不是US对钙流入的巨大直接影响。 The resistance to RR suggests that neither TRPV nor Piezo type mechanosensitive channels mediate this effect.Propedium Iodide, a membrane impassable fluorescent indicator, was used to investigate membrane integrity. It showed that only a small percentage of the responding cells had become permeable during stimulation. This undercuts membrane poration as a major mechanism, although very small pores (<2nm) may still be occurring.Surprisingly, even extremely short single pulses (4us), were effective at generating responses. This precludes thermal phenomena and stable cavitation, it also shifts focus away from frequency specific effects or a charge gradually accumulating on the membrane during exposure.
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2018
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(2018) BioRxiv。 摘要
背景:唐氏综合症仍然是智力残疾的主要遗传原因,发病率约为1 / 700活产。Ts65Dn小鼠株系有一条额外的小鼠染色体,其中包括小鼠的第10、16和17条染色体的基因,Tc1株系有一条额外的人类第21条染色体,目前被认为是唐氏综合症的信息丰富和研究充分的模型。使用全细胞膜片钳,我们最近显示了Ts65Dn和Tc1胚胎海马神经元培养中几种类型的跨膜电流的变化。导致这些生理变化的相关基因变化还有待研究。方法:我们使用qPCR方法检测了我们怀疑与之前报道的测量电流变化有关的几个通道基因的RNA表达水平,并使用Matlab程序进行了标准t检验和方差分析,并计算了几个通道基因RNA表达水平之间的相关性。结果:与对照组相比,我们使用qPCR检测了钾通道调节因子KCNE1和KCNE2在Ts65Dn和Tc1胚胎和幼崽中的差异基因表达水平。在Tc1中,人类基因KCNJ6和KCNJ15表达,而小鼠基因KCNJ6和KCNJ15的表达增加无统计学意义。我们所测量的复制量大的所有通道基因,在两种小鼠模型中都有相同的上调或下调,这表明转录机制在这两种小鼠模型中作用相似。大型数据集进一步允许我们观察不同通道基因之间的相关性。我们发现,尽管表达水平发生了显著变化,但已知相互作用的通道在对照组和唐氏综合征小鼠模型的表达中都具有高而显著的相关性。结论:我们认为KCNE1和KCNE2的差异表达可能是我们之前报道的钾电流变化的原因。我们报道了KCNJ6和KCNJ15过表达,这在增加输入电导和降低细胞兴奋性中起作用,我们之前在Tc1小鼠模型中报道过。 The large and significant positive (KCNQ2-KCNQ3, KCNE1-KCNE2, KCNQ3-KCNE1, KCNQ2-KCNE1, KCNQ2-KCNE2, KCNQ3-KCNE2) and negative correlations (KCNE1-KCNJ15, KCNE2-KCNJ15) that we find between channel genes indicate that these genes probably work in a cooperative or in a mutually exclusive manner.
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(2018) PLoS计算生物学。 14, 7, e1006177。 摘要
经颅磁刺激(TMS)与脑电图(EEG)的结合暴露了大脑对局部和突然刺激的整体反应。然而,经颅磁刺激在脑电图中诱发了大量的电伪影,掩盖了大脑反应的关键阶段。伪影去除通常由数据处理技术执行。然而,对于tms诱导放电伪影的起源和结构,仍然缺乏一个经过实验验证的物理模型,通过它可以证明或评估这些方法。我们重新检查了皮肤在产生伪影时的已知贡献,并概述了由于经颅磁刺激脉冲而在电极-凝胶-皮肤界面上积累的电荷松弛的详细模型。然后,我们通过实验验证模型提出的含义。我们发现这些伪影在时间上像幂律一样衰减,而不是通常假设的指数衰减。事实上,皮肤在每个电极上都产生了1阶幂律衰减,而在参考电极上则变成了2阶幂律衰减。我们提出了一种基于该模型的伪影去除方法,该方法可以应用于脉冲后的时间,短至2毫秒,以暴露大脑的完整脑电图。该方法能将电容放电伪影与脑肌激活伪影分离,表明电容效应在短时间内占主导地位。 Overall, our insight into the physical process allows us to accurately access TMS-evoked EEG responses that directly follow the TMS pulse, possibly opening new opportunities in TMS-EEG research.
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(2018) 生物精神病学:认知神经科学和神经影像学。 3. 1, p . 88 - 98 摘要
背景:广泛的大脑网络动态协调的改变被认为是精神分裂症认知症状的基础。然而,对这些网络的时间演化以及它们与认知障碍的关系的理解有限。目前的研究旨在探索精神分裂症认知特征背后的网络连接的动态模式。方法:共有21名精神分裂症住院患者和28名健康对照参与者完成了一项认知任务,同时获得脑电图数据。对于每个参与者,Pearson交叉相关应用于脑电图数据,以构建相关矩阵,表示响应认知刺激的静态网络(平均超过1200毫秒)和动态网络(1200毫秒分为四个300毫秒的窗口)。提取了全球和区域网络指标,用于组间比较。结果:动态网络分析确定了整体效率的提高;减少集群(全球和本地);额叶、顶叶和感觉运动区域周围的强度(加权连通性)降低;以及精神分裂症患者枕叶周围力量的增加。区域网络测量也与精神分裂症的临床特征相关。 Network differences were prominent 900 ms following the cognitive stimuli before returning to levels comparable to those of healthy control participants.CONCLUSIONS: Patients with schizophrenia exhibited altered dynamic patterns of network connectivity across both global and regional measures. These network differences were time sensitive and may reflect abnormalities in the flexibility of the network that underlies aspects of cognitive function. Further research into network dynamics is critical to better understanding cognitive features of schizophrenia and identification of network biomarkers to improve diagnosis and treatment models.
2017
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(2017) 物理评论E。 96年, 5, 052307年。 摘要
复杂系统动力学中的一个基本问题是网络在响应有针对性攻击时的弹性。本文通过研究具有最大程度节点的移除顺序,探讨了网络攻击过程的局部动态,并表明这种动态网络响应可以从图的初始连通性中预测。我们用数值方法证明了网络在时间步长t时的最大度M(tau)通过一个拓扑相关指数随tau呈指数衰减。此外,站点被删除的顺序可以通过考虑网络的“层次结构”函数h来近似,该函数测量每个节点V-i有多少初始最近的邻居具有较低的度和具有较高的度。最后,我们证明了我们为攻击动态识别的指数与扩散激活动态的指数行为相关。结果表明,函数h同时具有局部和全局性质,是一种新的网络动态和结构节点度量方法。
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(2017) 朱庇特——可视化实验杂志。 123年, e54357。 摘要
当神经元的膜电位超过一定阈值时,就会产生动作电位。在大脑的典型活动中,这是由于化学物质输入到突触的结果。然而,神经元也可以被外加电场激发。特别是最近的临床应用,通过在外部产生电场来激活神经元。因此,研究神经元如何对外部电场做出反应以及是什么引起动作电位是很有意义的。幸运的是,精确和可控的外部电场应用是可能的胚胎神经元细胞被切除,分离和培养。这使得在一个高度可重复的系统中调查这些问题成为可能。本文综述了外电场在神经元培养中可控应用的一些技术。网络可以是一维的,即以线性形式排列,也可以允许在基底的整个平面上生长,因此可以是二维的。此外,可以通过浸入流体中的电极(浴电极)直接施加电场或通过远程产生磁脉冲来诱导电场来产生激发。
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(2017) p . 433 - 434 摘要
背景:精神分裂症长期以来一直被认为是一种大脑连接障碍的疾病。直到最近,人们还很难量化大脑的整体和突发特征。为了解决这个问题,将网络分析(基于图论)应用于神经成像数据的拓扑测量现在能够识别大脑的整体网络连通性属性。在目前的研究中,我们使用经颅磁刺激(TMS)脉冲来引起网络组织的短暂变化(即扰动网络),而脑电图(EEG)同时测量网络响应。这种新颖的方法使我们能够检查精神分裂症网络的整体和紧急特征,并评估网络异常是否与精神分裂症的临床方面有关。方法:在精神分裂症患者(n = 14)和健康对照组(n = 12)的额叶区以80%的阈值施加100次TMS脉冲(扰动),同时记录脑电图。对于每个参与者,将Pearson交叉相关应用于平均脑电图数据,以构建相关矩阵,表示网络对TMS刺激的响应。然后从这些矩阵中提取全局网络测量值,用于组间比较。网络指标与精神分裂症临床方面(阴性/阳性/神经症状)之间的关系随后被检查。结果:与健康对照组相比,在网络扰动(TMS脉冲)后,精神分裂症患者表现出更随机的网络反应,改变连通性(链接数量)和减少隔离(聚类系数)。 These altered network connectivity metrics were correlated with both clinical and neurological features of schizophrenia.Discussion: Schizophrenia patients presented with altered patterns of global network connectivity in response to the TMS perturbation of the frontal regions. Moreover, these network abnormalities were related to clinical aspects of schizophrenia. We anticipate that future combined TMS and network analysis studies will contribute to further mapping global network features of schizophrenia and identifying potential network biomarkers.
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(2017) 471页。 摘要
使用经颅磁刺激(TMS)与脑电图(EEG)相结合,可以测量大脑对局部和突然刺激的整体反应。然而,经颅磁刺激在脑电图记录中引起了较大的伪影,这些伪影与大脑活动无关,并模糊了大脑的反应。可以通过算法去除这些伪影,并提出了各种方法。此外,几种皮肤制备方法已被证明可以减少伪影。然而,由于缺乏工件及其动态基础物理过程的理论模型,阻碍了对这些算法性能的评估和对其有效性的评估。我们发现,与预期相反,经颅磁刺激脉冲后电极电压的衰减在时间上遵循幂律而不是指数律。基于这一观察,我们重新审视皮肤在创造人工制品中的作用。我们发现该神器源于双重效应:皮肤产生了一阶幂律,这与参考电极的效应相结合,改变了幂律的顺序。我们提出了一个理论模型的积累电荷扩散从TMS的高电场在皮肤。该模型精确地再现了神器,包括在不同电极上看到的许多神器形状。在此模型的基础上,导出了一种去除方法,该方法通过重建与大脑信号相同幅度的50Hz信号来验证从大脑中暴露完整的EEG。我们对物理过程的洞察允许在经颅磁刺激脉冲后1.5毫秒后准确地访问经颅磁刺激诱发电位。
2016
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(2016) BMC遗传学。 17日, 105. 摘要
背景:人类唐氏综合征的发病率随着母亲年龄的增长而急剧增加。这主要是减数分裂错误增加的结果,但流产率差异等因素也可能发挥作用。由于减数分裂错误率在一定年龄后几乎呈指数增长,其对非整倍体总体发病率的贡献可能掩盖了其他过程的贡献。结果:为了关注这种选择机制,我们使用小鼠模型和唐氏综合症患者的数据,研究了三体女性的传播。在三体雌性中,三体的先验概率与减数分裂错误无关,因此在早期胚胎中近似恒定。尽管如此,在Ts65Dn的雌性中,额外染色体的传播速率随着年龄的增长而下降,正如我们所显示的,对于患有唐氏综合症的Tc1小鼠模型。对73例Tc1出生和112例Ts65Dn出生的130天至250天女性的后代进行评估,结果表明,随着母亲年龄的增加,这两种模型的三体遗传概率降低了3倍。与此同时,随着母亲年龄的增长,产仔数减少了2倍。此外,对先前报道的30名唐氏综合症妇女的分娩分析显示了类似的趋势,在20岁到30岁之间,唐氏综合症妇女生育唐氏综合症儿童的概率减少了近三倍。结论:在本研究使用的两种唐氏综合征小鼠模型和人类唐氏综合征小鼠模型中,老年雌性将三体遗传给后代的概率显著降低。 Our findings, taken together with previous reports of decreased supportive environment of the older uterus, add support to the notion that an older uterus negatively selects the less fit trisomic embryos.
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(2016) 美国国家科学院院刊。 113年, 12, p . 3341 - 3346 摘要
振荡活动在动态神经元网络中广泛存在。周期性起源的主要范式由同步和驱动网络其余部分的专门的起跳元素组成;然而,也存在其他模式。在这里,我们研究了大鼠海马和皮层培养的游离神经元网络中同步周期性爆发的自发出现。令人惊讶的是,大约60%的活跃神经元在断开连接时都是自我维持的振荡子,每个神经元都有自己的固有频率。单个神经元的振荡倾向和相应的振荡频率受其兴奋性的控制。单个神经元的本征振荡被利鲁唑阻断,因此依赖于持续的钠泄漏电流。随着连通性的逐渐恢复,同步性演变:松散的同步性已经出现在弱连通性处,振荡子收敛到一个共同的振荡频率,但在整个种群中发生了相位转移。进一步加强连通性导致平均相移的减少,直到实现零滞后,表现为同步周期性网络突发。有趣的是,网络爆发的频率与固有频率的平均值相匹配。 Overall, the network behaves like other universal systems, where order emerges spontaneously by entrainment of independent rhythmic units. Although simplified with respect to circuitry in the brain, our results attribute a basic functional role for intrinsic single neuron excitability mechanisms in driving the network's activity and dynamics, contributing to our understanding of developing neural circuits.
2015
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(2015) EBioMedicine。 2, 9日, p . 1048 - 1062 摘要
唐氏综合征(DS)小鼠模型表现出认知缺陷,并用于研究唐氏综合征病理的神经元基础。为了了解DS模型神经元生理上的差异,我们使用了从Ts65Dn和Tc1 DS小鼠海马中分离的神经元培养。利用[Ca(2+)]i成像和全细胞膜片钳记录分别分析网络活性和单神经元特性。我们发现在快速(a型)和缓慢(延迟整流)向外钾电流都减少了~30%。与二倍体细胞相比,Ts65Dn和Tc1细胞去极化产生的刺突更少。它们的网络爆发比二倍体更小、更慢,钙信号的Deltaf/f0降低了40%,传播速度降低了30%。此外,与二倍体神经元相比,Ts65Dn和Tc1神经元的动作电位形态发生了变化,动作电位振幅增大,峰值阈值降低,超极化后振幅急剧下降约65%。数值模拟通过延迟整流和a型的电导变化再现了DS测量的表型,但也必须改变向内整流和m型钾通道以及超极化激活的环核苷酸门控(HCN)通道。因此,我们进行了全细胞膜片钳测量m型钾电流,结果显示Ts65Dn神经元的m型钾电流减少了约90%,而Ts65Dn细胞的HCN测量显示增加了约65%。实时荧光定量PCR分析表明,40%的KCNJ15(一种向内的钾离子通道)过表达导致抑制增强。 We thus find that changes in several types of potassium channels dominate the observed DS model phenotype.
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(2015) PLoS ONE。 10, 7, e0132577。 摘要
由外部诱导的电场激发神经元是一个长期存在的问题,最近由于其在新型大脑临床干预系统中的相关性而引起了人们的关注。在这里,我们使用来自大鼠海马体的模式化准一维神经元培养,利用轴突沿线性模式化培养的排列,将树突对神经元兴奋的贡献从轴突中分离出来。通过通道阻滞剂的网络断开,以及电场方向的旋转,允许推导强度-持续时间(SD)曲线,其特征是细胞群的统计集合。电场平行于轴突或垂直于轴突的SD曲线分别产生轴突和树突的时轴酶和流变基酶,两者差异很大。树突的时间间隔约为1 ms,而轴突的时间间隔约为0.1 ms。因此轴突在短时间内更容易兴奋,而在较长的时间内树突更容易兴奋。我们用完全连接的文化实验来补充这些研究。在外部刺激下被动的、真实结构的树突树的数值模拟中发现了树突年代学的解释。更短的轴突时间轴突在被动模型中没有被捕捉到,可能与主动过程有关。树突在较长时间内的低流变基可以改善脑刺激方案,因为在大脑中树突的定向性不如轴突束,使用较长时间的电场可以避免对精确定向刺激的要求。
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(2015) PLoS ONE。 10, 4, e0120680。 摘要
在这篇论文中,我们报道了微流体、光遗传学和钙成像的结合作为一个廉价和方便的平台来研究神经元群体之间的突触通信。我们首先表明,钙橙指示剂在体外与常用的通道视紫红质-2 (ChR2)变体兼容,因为标准钙成像条件不会显著改变转导的啮齿动物原始神经元的活性。一种快速、稳健和可扩展的微芯片制造工艺被并行开发,以构建微分隔培养。将光纤耦合到每个微室,可以在没有串扰的情况下独立控制不同种群中的ChR2激活。通过分析不同人群的刺激后活动,我们最终展示了该平台如何用于定量评估连接神经元群体之间的有效连通性。
2014
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唐氏综合征的病理表现为海马神经元培养的网络和单个神经元的特性(2014) 摘要
背景:唐氏综合征(DS)是人类最常见的染色体异常,具有许多表型特征,其中智力障碍可能是最突出的一种。将两种DS小鼠模型(TC1和Ts65Dn)的胚胎海马神经元培养与对照组小鼠培养进行比较,以检测DS可能的细胞表型。使用钙成像评估网络行为,并使用全细胞膜片钳技术测量单细胞特性的差异。结果:使用flu4测量的钙成像显示,网络爆发的振幅更小,持续时间更短,使用Fura-2测量的基础钙水平没有变化。GABA-B激动剂Baclofen抑制DS网络爆发的浓度低于对照网络。与对照组相比,在贴片钳夹神经元中,DS细胞的兴奋阈值、超极化后振幅(AHP)和输入电阻降低,而穗高增加。在阻断钠电流后,我们发现DS细胞中的钾电流(慢电流和快电流)减少。使用电生理工具,网络活动也不同:爆发更短,网络爆发的总时间更短,网络爆发的同步性更差。大部分差异都出现在两种小鼠模型中。结论:DS细胞在基本细胞性质和网络组装方面存在差异。 The changes in spike properties, along with reduced potassium currents all point to changes in potassium channels. We speculate that this may be due to possible overexpression of two potassium channel regulators, KCNE1 and KCNE2, whose genes reside on chromosome 21. The altered network activity along with baclofen experiments may be caused by increased inhibition. Two types of inwardly rectifying potassium channels genes reside on chromosome 21: KCNJ6, KCNJ15, and may be the cause of this increased network inhibition.
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(2014) PLoS ONE。 9日, 2, 摘要
经颅磁刺激(TMS)是一项很有前途的神经病学和精神病学技术。积极的治疗结果已被报道,例如在双盲,多中心研究抑郁症。然而,经颅磁刺激在研究和治疗脑部疾病方面的应用仍然受到学科间可变性和缺乏可用于经颅磁刺激的模型系统的限制。后者需要更深入地了解TMS的生物物理基础,以便刺激方案能够优化以获得最大的大脑反应,而受试者间的可变性阻碍了受试者之间刺激的精确和可靠传递。最近的研究表明,这两个局限性部分是由于经颅磁刺激的角灵敏度。因此,一种消除线圈精确角度取向需求的技术将提高TMS的学科间可靠性及其在模型系统中的有效性。我们在这里展示了刺激场的旋转如何减轻TMS的角度敏感性,并在这两个问题上提供了改进。场旋转是通过叠加两个相互正交的线圈的场,并在时间上进行相对相移来实现的。旋转磁场TMS (rfTMS)有效地刺激培养的海马网络和大鼠运动皮层,这两个神经元系统是众所周知的难以被磁激发的。这为在这些模型系统中进行药理学和侵入性经颅磁刺激实验提供了可能。 Application of rfTMS to human subjects overcomes the orientation dependence of standard TMS. Thus, rfTMS yields optimal targeting of brain regions where correct orientation cannot be determined (e.g., via motor feedback) and will enable stimulation in brain regions where a preferred axonal orientation does not exist.
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(2012) 物理评论 2, 3. 摘要
字典将一个给定的词与一组替代词(定义)联系起来,这些替代词又指向进一步的后代。以这种方式遍历定义,通常会发现定义本身会循环回去。我们演示了创建这样的定义循环是为了向语言中引入新概念。与对随机词汇网络的期望相反,在字典的图中,有意义的循环相当短,尽管它们经常链接形成更大的强连接组件。这些组成部分被发现代表不同的语义概念。这种观察可以通过奇异值分解来量化,它揭示了字典全局结构中出现的一组概念关系。最后,我们使用词源学数据来证明循环元素倾向于同时添加到英语词汇中,并将我们的结果纳入一个简单的语言进化模型,该模型属于网络增长的“富得更富”类。
2010
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(2010) 神经生理学杂志。 104年, 6, p . 2932 - 2939 摘要
Jacobi S, Soriano J, Moses E. BDNF和NT-3在单维海马培养中增加活动前沿传播速度。神经生理学杂志,2011,29(4):344 - 344。首次出版于2010年7月28日;doi: 10.1152 / jn.00002.2010。已知神经营养因子促进突触发育,并调节成熟突触的功效。我们之前报道过,在二维大鼠海马培养中,脑源性神经营养因子(BDNF)和神经营养因子-3显著增加兴奋性输入连接的数量。在这里,我们测量了这些神经营养剂对在准一维大鼠海马培养中自发产生的繁殖前沿的影响。我们观察到,BDNF的慢性治疗使传播锋的速度增加了约30%。这种变化归因于兴奋性输入连通性的增加。本文利用Feinerman-Golomb/Ermentrout-Jacobi/Moses-Osan模型对具有突触延迟的一维神经元网络中的前沿传播进行了实验分析,并引入相邻神经元之间的突触连接概率作为该模型的新参数。 We conclude that BDNF increases the number of excitatory connections by favoring the probability to form connections between neurons, but without significantly modifying the range of the connections (connectivity footprint).
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(2010) 计算神经科学前沿。 4, 摘要
我们提出了一个理论框架,使用群体渗透来描述神经培养活动的启动。培养被建模为随机图,其节点是具有k(in)输入和k(out)输出的兴奋性神经元,其输入度k(in) = k服从给定的分布函数p(k)。我们研究神经元的放电活动的人口根据其输入学位(k)类和计算每个类的射击概率φ(k) (t)的函数t。一个节点的概率发现火是由其入度k和first-to-fire神经元是那些有高k。少数high-k-classes可能被称为“领导人”,它们构成一个相互联系的子始终火灾之前剩下的文化。一旦开始,活动就会从领导者传播到文化中联系较少的大多数人。然后,我们利用leader的in-degree分布来研究在突发中活跃的神经元数量的增长速度,这在实验中被测量为最初的指数级增长。我们发现,这种生长速度最好的描述是,对于大多数神经元来说,它具有以k = 75为中心的高斯分布(宽度σ = 31),但对于10%的总体来说,它也具有指数-2的幂律尾部。尾部的神经元可能有多达k = 4700个输入。我们探索和讨论了度分布和动态神经元阈值之间的对应关系,表明从功能的角度来看,结构和基本动力学是可互换的。我们讨论了这种分布可能的几何起源,并评论了大小的重要性,或在培养中拥有大量神经元。
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(2010) 临床神经生理学。 121年, 3. p . 332 - 339 摘要
目的:经颅磁刺激(TMS)与脑电图(EEG)的联合应用受到经颅磁刺激(TMS)在脑电图中产生较大伪影的阻碍。将经颅磁刺激与脑电图结合使用需要一个复杂的抗伪影脑电图系统,该系统可以在经颅磁刺激脉冲后的关键几十毫秒内获得可靠的信号。在这里,我们演示了一种新的伪影去除算法与24位脑电图系统的使用,以实现与专用的tms兼容脑电图系统获得的类似记录。方法:该装置用于比较一组健康对照组和一组精神分裂症患者之间的tms诱发反应,精神分裂症患者的有效神经连接被认为是受损的。结果:我们观察到两组之间tms诱发反应的差异,类似于最近在一项使用专用tms兼容脑电图系统的研究中报道的结果。结论:标准的24位脑电图系统结合伪影去除算法产生的结果与专用的tms兼容系统相似。意义:这为更多的研究人员和临床医生使用tms诱发反应进行广泛疾病的研究和诊断铺平了道路。(C) 2009年国际临床神经生理学联合会。由爱思唯尔爱尔兰有限公司出版版权所有。
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(2010) EPL。 89年, 1, 18008. 摘要
神经网络中的合作效应是因为一个神经元。仅当其输入的最小数目m>1被激发时才存在。多输入需求导致了一种称为仲裁渗透的渗透模型。随着m的增长,连接经历了一个相变,从低m的网络跨越簇到超过临界m的一组不连接簇。数值模拟和模型都很好地再现了实验结果。这允许一个健壮的量子。生物相关量的阳离子,如平均连接(k)超过酒吧和连接分布p(k)从不同的神经密度。版权所有(C) EPLA, 2010
2009
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(2009) 欧洲神经科学杂志。 30. 6, p . 998 - 1010 摘要
神经营养因子脑源性神经营养因子(BDNF)和神经营养因子-3 (NT-3)已被证明能促进兴奋性和抑制性突触的发育。然而,对它们对连通性的影响进行定量分析通常很难实现。在这项工作中,我们使用了一种基于渗透概念的新颖实验方法,该方法提供了每个神经元连接的平均数量的量化。结合电生理学测量,我们描述了BDNF和NT-3在大鼠海马培养物中诱导的网络连通性的变化。我们发现,一方面,BDNF和NT-3加速了网络中连接的成熟约17小时。另一方面,BDNF和NT-3将兴奋性输入连接的数量增加了约两倍,但没有改变抑制性输入连接的数量。对BDNF或NT-3处理的培养物中自发群体爆发的分析支持了这种对兴奋起主导作用的情景,这些爆发幅度对抑制的封锁不敏感。一个泄漏的综合火灾模型很好地再现了实验结果。
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(2009) 计算神经科学杂志。 26日, 3. p . 475 - 493 摘要
我们通过数值模拟,仅使用兴奋动力学,分析了一维神经元培养活动中前沿传播的特征。大鼠海马神经元的一维培养实验结果显示,在整个系统中传播的高振幅、快速脉冲之前,会自发产生一个缓慢、低振幅的脉冲。值得注意的是,这种转变出现在有和没有功能抑制突触的情况下。根据先前的工作,我们证明了单纯的兴奋性整合和激发神经元与突触中的压抑足以产生快速和均匀的脉冲,但不能解释缓慢,微弱脉冲的出现。我们建议通过增加纯兴奋性网络中神经元模型的复杂性来解释慢脉冲,其连通性尽可能接近实验。这种方法使我们能够证明峰值频率适应是脉冲起始过程的基本成分。引入一个慢变量来模拟躯体中慢K(+)通道的存在,并产生峰值频率自适应,在快速脉冲出现之前强烈增加瞬态活动的持久性,达到与实验相当的时间和空间尺度。最后,我们证明了适当水平的加性白噪声电流自发地产生这样的脉冲,完全再现了实验结果。
2008
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(2008) 物理性质。 4, 12, p . 967 - 973 摘要
功能逻辑微电路是大脑计算的基本组成部分。然而,单个神经元连接是不可靠的,目前尚不清楚如何构建神经元集成以实现高响应保真度。在这里,我们展示了可靠的,中尺度的逻辑装置可以通过神经培养的几何设计在体外创建。我们通过在准一维结构上组装活的神经网络来控制连接和活动。线性几何产生可靠的传输线。结合细线创造了“阈值”设备和逻辑“与门”。打破传输的对称性就形成了神经元“二极管”。所有这些功能的错误率都远低于单个连接的错误率。冯·诺依曼冗余和错误修正模型很好地解释了所有设备,为神经元连接和阈值设备的可靠性提供了定量估计。这些神经元装置可能有助于在体外实现计算,并最终有助于在体内理解计算。
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(2008) 美国国家科学院院刊。 105年, 37岁的 p . 13758 - 13763 摘要
我们介绍了一种方法,定量评估的连接在神经元文化,基于统计力学的渗透在一个图表。这使我们能够监测文化的发展,并看到网络连接性的出现。文化在一个相当于预期出生时间的时间内完全联系起来。作为文化特征的自发爆发活动与连通性并行发展。每个神经元的平均输入数量可以以m(0)为单位定量确定,m(0)是激活神经元所需的输入数量。当m(0)相似或等于15时,我们发现海马神经元平均大约有60-120个输入,而皮质神经元大约有75-150个输入,这取决于神经元密度。兴奋性神经元与抑制性神经元的比例是通过使用GABA(A)拮抗剂双核素来确定的。这一比例在发育过程中发生变化,并在第7-8天达到最终值,与GABA转换的预期时间一致。对于海马培养物,抑制性细胞约占培养物中神经元的30%,而对于皮质培养物,抑制性细胞约占20%。目前,任何电生理学或其他技术都无法获得关于神经元培养中网络连通性的如此详细的全球信息。
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(2008) 生物物理期刊上。 94年, 12, p . 5065 - 5078 摘要
经颅磁刺激是神经科学研究的重要工具,具有广泛的诊断和治疗应用。令人惊讶的是,同样的磁刺激直接应用于从大脑中分离出来并在体外培养的神经元,迄今为止还没有报道能激活它们。在这里,我们报告的中央神经系统神经元图案在足够大的一维环可以在体外磁刺激。相比之下,大小相当的二维培养对激发没有反应。这是因为一维模式强制轴突沿环排列,轴突被设计成遵循磁感应电场的线。一小群敏感(即启动)神经元即使在网络断开时也会做出反应,并且被认为在网络连接时激发整个网络。这意味着单个神经元的形态和电生理特性对于磁刺激至关重要。我们推测,在体内大脑中也可能存在一组具有更高敏感性的神经元,其后果是经颅磁刺激。
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(2008) 新物理学杂志。 10, 摘要
Eytan和Marom (2006 J. Neurosci. 26 8465-76)最近表明,大鼠神经元培养的自发爆发活动包括“先发射”的细胞,这些细胞始终比其他细胞更早发射。在这里,我们分析了这些神经元在来自三个不同实验室的大鼠海马和大鼠皮层神经元培养的自发活动的长期记录中的行为。我们确定了可能消退(“中止爆发”)或可能导致全面爆发(“预爆发”)的前兆事件。我们发现,在预爆发中的激活通常有第一个神经元(“领导者”),然后在它的邻近区域有一个局部反应。局部性在爆发本身中减弱。领导者的长期动态相对稳健,半衰期为23-34小时。培养物的刺激改变了领导者的分布,但分布在约1小时内稳定。我们表明,领导者携带着关于突发身份的信息,可以通过突发中每个神经元的峰值数量的特征来衡量。在前导事件的前几个峰值中,来自前导的峰值的数量进一步被证明是关于过渡到突发(预突发与中止突发)的预测。我们得出结论,领导者在爆发的发展中发挥作用,并推测他们是底层子网络的一部分,该子网络首先被激发,然后作为爆发的成核中心。
2007
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(2007) 物理报告-物理快报评论部分。 449年, 3-Jan, 54 - 76页 摘要
技术的进步与神经网络理论和概念方法的演变相结合,为培养中的活神经元提供了一个新的视角。组织和连通性与其他物理量(如信息)一起被定量测量,并与功能相关。在这篇综述中,我们首先讨论了这些进展,使结构方面的说明。然后,我们讨论了两个最近的实验模型,它们产生了一些概念上的简单性。一维网络可以与分析模型进行精确的定量比较,例如传播和信息传输。二维渗透网络提供了培养神经元连通性的定量信息。在体外,作为网络基本特征的物理量是传播速度、突触传递、信息创造和容量。讨论了神经元器件的潜在应用。(c) 2007 Elsevier B.V.版权所有。
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(2007) 精神分裂症的研究。 93年, 3-Jan, p . 334 - 344 摘要
经颅磁刺激(TMS)作为一种对大脑功能的非侵入性探测正在迅速被接受。我们利用经颅磁刺激来研究精神分裂症患者(N = 19)和健康对照组(N = 9)的简单运动网络的连通性。经颅磁刺激被用于外部节奏的手指敲击任务,在手指运动与节拍器保持同步时,干扰由手指运动引起的内部网络振荡。TMS扰动与节拍器同步,并应用于初级运动皮层(M1)水平的网络。与最初的预期相反,经颅磁刺激并没有影响精神分裂症患者的感觉运动同步或他们敲击的准确性。经颅磁刺激确实导致了手指运动轨迹的极端偏差,并改变了精神分裂症患者对时间的感知。此外,它还以健忘的形式引发了与注意力和意志相关的高级缺陷,这意味着在精神分裂症患者中,大脑中构成运动控制、感觉运动同步、时间感知和动作意识的模块之间的连接可能会被TMS破坏,但在健康受试者中不会。通过对M1较低水平的扰动来破坏高水平网络功能的能力支持了描述精神分裂症患者大脑中分布式网络连通性缺陷的模型。它还演示了如何使用TMS来探测此类网络组件之间的连通性。(c) 2007 Elsevier B.V.版权所有。
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(2007) 神经生理学杂志。 97年, 5, p . 3597 - 3606 摘要
我们研究了神经活动的传播沿一维大鼠海马培养图案在多电极阵列。活动是自发发生的,或由局部电或化学刺激引起,具有不同的传播速度和发射速率振幅。在自发活动中可以观察到一个数量级的速度和振幅变异性。速度和振幅之间存在线性关系。我们定义了一种测量神经元激活同步的方法,并发现它与前沿速度相关,并且电诱发前沿的速度更高。我们提出了一个模型,解释了振幅和速度之间的线性关系,突出了同步的作用。讨论了神经介质中信号传播与当前模型的关系。
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(2007) 神经生理学杂志。 97年, 4, p . 2937 - 2948 摘要
自发活动是典型的体外神经网络,通常以大群体爆发的形式出现。这种活动的起源归因于内在的爆发神经元和嘈杂的背景以及循环的网络连接。自发活动经常被观察到源自局部源或起始区,从那里传播到激发大量神经元。在本研究中,我们使用一维培养来克服在体内和分离的二维培养中识别起始区的实验困难。我们发现,在这些培养物中,自发活动只在以高神经元密度为特征的局部区域启动,但也有周期性和抑制性网络连接。我们证明,在赢家通吃的情况下,启动区在驱动网络活动方面存在竞争。
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用渗透法研究连通性活神经网络(2007) 神经系统中的合作行为。 887年, p . 96 - 106 摘要
我们研究大鼠海马神经元培养中的神经连通性。我们测量了神经元对电刺激的反应,以逐渐降低连通性,并描述了网络中巨大集群的大小。连通性经历了一个由临界指数beta近似或等于0.65所描述的渗流转变。我们采用基于图上键渗透的理论方法来描述网络的解体过程,并提取其统计性质。结合数值模拟,我们表明神经培养中的连通性是局部的,具有高斯度分布而不是幂律分布的特征。
2006
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(2006) 美国国家科学院院刊。 103年, 21日, p . 7956 - 7961 摘要
思想和想法是多维的,而且往往是同时发生的,但是通过翻译成语言,它们可以被很好地依次表达出来。这种维数的减少是自然发生的,但需要记忆,并需要相关性的存在,例如在书面文本中。然而,单词外观的相关性很快衰减,而之前使用随机游走方法对长期相关性的观察几乎没有对记忆或语义上下文的洞察。相反,我们研究的是读者在大约100个单词的“注意力窗口”内接触到的单词组合。通过观察在注意力窗口内同时出现的单词,我们定义了此类单词组合的向量空间,并分析其结构。共现矩阵的奇异值分解确定了一个基,其向量对应于与文本相关的特定主题或“概念”。当读者跟随一篇文章时,“注意力向量”在这个“概念空间”中描绘出一条方向的轨迹。我们发现,对方向的记忆会保留很长时间,形成幂律相关性。幂律的出现暗示了一个潜在的等级网络的存在。实际上,采用类似于卷、章、段等定义的层次结构,可以成功地在代理随机文本中创建与原始文本相同的相关性。 We conclude that hierarchical structures in text serve to create long-range correlations, and use the reader's memory in reenacting some of the multidimensionality of the thoughts being expressed.
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(2006) 神经科学杂志。 26日, 17日, p . 4526 - 4534 摘要
在分层网络中同步种群活动传输速率码的能力是最近争论的焦点。我们使用有图案的单维海马培养来研究这些问题。该网络显示了整个长度的种群爆发,其优点是信号沿明确定义的路径传播。活动的幅度测量使用钙成像,一个很好的近似的人口率代码,并分析了信号的失真,因为它的传播。我们证明了沿着这条线的传播被信息论精确地描述为一个高斯通信通道链。兴奋性和抑制性突触的平衡对这种传递至关重要。然而,沿着这种分层神经元结构携带的振幅信息在3毫米内失效,类似于10个平均轴突长度,并且受到突触传递中的噪声的限制。我们得出结论,速率码不能通过长层网络可靠地传输。
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(2006) Europhysics信件。 73年, 3. p . 464 - 470 摘要
我们展示了肌动蛋白典型的指数长度分布。在生理条件下,在i)交联蛋白或ii)多价反离子或iii)消耗介导吸引的存在下,悲哀显著变窄。一个简单的理论模型表明,在平衡状态下,已知的短程吸引力会增强的倾向。悲鸣要互相平行排列,导致平均值上升。慨叹长度和相对宽度呈递减分布。哀叹长度。
2005
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(2005) 神经生理学杂志。 94年, 5, p . 3406 - 3416 摘要
将游离神经元培养在不同长度的粘接材料上,得到线性信号传输的实验模型系统。在线性培养中,神经元的连通性是有特点的,并证明了局部的spike活动是通过突触沿神经元线传递而发展成大规模的种群爆发。在形式上,这可以看作是一个一维的信息通道。用钙指示仪Fluo-4成像的自发和受刺激爆发沿直线的定向传播揭示了两种不同的传播速度。最初,少量邻近的神经元被激活,导致一种缓慢的、小的、可能是异步的活动波。然后,信号自发地发展,以涵盖更大和更多的群体,并以快速传播的高振幅活动为特征,这被认为是同步的。这些结果被现有的基于集成和发射模型的传播理论框架很好地描述了。
2004
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(2004) 美国国家科学院院刊。 101年, 40岁, p . 14333 - 14337 摘要
我们研究了电子邮件流量的动态网络,发现它形成了与许多非线性动态系统中出现的相似的自组织相干结构。通过对三组用户之间的同步进行分析,提出了一种动态网络的一般信息理论方法。在电子邮件网络中,当用户以同步的方式行动时,一致的结构产生于时间相关性。这些在时间上相互联系的结构最终被证明是功能性的、以目标为导向的聚合体,必须对不断变化的目标和挑战做出实时反应(例如,大学的委员会)。相反,静态结构与组织单位(例如,部门)有关。
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(2004) 科学仪器评论。 75年, 7, p . 2280 - 2289 摘要
我们提出了一种适用于湿样品研究的扫描电子显微镜技术。潮湿的环境被保护在一个由薄膜包围的小室中,薄膜足够薄,高能电子可以通过并与被研究的样品相互作用。我们详细介绍了通过膜成像样品的信号形成的技术和一般机制。我们首先描述了我们的设置和膜所需的属性,膜是这种方法的主要元素。给出了几种表征其性能的简单测量方法,对材料和厚度的选择具有指导意义。然后我们继续描述该技术在成像各种不同样品方面的能力。我们评估了可访问的对比度和分辨率,以及获得它们所需的电流。低对比度样品可以成像与光学显微镜分辨率的提高。高对比度样品,如标记生物细胞的金标记物,可以以10纳米量级的分辨率成像。分辨率取决于颗粒在样品中的位置:离膜越近,分辨率越高。 We believe such a result opens up potential applications for routine experiments in biology, and expect this new technique to find numerous applications in domains where liquid samples are investigated such as soft materials science. (C) 2004 American Institute of Physics.
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(2004) 生物物理期刊上。 86年, 5, p . 3284 - 3290 摘要
肌动蛋白丝在细胞中的长度分布经常被调节以适应特定的任务。与经过充分研究的平均线的变化规律相比。慨叹长度(例如,使用帽蛋白),控制分布的宽度是不太清楚的。我们利用两种互补的方法来测量α -肌动蛋白对体外f -肌动蛋白长度分布宽度的影响。分析透射电子显微图表明,α -肌动蛋白的交联降低了f -肌动蛋白长度分布的宽度,将变异系数降低了两到三倍。分析解聚实验的荧光数据证实了这一观察结果。我们提出了一个机械分子模型,其中交联单体的局部(弱)稳定。哀叹是长度差异减少的物理根源。虽然已知α -肌动蛋白与f -肌动蛋白可逆结合,但我们的模型表明,即使弱结合也能产生这种效应,而且事实上,它在很大的结合强度范围内持续存在。
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(2004) 美国国家科学院院刊。 101年, 10, p . 3346 - 3351 摘要
本文介绍了一种对湿生物标本进行扫描电子显微镜的能力。一层对电子透明的膜保护完全水化的样品不受真空的影响。其结果是一种混合技术,将光学显微镜的易用性和观察细胞的能力与电子显微镜的更高分辨率相结合。低对比度材料的分辨率约为100 nm,而高对比度材料的分辨率可达到10 nm。标准免疫金技术和重金属染色技术可以在液体中应用和观察,以提高对比度。图像呈现了全细胞形态与丰富的内部细节的惊人结合。一种可能的直接检查组织切片,仅成像细胞的外层。由电子激发的光子同时成像结合了材料分布的数据,表明了多标记和特定闪烁标记的潜力。
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细胞质分裂:由最初的线性阶段过渡到多种非线性结束(2004) 软凝聚态物质中的力、生长和形式:在物理学和生物学之间的界面。 160年, p . 217 - 234 摘要
我们研究了两种变形虫胞质分裂的最后阶段,指出了双相沟收缩的存在。第一阶段的特点是收缩率恒定,研究得更好,在很大程度上似乎是普遍的。第二阶段更加多样化。在盘状盘基ostelium discoideum中,这种转变涉及收缩速率的变化,并在解理沟的宽度与细胞的高度相当时发生。内阿米巴入侵时,收缩环携带细胞通过第一阶段,但不能完成细胞质分裂的第二阶段。因此,在该生物体中进化出了一种合作机制,其中邻近的阿米巴原虫对分裂细胞进行定向运动,并通过延伸假足在物理上引起分离。我们在此扩展先前关于这种新型趋化信号机制的报道。
2003
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(2003) 神经科学方法杂志。 127年, 1, p . 75 - 84 摘要
介绍了一种用于局部控制药物输注的双移液器系统。两个同心移液器可分别操作,并由指定的双支架独立加压。内移液器。装载所需的溶液(药物),作为源,而外部是一个汇。这使得两个移液管之间的溶液流动只突出到周围液体的一小段距离,而不会扩散出去。注射时间分辨率高度可控,可产生振荡流。演示了三种双移液系统的实现。我们表明,神经递质在神经元网络中的局部应用是刺激网络活动的有效方法。然后,我们提出了一种湿式微光刻技术,使用局部应用蛋白质到衬底。最后,我们展示了我们可以在细胞的一个小目标部分上定位给定的药物。 (C) 2003 Elsevier Science B.V. All rights reserved.
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多光子等离子体共振显微镜(2003) 光学表达。 11日, 12, p . 1385 - 1391 摘要
本文提出了一种利用贵金属纳米颗粒的非线性光学特性检测贵金属纳米颗粒的新方法,并应用于细胞器的特异性标记。当激光以等离子体激元频率照射这些纳米粒子时,会产生增强的多光子信号。这种增强信号被测量,以获得一个深度分辨率的图像在激光扫描显微镜设置。活细胞和固定细胞的等离子体共振图像,通过双光子自发荧光或通过三次谐波产生显示了细胞器和细胞膜的特定标记。(C) 2003年美国光学学会。
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(2003) 分析化学。 75年, 6, p . 1436 - 1441 摘要
我们介绍了一种利用扫描电子显微镜分析蛋白质芯片(SEMPC)的定量方法。SEMPC是基于计数靶包覆金颗粒与配体或蛋白质的相互作用,通过利用后向散射电子检测在衍生显微镜玻片上排列。作为模型系统,我们量化了生物素和链霉亲和素以及抗体与其同源半抗原的相互作用。我们的方法提供了定量分子计数能力,具有良好的信噪比,并展示了一个广泛的动态范围,同时保持简单的样品制备和现实的自动化能力。与目前使用的阵列检测方法(如荧光)相比,提高了灵敏度和动态范围,没有信号漂白,提供了高再现性和小型化的兼容性。因此,我们的方法有助于确定与芯片结合的分子的绝对数量,而不是它们的相对数量,以及使用更小的样品。
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(2002) 美国国家科学院院刊。 99年, 9日, p . 5825 - 5829 摘要
除了存储在万维网页面中的信息之外,当页面相互连接时,还会创建新的“元信息”类型。这些元信息是独立代理编写和链接页面的集体效应,对普通用户隐藏。访问它并理解万维网中连接性和内容之间的相互关系是一个具有挑战性的问题[Botafogo, R. a . & Shneiderman, B.(1991)在超文本(Assoc。第一版。马赫。Albert, R. & Barabasi, A.-L。(2002) Rev. Mod Phys. 74,47 -97]。我们在这里演示了如何仅通过查看超链接图,从Web中收集内容和上下文,而无需阅读页面中的内容,就可以精确地定位主题关系。我们首先注意到页面之间的相互链接(共同链接)表明作者的相互认可,然后关注包含这种链接的三角形,因为三角形表示传递关系。三角形的重要性由聚类系数量化[Watts, d.j. & Strogatz, s.h.(1999)自然(伦敦)393,440-442],我们将其解释为曲率[Bridson, m.r. & Haefliger, a .(1999)非正曲率度量空间(施普林格,柏林)]。 This curvature defines a World Wide Web landscape whose connected regions of high curvature characterize a common topic. We show experimentally that reciprocity and curvature, when combined, accurately capture this meta-information for a wide variety of topics. As an example of future directions we analyze the neural network of Caenorhabditis elegans, using the same methods.
2001
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(2001) 自然(伦敦)。 410年, 430页。 摘要
无性细胞通常能够完全自行繁殖。但我们已经发现,在入侵内阿米巴大约三分之一的分裂细胞中,卵裂沟的收缩可能在分离完成之前就停止了。我们在这里展示了连接的子细胞通过召唤邻近的变形虫来帮助它们实现分裂的最后阶段,从而克服了这个问题。“助产士”细胞被化学策略地招募来进行这种机械干预,这是原始合作的一个令人惊讶的例子。
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(1999) 美国国家科学院院刊。 96年, 18日, p . 10140 - 10145 摘要
肌动蛋白细胞骨架的逐渐破坏诱导了细胞中一系列结构形状的变化,导致圆柱形细胞扩展转变为周期性的“珍珠”链。对珠光不稳定性的定量测量给出了波长作为药物浓度函数的平方根行为。我们提出了一个理论,解释了这些观察结果在亚膜肌动蛋白壳的刚性和由附着点设置的边界条件诱导的张力之间的相互作用。该理论可以估算支撑壳的刚度和厚度。同样的理论考虑可以解释未处理细胞的一般情况下非粘附边缘的形状。
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(1999) 物理评论E。 60岁, 1, p . 518 - 531 摘要
我们详细描述了当固体燃料被迫在水平氧化风下燃烧时发生指状不稳定的实验情况。当对流的瑞利数低于临界值时,出现不稳定现象。重点是指法的发展状态。我们提出了直接测量,氧气消耗的前沿,以及新的结果,连接热损失的特征尺度,不稳定。此外,我们详细介绍了实验系统,详细阐述了(定性和定量)先前提出的结果,并讨论了新的观测结果。我们还表明,同样的现象学模型适用于电化学沉积。[s1063 - 651 x(99) 05007 - 2]。
1998
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(1998) 物理评论E。 58岁的 1, p . 689 - 699 摘要
我们研究了多孔介质中存在扰动其参数的不连续扰动(缺陷)的流动。在不同孔隙度区域之间的界面处出现了不连续的扰动,该扰动是在实验中通过激光打印机均匀沉积黑色墨粉而产生的。当水在这样的介质中传播时,润湿锋会形成一个非平凡的、弯曲的稳态解。我们给出了轮廓及其传播速率的实验测量,以及稳态解的特征。使用微扰理论的天真尝试由于“缺陷”处的不连续而失败。我们继续发展基于拉普拉斯流的理论处理,这对所有阶都很好,并预测了大多数可以观察到的特征。我们发现理论与实验有很好的定量一致性,没有任何拟合参数。
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光镊在膜中的动态激发(1998) 生物物理期刊上。 75年, 1, p . 294 - 320 摘要
我们提出了转化的现象,在脂质双分子层是由激光镊子激发。观察到各种动态不稳定性和形状转变,包括珠光不稳定性、囊泡排出和更奇特的不稳定性,如通道的形成。我们对激光-膜相互作用的物理描述是基于双分子层中张力的产生和表面积的损失。虽然张力是珠光不稳定性的起源,但它不足以解释囊泡的排出,在那里我们观察到巨大孔隙的开放和双分子层的爬行运动。我们提出了一个定量的理论框架来理解大多数观察到的现象学。主要的假设是,脂质被常见的介电效应拉入光学陷阱,被破坏,最后被重新包装成光学上不可分解的胶体颗粒悬浮液。这种悬浮液,反过来,可以产生渗透压和消耗力,驱动观察到的转变。
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(1998) 物理评论快报。 81年, 2, p . 345 - 348 摘要
在一项关于薄帽条在垂直容器中流过流体的实验中,观察到两种基本运动:左右振荡(颤振)和端对端旋转(翻滚)。在高雷诺数下,描述动力学的无量纲相似变量为弗劳德数Fr,即向下运动和摆振的特征次数之比。在Fr-c = 0.67 +/- 0.05时发生颤振向翻滚的转变。我们提出了一个包括惯性阻力和升力的现象学模型,它再现了这种运动,并直接产生了弗劳德相似性。[s0031 - 9007 (98) 06387 - x)。
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(1998) 生物物理期刊上。 74年, 3. p . 1541 - 1548 摘要
我们提出了一种新的方法来探测单粒子动力学,使用动态光散射从局部区域。通过将聚焦的激光束从微米大小的粒子散射,我们通过散射强度的时间自相关来测量其空间波动。我们通过测量激光镊子捕获的单个珠和一对珠的三维力常数,证明了这种方法的适用性。导出了将散射强度自相关函数与粒子位置相关函数联系起来的散射方程。该技术在复杂介质的生物分子力常数测量和粘弹性性质探测方面具有潜在的应用价值。
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固体燃料燃烧中的指状不稳定性:发达状态的特征尺度(1998) 第二十七届(国际)燃烧研讨会,第1卷和第2卷。 p . 2815 - 2820 摘要
我们给出了固体燃料燃烧指形不稳定性的新结果。当水平燃料在垂直流动(自然对流)的抑制下被迫顶着氧化风燃烧时,就会发生不稳定。专注于发展指状状态的定性行为,我们提出了将长度尺度与两个主要传输过程(反应物的传输和热损失)连接起来的实验结果。我们首先阐述了反应物输运和手指间距之间的关系,并提出了与特征尺度(手指宽度)有关的实验证据,靠近前端的热损失。通过三种方法改变热损失:改变系统高度,向流动中加入非反应气体(冷却),改变底板的热导率。我们讨论了这些方法的效果,并得出特征尺度随着热损失的增加而减小的结论。从实际的角度来看,研究结果揭示了一种指法制度,在这种制度下,缓慢持久的手指可能会产生并维持低于常规检测的火灾危险。在阴燃状态下,实验控制达到了非常高的程度。然而,这种现象与燃料无关,在其他燃烧模式中也会发生。
1997
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(1997) 物理评论快报。 79年, 6, p . 1158 - 1161 摘要
我们报告了超过阈值的圆柱膜的珠光不稳定性的定量测量。在光镊的诱导下,不稳定性以确定的波长和速度从激光阱向外传播。所有测量量的比例与降低张力控制参数epsilon =(西格玛-西格玛(c))/西格玛(c)。观察到失稳起始的临界减速。速度、波长和延迟时间均符合边际稳定性和线性分析。非常接近阈值的测量结果被热波动强烈掩盖。
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(1997) Europhysics信件。 38岁的 7, p . 509 - 514 摘要
本文报道了各向异性纸张中润湿锋传播的实验和理论研究。高度-高度相关函数在存在大尺度偏差的情况下测量,并发现其指数chi = 0.4。这种二维入侵的理论分析预测了各向同性纸张的对数标度。本文中观测到的非零粗糙度是由相关随机性和各向异性引起的。
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(1997) 物理评论快报。 78年, 1, p . 154 - 157 摘要
我们开发了一种实验技术,可以探测单个胶体粒子在几十年时间内的动态,空间分辨率为几纳米。通过在光学显微镜中观察到的粒子散射聚焦激光束,我们通过散射强度g(t)的时间自相关函数测量其波动。该技术通过将其应用于力常数k的光学陷阱中的单个布朗粒子来证明。与粒子位置自相关函数相关的g(t)的衰减时间,如理论预期的那样,规模为k(-1)。
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(1997) 物理评论快报。 78年, 2, p . 386 - 389 摘要
用聚焦激光光斑照射巨大的单层脂质双分子层囊泡,在激光关闭后会产生一种紧张的加压状态,这种状态无限期地持续下去。如果囊泡含有另一个物体,那么它就可以从紧张的外囊泡中缓慢而连续地排出。值得注意的是,内部物体几乎可以和母体囊泡一样大;它的卷在退出过程中被替换。我们提供了一个定性的理论模型来解释这些和相关的现象。主要的假设是,激光陷阱吸引脂质,并以亚微米物体的形式将其喷射出去,这些物体的渗透活性随后推动了排出。
1996
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(1996) 物理评论E。 53岁, 2, p . 1760 - 1764 摘要
本文报道了锌电沉积形态相的实验研究。微观形貌是基于两种不同的生长机制:尖端分裂或树枝状,并与宏观结构解耦。后者的特点是分支密集,锋面稳定。锌的初始浓度在微观选择中起关键作用。离子可用性的重要性在赫克跃迁中再次表现出来,在赫克跃迁中,密集分支形态的偏离与原始溶液中锌的耗尽相吻合。
1995
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(1995) 物理评论快报。 74年, 1, p . 126 - 129 摘要
透射光显微照片显示,在强剪切流作用下,聚合物溶液的稳态中,spinodal分解域被拉长成极长的串。剪切流使弦在其固有表面张力不稳定的情况下保持稳定。管柱直径随着剪切速率的增大而减小,最终与界面厚度趋同,出现剪切诱导的均匀化现象。
1994
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(1994) 物理评论快报。 73年, 10, p . 1392 - 1395 摘要
我们用光镊扰动管状流体膜来研究管状流体膜的稳定性。出现蠕动不稳定性,波长在管周长的顺序上,其特征是紧绷和抑制曲率波动的膜。我们用弹性能中包含表面张力项的模型来解释这一点,并描述了过渡到稳定的、有限振幅的蠕动状态。在高振幅下,实验揭示了“珍珠”通过细管相互连接的新的动态状态,它们沿着细管移动和聚集。
1991
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(1991) 物理评论 43岁的 2, p . 707 - 722 摘要
我们给出了一个二元混合物在分离比为正值时的定常对流的实验研究。Rayleigh-Benard和Soret失稳机制之间的相互作用以及相应的边界条件使我们有可能观察到从大结构到小结构的转变以及不同对称模式之间的转变。我们还研究了横向边界和单元几何对模式选择的影响。
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(1991) Europhysics信件。 14, 1, p。则高达55 - 摘要
我们对局部热源发射的层流羽流的动力学和相互作用进行了实验研究。观测结果可以用羽流周围流动结构的一个简单模型来解释。利用均匀流动中的源汇,我们再现了实验形状,并提取了羽流尺寸的缩放行为。该模型描述了羽流相互作用的初始阶段。
1989
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(1989) 自然史D。 37岁的 1-3, p . 341 - 358 摘要
我们给出了对流二元混合物中非线性行波状态下存在大规模全局循环流动的实验证据。我们讨论了三种已知的TW模式:线性反传播波(CPW),空间和时间调制TW和空间调制TW。我们发现瞬态状态下的线性CPW不携带质量,而非线性状态下的线性CPW携带质量,并且质量传输的开始与向非线性TW的过渡相一致。
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(1989) 自然史。D。 37岁的 1-3, p . 359 - 383 摘要
我们在两个实验系统中研究了振荡对流:从下加热的矩形容器中的乙醇-水混合物和在低频交流电压下的薄层向列相液晶。在这两个系统中,第一个分支是向有限波矢和频率的行波(TW)的过渡。我们报告了在弱非线性区非线性TW的一系列空间结构和动力学行为的实验观察。我们在一维有限几何中观察到的丰富的空间和动力学行为的大多数都是通过基于简单的金兹堡-朗道方程耦合模型的数值模拟再现的,该模型只考虑平移和有限几何的组合。由缺陷成核引起的TW在二维几何细胞中更加复杂的时空行为是由于TW的调制不稳定性机制。
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1988
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(1988) 物理评论 38岁的 9日, p . 4939 - 4942 摘要
我们研究了弱非线性行波态到非线性行波态的转变。发现了由对流条件到绝对不稳定条件的转变所引起的模式选择,与理论很好地吻合。虽然线性性质取决于对流的(边界相关)阈值,但弱非线性性质指回无限系统的阈值。
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(1988) 物理评论快报。 61年, 7, p . 838 - 841 摘要
在沿稳定分支的对流起始点附近观测到一种由准周期行波组成的新状态。这种状态先于最近发现的受限行波状态,由细胞两侧周期性交替的左行波和右行波组成。与时间有关的波数谱是这种模式的一个特征。模式平移和调制不稳定性的影响可以定性地解释所观察到的动力学行为。
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(1988) 物理评论快报。 60岁, 20. p . 2030 - 2033 摘要
本文给出了二元混合物振荡对流中对流输运的实验观测结果。结果表明,在非线性行波(TW)的传播方向上存在传质现象,在回流方向上也存在传质现象。与TW中粒子轨迹的简单模型有很好的一致性。我们发现先前观察到的两种振荡态在传质方面有所不同。在线性反传播波中不存在传质现象,传质开始与向非线性TW的过渡相一致。
1987
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(1987) 物理评论 35岁, 6, p . 2757 - 2760 摘要
在乙醇-水混合物的对流开始时,观察到一种新的局域行波结构。这是观测到的TW的各种可能的流动模式之一。我们发现,对于几乎一维的细胞几何结构,独特的瞬态行为动态(以两个对传TW的形式)可以导致各种稳定状态。
1986
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(1986) 物理评论 34岁, 1, p . 693 - 696 摘要
流动可视化、热传输测量和光强剖面作为时间的函数已被用于研究从下面加热的乙醇-水混合物中的非线性传播波。实验结果揭示了最近理论预测的行波的主要特征。