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Dendritic Morphology Affects the Velocity and Amplitude of Back-propagating Action Potentials

Neuroscience Bulletin 2022年第11期38卷 1330-1346页

作者： Wu Tian luxin peng Mengdi Zhao Louis Tao peng Zou Yan Zhang State Key Laboratory of Membrane Biology College of Life SciencesPeking UniversityBeijing 100871China College of Chemistry and Molecular Engineering Synthetic and Functional Biomolecules CenterBeijing National Laboratory for Molecular SciencesKey Laboratory of Bioorganic Chemistry and Molecular Engineering of Ministry of EducationPeking UniversityBeijing 100871China Center for Quantitative Biology Academy for Advanced Interdisciplinary StudiesPeking UniversityBeijing 100871China PKU-IDG/McGovern Institute for Brain Research Peking UniversityBeijing 100871China Center for Bioinformatics National Laboratory of Protein Engineering and Plant Genetic EngineeringSchool of Life SciencesPeking UniversityBeijing 100871China Peking-Tsinghua Center for Life Sciences Peking UniversityBeijing 100871China Chinese Institute for Brain Research(CIBR) Beijing 102206China Beijing Academy of Artifcial Intelligence Beijing 100084China

The back-propagating action potential(bpAP)is crucial for neuronal signal integration and synaptic plasticity in dendritic trees.Its properties(velocity and amplitude)can be affected by dendritic morphology.Due to limited spatial resolution,it has been difficult to explore the specific propagation process of bpAPs along dendrites and examine the influence of dendritic morphology,such as the dendrite diameter and branching pattern,using patch-clamp recording.By taking advantage of Optopatch,an all-optical electrophysiological method,we made detailed recordings of the real-time propagation of bpAPs in dendritic trees.We found that the velocity of bpAPs was not uniform in a single dendrite,and the bpAP velocity differed among distinct dendrites of the same neuron.The velocity of a bpAP was positively correlated with the diameter of the dendrite on which it propagated.In addition,when bpAPs passed through a dendritic branch point,their velocity decreased significantly.Similar to velocity,the amplitude of bpAPs was also positively correlated with dendritic diameter,and the attenuation patterns of bpAPs differed among different dendrites.Simulation results from neuron models with different dendritic morphology corresponded well with the experimental results.These findings indicate that the dendritic diameter and branching pattern significantly influence the properties of bpAPs.The diversity among the bpAPs recorded in different neurons was mainly due to differences in dendritic morphology.These results may inspire the construction of neuronal models to predict the propagation of bpAPs in dendrites with enormous variation in morphology,to further illuminate the role of bpAPs in neuronal communication.

关键词： Dendrite Action potential Backpropagation Synaptic integration

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Differences in action potential propagation speed and axon initial segment plasticity between neurons from Sprague-Dawley rats and C57BL/6 mice

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Zoological Research 2022年第4期43卷 615-633页

作者： Zhi-Ya Chen luxin peng Mengdi Zhao Yu Li Mochizuki Takahiko Louis Tao peng Zou Yan Zhang State Key Laboratory of Membrane Biology College of Life SciencesPeking UniversityBeijing 100871China College of Chemistry and Molecular Engineering Synthetic and Functional Biomolecules CenterBeijing National Laboratory for Molecular SciencesKey Laboratory of Bioorganic Chemistry and Molecular Engineering of Ministry of EducationPeking UniversityBeijing 100871China Center for Quantitative Biology Academy for Advanced Interdisciplinary StudiesPeking UniversityBeijing 100871China Center for Bioinformatics National Laboratory of Protein Engineering and Plant Genetic EngineeringSchool of Life SciencesPeking UniversityBeijing 100871China Peking-Tsinghua Center for Life Sciences Peking UniversityBeijing 100871China PKU-IDG/McGovern Institute for Brain Research Peking UniversityBeijing 100871China Beijing Academy of Artificial Intelligence Beijing 100084China Chinese Institute for Brain Research(CIBR) Beijing 102206China

Action potentials(APs)in neurons are generated at the axon initial segment(AIS).AP dynamics,including initiation and propagation,are intimately associated with neuronal excitability and neurotransmitter release kinetics.Most learning and memory studies at the single-neuron level have relied on the use of animal models,most notably rodents.Here,we studied AP initiation and propagation in cultured hippocampal neurons from Sprague-Dawley(SD)rats and C57BL/6(C57)mice with genetically encoded voltage indicator(GEVI)-based voltage imaging.Our data showed that APs traveled bidirectionally in neurons from both species;forward-propagating APs(fpAPs)had a different speed than backpropagating APs(bpAPs).Additionally,we observed distinct AP propagation characteristics in AISs emerging from the somatic envelope compared to those originating from dendrites.Compared with rat neurons,mouse neurons exhibited higher bpAP speed and lower fpAP speed,more distally located ankyrin G(AnkG)in AISs,and longer Nav1.2 lengths in AISs.Moreover,during AIS plasticity,AnkG and Nav1.2 showed distal shifts in location and shorter lengths of labeled AISs in rat neurons;in mouse neurons,however,they showed a longer AnkG-labeled length and more distal Nav1.2 location.Our findings suggest that hippocampal neurons in SD rats and C57 mice may have different AP propagation speeds,different AnkG and Nav1.2 patterns in the AIS,and different AIS plasticity properties,indicating that comparisons between these species must be carefully considered.

关键词： Sprague-Dawley rats C57BL/6 mice Action potential Axon initial segment Plasticity

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Genetically-encoded voltage indicators

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Chinese Chemical Letters 2017年第10期28卷 1925-1928页

作者： luxin peng Yongxian Xu peng Zou College of Chemistry and Molecular Engineering Peking University Beijing 100871 China Peking-Tsinghua Center for Life Sciences Peking University Beijing 100871 China Synthetic and Functional Biomolecules Center Beijing National Laboratory for Molecular Sciences Key Laboratory of Bioorganic Chemistry and Molecular Engineering of Ministry of Education PKU-IDG/McGovern Institute for Brain Research Peking University Beijing 100871 China

A holy grail in neuroscience is to understand how brain functions arise from neural network-level electrical activities. Voltage imaging allows for the direct visualization of electrical signaling at high spatial and temporal resolutions across a large neuronal population. Central to this technique is a palette of genetically-encoded fluorescent probes with fast and sensitive voltage responses. In this review, we chronicle the development and applications of genetically-encoded voltage indicators（GEVIs） over the past two decades, with a primary focus on the structural design that harness the power of fluctuating transmembrane electric fields. We hope this article will inform chemical biologists and protein engineers of the GEVI history and inspire novel design ideas.

关键词： Fluorescent probe Protein engineering Voltage imaging Biosensor FRET

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Mechanical properties and corrosion resistance of powder metallurgical Mg-Zn-Ca/Fe bulk metal glass composites for biomedical application

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Journal of Materials Science & Technology 2022年第8期103卷 73-83页

作者： Kun Li luxin Liang peng Du Zeyun Cai Tao Xiang Hiroyasu Kanetaka Hong Wu Guoqiang Xie School of Materials Science and Engineering Harbin Institute of Technology(Shenzhen)Shenzhen 518055China State Key Laboratory of Powder Metallurgy Central South UniversityChangsha 410083China Graduate School of Biomedical Engineering Tohoku UniversitySendai980-8579Japan Graduate School of Dentistry Tohoku UniversitySendai 980-8575Japan State Key Laboratory of Advanced Welding and Joining Harbin Institute of TechnologyHarbin 150001China

Magnesium(Mg)alloys can be regarded as the most promising biodegradable implant materials for orthopedic and stent applications due to their good biocompatibility and low Young’s modulus which is near to that of natural bone.However,its applicability is hindered because it exhibits a high corrosion rate in the physiological environments.In this work,we fabricated Mg_(66)Zn_(30)Ca_(4)/Fe bulk metallic glass composites via spark plasma sintering(SPS).We studied the influence of different contents of Fe on the properties of the composites.The results indicated that Fe was uniformly distributed on the surface of Mg_(66)Zn_(30)Ca_(4) metallic glass(MG)as a second phase,which led to an improvement in the corrosion resistance and mechanical strength.The standard potential of Mg_(66)Zn_(30)Ca_(4)/Fe bulk metallic glass(BMG)composites increased as compared to Mg_(66)Zn_(30)Ca_(4),while their mechanical strength improved from 355 MPa to 616 MPa.Furthermore,cytotoxicity was investigated via the CCK-8 assay and calcein-AM staining,which revealed that the extraction mediums diluted 6 times(EM×6)of the Mg_(66)Zn_(30)Ca_(4) and Mg_(66)Zn_(30)Ca_(4)/Fe did not cause cell toxicity on day 3 and 5,while the EM×6 of the Mg_(66)Zn_(30)Ca_(4) showed cytotoxicity on day 1,3 and 5.Thus,Mg_(66)Zn_(30)Ca_(4)/Fe BMG composites exhibit significant potential for fabricating implants with good mechanical strength and corrosion resistance.

关键词： Mg_(66)Zn_(30)Ca_(4)/Fe bulk metallic glass composites Spark plasma sintering Corrosion behaviour Mechanical strength

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多频激励作用下悬索时滞减振控制研究

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振动与冲击 2023年第17期42卷 182-187,274页

作者：夏慧彭剑李禄欣孙洪鑫禹见达邵宏利湖南科技大学土木工程学院湖南湘潭411201 湖南科技大学结构抗风与振动控制湖南省重点实验室湖南湘潭411201

悬索作为一类典型的柔性结构,因其本身质量轻,柔性大,阻尼小等特点,在多频激励的作用下容易产生大幅振动,易造成结构疲劳破坏,从而导致工程灾害的发生。因此,悬索的振动控制是工程实际应用中亟须解决的问题。该研究采用时滞速度反馈控... 详细信息

悬索作为一类典型的柔性结构,因其本身质量轻,柔性大,阻尼小等特点,在多频激励的作用下容易产生大幅振动,易造成结构疲劳破坏,从而导致工程灾害的发生。因此,悬索的振动控制是工程实际应用中亟须解决的问题。该研究采用时滞速度反馈控制策略对多频激励下的悬索进行减振控制。基于Hamilton变分原理,建立多频激励下受控悬索的非线性振动控制模型。利用Galerkin法得到离散后的时滞微分方程,通过多尺度法求解受控悬索发生超谐波与亚谐波联合共振时的幅频响应方程,并判断稳态解的稳定性,分析了受控悬索的非线性动力学行为,以及控制系统参数对共振响应的影响。研究结果表明,多频激励时悬索系统同时出现超谐共振和亚谐共振响应的特性,随着时滞值的增大不同分枝之间距离减小,随着控制增益减小分枝的稳定和不稳定解的相位趋于接近。通过调节控制增益和时滞值的大小可以改变共振范围、响应幅值及其相位,达到最优控制效果。

关键词：时滞反馈共振响应悬索多频激励

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配偶的善意性别偏见对职业女性工作繁荣的影响机制研究:一个有调节的中介模型

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心理科学 2022年第1期45卷 118-125页

作者：王晓辰李璐鑫徐乃赞彭玉波浙江工商大学工商管理学院杭州310018 浙江工商大学浙商研究院杭州310018 暨南大学管理学院广州510632 浙江省电子商务促进中心杭州310006

本文基于工作-家庭资源模型,采用问卷调查法,收集208份双职工夫妻配对数据,探讨配偶的善意性别偏见对职业女性工作繁荣的中介机制与边界效应。研究结果表明:配偶的善意性别偏见负向预测职业女性的工作繁荣,家庭-工作冲突中介了配偶的善... 详细信息

本文基于工作-家庭资源模型,采用问卷调查法,收集208份双职工夫妻配对数据,探讨配偶的善意性别偏见对职业女性工作繁荣的中介机制与边界效应。研究结果表明:配偶的善意性别偏见负向预测职业女性的工作繁荣,家庭-工作冲突中介了配偶的善意性别偏见与工作繁荣的关系;同时,职业女性的工作中心性调节了家庭-工作冲突在二者间的中介作用。研究结果对降低职业女性的家庭-工作冲突,减少善意性别偏见,促进工作繁荣有一定的理论和实践意义。

关键词：善意性别偏见家庭-工作冲突工作繁荣工作中心性

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真菌漆酶及其生产、固定化与应用

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菌物学报 2023年第9期42卷 1821-1837页

作者：唐禄鑫王雅娴彭明意王豪司静崔宝凯北京林业大学生态与自然保护学院微生物研究所北京100083

漆酶能够作用的底物非常广泛,包括木质纤维素等大分子聚合物,且在催化反应时可将该类物质还原成水和其他小分子物质,不会造成二次污染,因此,漆酶素有“绿色催化剂”之称,具有被广泛运用于工业生产中的广阔前景。对游离漆酶进行固定化处... 详细信息

漆酶能够作用的底物非常广泛,包括木质纤维素等大分子聚合物,且在催化反应时可将该类物质还原成水和其他小分子物质,不会造成二次污染,因此,漆酶素有“绿色催化剂”之称,具有被广泛运用于工业生产中的广阔前景。对游离漆酶进行固定化处理能够使其进一步适应工业生产中的恶劣环境,提高稳定性、可循环利用率,扩大耐受pH和温度范围。真菌漆酶作为漆酶的重要来源,本文对其性质、生产,以及新型的固定化方法和各个领域的应用进行了概述。

关键词：漆酶白腐真菌固定化工业应用

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可拓方法在Unix网络管理中的应用

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计算机工程 2006年第9期32卷 120-122页

作者：林小平唐露新唐平彭伟民广东工业大学计算机学院广州510090 广东工业大学信息工程学院广州510643

将可拓方法应用到广域网不同操作系统间的文件传输中,保持主机在一个网络适配器条件下,根据可拓变换的策略,对不同系统计算机的网络配置进行相关修改,从而提高了文件传输速度,解决了经常出现的中断现象,实现了异构系统的计算机网络资源... 详细信息

将可拓方法应用到广域网不同操作系统间的文件传输中,保持主机在一个网络适配器条件下,根据可拓变换的策略,对不同系统计算机的网络配置进行相关修改,从而提高了文件传输速度,解决了经常出现的中断现象,实现了异构系统的计算机网络资源共享和数据通信。

关键词：可拓方法 Unix 文件传输可拓变换

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时滞加速度反馈控制下悬索的主共振分析

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噪声与振动控制 2018年第3期38卷 137-140,171页

作者：李禄欣彭剑向明姣谢献忠湖南科技大学土木工程学院湖南湘潭411201 湖南科技大学结构抗风与振动控制湖南省重点实验室湖南湘潭411201

利用Hamilton变分原理,忽略弯曲、扭转以及剪切刚度的影响,研究轴向时滞加速度反馈控制下悬索的主共振响应,得到悬索的面内非线性运动方程,并采用Galerkin方法可得时滞微分方程,运用多尺度法得到时滞反馈作用下悬索第一阶正对称模态的... 详细信息

利用Hamilton变分原理,忽略弯曲、扭转以及剪切刚度的影响,研究轴向时滞加速度反馈控制下悬索的主共振响应,得到悬索的面内非线性运动方程,并采用Galerkin方法可得时滞微分方程,运用多尺度法得到时滞反馈作用下悬索第一阶正对称模态的主共振响应近似解,通过数值算例,分析系统响应与控制参数的关系和时滞值对索力的影响。研究结果表明:主共振响应存在多解和跳跃现象,且随时滞值的增大呈周期性变化,合理选择控制增益和时滞值,可以有效抑制悬索的大幅振动,达到良好的控制效果。

关键词：振动与波时滞反馈振动控制悬索主共振

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基于DSP+FPGA+ASIC的实时红外图像处理系统

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微计算机信息 2007年第23期23卷 199-201页

作者：彭小军颜露新钟胜张天序郭畅华中科技大学图像识别与人工智能研究所多谱信息处理技术国防科技重点实验室湖北武汉430074

设计了一种高性能实时红外图像处理系统。针对红外探测系统,提出了DSP+FPGA+ASIC的图像处理架构,采用FPGA(EP1S10)实现非均匀性校正等图像预处理,自主研制的ASIC芯片实现图像多级滤波处理,DSP(TMS320C64X)实现红外小目标检测算法,构成... 详细信息

设计了一种高性能实时红外图像处理系统。针对红外探测系统,提出了DSP+FPGA+ASIC的图像处理架构,采用FPGA(EP1S10)实现非均匀性校正等图像预处理,自主研制的ASIC芯片实现图像多级滤波处理,DSP(TMS320C64X)实现红外小目标检测算法,构成处理能力强、接口可靠稳定的图像处理系统。实验测试表明,该实时红外图像处理系统工作稳定、可靠,满足系统性能指标的要求。

关键词：实时图像处理系统小目标检测 ASIC DSP FPGA

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