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应用3D打印技术辅助识别昆虫脑解剖结构

更新时间:2009-03-28

昆虫脑是调控昆虫行为和生理活动的神经中枢,能够接收和处理昆虫身体内、外环境信息并形成运动指令(Chapman, 1998)。昆虫脑的结构与其对行为和生理过程的神经调控功能相协调。不同生境下表现不同适应行为的昆虫,或同种昆虫的不同性别、品系或虫态,往往具有形态、大小和位置不同的脑结构(Chapman, 1998; Montgomery and Ott, 2015; Montgomery and Merrill, 2017)。比如,日出性蝴蝶视觉中枢结构视叶发达,占整个脑的70% (Heinze and Reppert, 2012) ,夜行性蛾的视叶占脑体积的30%(陈秋燕等, 2016)。蛾类昆虫嗅觉中枢发达,触角叶内具有80个神经纤维球,而蝉和龙虱等昆虫的嗅觉极不发达,脑内没有明显的纤维球结构(Strausfeld, 2012; Zhao et al., 2016)。蜜蜂和蚂蚁等社会性昆虫,学习和记忆能力强,相应地,其学习和记忆中枢蕈状体发达,约占整脑体积的25%,而其他昆虫如蛾和蝶仅占5%左右(Wei et al., 2010; Heinze and Reppert, 2012; 陈秋燕等, 2016)。因此,研究昆虫脑的解剖结构,将有助于促进理解昆虫行为和生理活动的神经调控机制。

标记技术、脑成像技术和图像分析技术的快速发展,促使昆虫脑数字化三维模型构建技术也得到快速发展。脑数字化三维模型方便于从不同角度辨识脑内部结构形状、位置以及各结构之间的空间关系(Rein et al., 2002),并实现定量分析不规则结构体积大小,比较不同昆虫脑结构的差异。所以,脑数字化三维模型构建技术的发展极大地促进了脑解剖结构的研究,比如,近十几年来,蟑螂Diploptera punctate (Chiang et al., 2001)、蜚蠊Leucophaea maderae (Wei et al., 2010)、沙漠蝗Schistocerca gregaria(Kurylas et al., 2008)、绿盲蝽Apolygus lucorum(谢桂英等, 2016b)、赤拟谷盗Tribolium castaneum(Dreyer et al., 2010)、蜣螂Scarabaeus lamarcki, Scarabaeus satyrus(Immonen et al., 2017)、西方蜜蜂Apis mellifera (Brandt et al., 2005)、烟草天蛾Manduca sexta (El Jundi et al., 2009)、雌性烟芽夜蛾Heliothis virescens (Kvello et al., 2009)、雄性烟青虫Helicoverpa assulta (陈秋燕等, 2016)、君主斑蝶Danaus plexippus (Heinze and Reppert, 2012)、棉铃虫Helicoverpa armigera幼虫(汤清波等, 2014)、茶尺蠖Ectropis obliqua幼虫(谢桂英等, 2016a)、黑腹果蝇Drosophila melanogaster (Rein et al., 2002; Ito et al., 2014)等多种昆虫脑解剖结构得到解析和深入研究。

3D打印技术是近几年快速发展起来的一种新型的快速成型技术,即通过计算机辅助设计(computer aided design, CAD)设计数据,采用材料逐层累加的方法制造实体物品的技术(卢秉恒和李涤尘, 2013)。由于其具有在三维结构上快速制造和自由制造的优势,被广泛应用于工业、建筑、汽车、能源、航天、医疗等重要领域。可以用于开发个性化,复杂化,高难度的新产品。昆虫脑数字化三维模型的创建以及3D打印技术的出现,为制作昆虫脑实体模型提供了便利条件。昆虫脑实体模型的制作将使得辨识昆虫脑的结构、认识各脑结构间的空间联系、比较不同昆虫类群脑结构的异同更直观、方便。昆虫脑实体模型制作将会推动脑解剖科研和教学的深入开展。

在本研究中,我们选取雄性烟芽夜蛾为对象,首先采用免疫组织化学染色标记的方法明确烟芽夜蛾雄成虫脑的解剖结构,为深入研究性信息素通讯神经调控机制提供了结构基础;在创建了烟芽夜蛾数字化三维脑模型的基础上,利用3D打印技术,制作烟芽夜蛾脑实体模型,以辅助识别脑的结构,理解脑结构的空间联系;在利用3D打印技术成功打印烟芽夜蛾脑实体模型的基础上,我们进一步选取黑腹果蝇、西方蜜蜂和沙漠蝗等模式昆虫为对象,利用3D打印技术制作了黑腹果蝇、西方蜜蜂和沙漠蝗成虫的脑实体模型,以方便比较不同昆虫脑结构异同,加深对脑结构的认知,为昆虫脑的科研和教学提供便利工具。

1 材料与方法

1.1 供试昆虫

烟芽夜蛾的蛹从先正达公司(Syngenta, Basel, Switzerland)购买获得。将雌雄蛹鉴别并分开后,放置在气候箱内饲养,温度为22℃,光周期为14L∶10D。成虫羽化后喂以5%蔗糖水。羽化第2-5天的雄成虫用于试验。

Chiang AS, Lin CY, Chuang CC, Chang HM, Hsieh CH, Yeh CW, Shih CT, Wu JJ, Wang GT, Chen YC, Wu CC, Chen GY, Ching YT, Lee PC, Lin CY, Lin HH, Wu CC, Hsu HW, Huang YA, Chen JY, Chiang HJ, Lu CF, Ni RF, Yeh CY, Hwang JK, 2011. Three-dimensional reconstruction of brain-wide wiring networks in Drosophila at single-cell resolution. Curr. Biol., 21(1): 1-11.

1.2 烟芽夜蛾脑解剖和免疫组织化学染色标记

使用医学剪刀将烟芽夜蛾成虫头部剪下,置于Ringer氏生理液中,在实体解剖镜下用精细解剖镊子把脑解剖出来,并放置于用磷酸缓冲液(phosphate-buffered saline, PBS)(0.1 mol/L, pH 7.4)配制的4%多聚甲醛固定液中,进行脑组织固定,在4℃条件下过夜。然后用PBS缓冲液连续冲洗4次,每次15 min。冲洗后,把脑转移至5%的正常羊血清封闭液(normal goat serum)(Sigma, St. Louis, MO, USA)中预孵育3 h,温度条件为室温。随后,将脑转移于含抗突触蛋白抗体SYNORF1(Developmental Studies Hybridoma Bank, University of Iowa, USA) PBS溶液(SYNORF1浓度为1∶100, v/v)中4℃孵育5 d。然后PBS缓冲液冲洗6次,每次20 min。冲洗后将脑转移于荧光偶联的二抗(Cy2偶联的抗鼠二抗,Invitrogen, Eugene, OR; 浓度为1∶300)4℃孵育3 d。然后PBS再冲洗6次,每次20 min。利用50%, 70%, 90%, 96%和100%(v/v)的酒精由低浓度到高浓度将脑脱水,每个浓度脱水10 min,其中100%的酒精脱水2次。脱水后把脑置于水杨酸甲酯中透明。最后将脑放在铝制载玻片的孔内中性树胶中,调整姿势后用盖玻片密封(孔上下用盖玻片密封)。

1.3 烟芽夜蛾脑图像数据获取和三维模型构建

用共聚焦激光扫描显微镜(LSM 510, META Zeiss, Jena, Germany)扫描脑结构以获得脑结构逐层图像集。图像分辨率设定为1 024×1 024像素。扫描图层间隔3 μm。扫描激光为氩激光488 nm。

构建脑三维结构的图像分析软件为AMIRA 5.3 (Visage Imaging, Fürth, Germany)。首先将获得共聚焦激光扫描显微镜图像集导入软件,利用图形分割编辑器“label field”重建脑内部各神经髓结构(Kurylas et al., 2008; 汤清波等, 2014)。构建时首先识别所构建的脑结构,然后使用板刷将该结构的所在区域进行标记。最后将同一结构的多张标记图形叠加,即生成三维结构。

1.4 黑腹果蝇西方蜜蜂和沙漠蝗脑三维模型获得

黑腹果蝇脑数字化图像数据从虚拟果蝇脑网站http:∥www.virtualflybrain.org获得,该网站为果蝇脑结构资源公共开放网站,以方便供其他相关领域的科研人员和学生使用(Ito et al., 2014)。我们所使用的果蝇脑图像数据即从该网站下载获得,文件名为InsectBrainNomenclature_neuropil.am。随后,我们使用图像分析软件AMIRA 5.3进行读取和分析,并使用软件的SurfanceGen功能生成果蝇脑以及各个结构的三维模型。西方蜜蜂脑数字化图像数据从德国柏林自由大学网站获得,网址为:http:∥www.bcp.fu-berlin.de/en/biologie/arbeitsgruppen/neurobiologie/ag_menzel/beebrain/downloads/index.html,为公开免费共享资源。将下载获得的蜜蜂脑图像导入图像分析软件AMIRA 5.3进行读取和分析,并生成脑三维模型(Brandt et al., 2005)。沙漠蝗的脑数字化三维模型由德国马尔堡大学Uwe Homberg教授提供(Kurylas et al., 2008)。

1.5 3D打印机打印

为获得昆虫实体模型,我们采用3D打印机(HORI H1, 北京)技术进行打印。打印材料为聚乳酸(poly lactic acid, PLA),打印技术为熔融沉积快速成型技术,即通过加热使材料融化,按照计算机设计从喷头喷出,并逐层向上堆积成型。打印过程中喷头的温度设置为200℃,底板温度设置为50℃。利用3D打印机匹配的软件Cural 15.04.2将昆虫脑三维模型转换为G-code打印代码。转换时,首先使用AMIRA将脑三维模型数据转换为STL(STereoLithography)格式的文件。STL为一种三维模型的文件格式,是一个较通用的3D制造的接口协议。然后将得到的STL格式的三维模型数据在Cural 15.04.2软件中打开,调整三维模型的长、宽、高,设置打印模型的大小,并设置打印起始位置、打印厚度、支撑类型等。设置后,将模型数据保存为打印代码G-code格式。G-code 格式的文件将数据模型沿纵向方向层层切割,成为3D打印系统可识别的数据。随后点击打印指令,3D打印机即开始打印脑模型。

2 结果

2.1 烟芽夜蛾雄成虫脑的解剖结构

突触蛋白抗体免疫组织化学染色标记将烟芽夜蛾雄成虫脑的主要神经髓结构显示出来(图1)。脑的最前端,咽喉口两侧的球状突出结构为触角叶(antennal lobe, AL)(图1: A, E)。咽喉的上侧为脑的最大结构,即前脑(protocerebrum)。前脑内包括多个边界清晰的神经髓结构,如前视结节(anterior optic tubercle, AOTU)、蕈形体(mushroom body, MB)、中央体(central body, CB)和视叶(optic lobe, OL)(图1: B-G)。视叶位于前脑两侧,成球状,包括3个可识别的神经髓结构,从远端到中心分别为视髓(medulla, ME)、视小叶(lobula, LO)和视小叶板(lobula plate, LOP)(图1: C-G)。中央体位于前脑正中心,为1个单独结构(图1: C, F, G)。在中央体两侧上方为一对蕈形体,从前端到后端,像横躺的蘑菇。每个蕈形体包括前端的叶(lobe, LOB)和后端的冠(calyx, CA)以及连接冠和叶的柄(pedunculus, PE)(图1: B-G)。前视结节位于前脑的上方前端,左右各1个(图1: B, E)。除了上述几个边界明显的结构外,前脑还包括大量的神经髓区域,主要位于前脑的外侧、腹侧和背侧,但这些区域没有明显内部边界。所以在结构分析和创建脑模型时,我们将该部分与咽喉下方的神经髓合并为一体,称为中间脑(midbrain)。位于咽喉下方的神经髓主要为颚神经节(gnathal ganglion, GNG)(图1: C-F),其内部也没有明显的神经髓结构分区。

 
 

图1 烟芽夜蛾雄成虫脑激光共聚焦扫描图像和数字化三维模型Fig. 1 Confocal images of the brain of male adult of Heliothis virescens and digitalized three-dimensional modelsA-D: 从前到后不同深度的脑显微图像Confocal images of a brain at different depths from anterior to posterior; E-G: 脑数字化三维模型Digitalized three-dimensional brain models; E: 正面观Frontal view; F: 后面观Posterior view; G: 背面观Dorsal view. AL: 触角叶Antennal lobe; AOTU: 前视结节Anterior optic tubercle; CA: 蕈形体冠Mushroom body calyx; CB: 中央体Central body; ES: 食道Esophagus; GNG: 颚神经节Gnathal ganglion; LO: 视小叶Lobula; LOB: 蕈形体叶Mushroom body lobe; LOP: 视小叶板Lobula plate; ME: 视髓Medulla; PE: 蕈形体柄Mushroom body pedunculus. 方位Directions: a: 前向Anterior; d: 背向Dorsal; l: 侧面Lateral; p: 后向Posterior; v: 腹面Ventral.

2.2 烟芽夜蛾雄成虫脑模型的3D打印

将获得的烟芽夜蛾脑数字化三维模型转换为3D打印可识别的STL格式文件,并导入3D打印机操控系统进行打印,获得3D打印的实体脑模型(图2: A, B)。烟芽夜蛾脑实体模型尺寸大小约为脑实际大小的100倍,体积放大约106倍(表1)。3D打印的脑模型结构清晰,大小适中,便于拿在手中观察。为了区别各个结构,触角叶、前视结节和蕈形体等不同的结构涂上不同的颜色。由于蕈形体为脑内部的结构,且结构复杂,为了便于观察,所以蕈形体也被制作成实体模型(图2: C, D)。3D打印的蕈形体实体模型最长处为10.4 cm,最高处为4.5 cm,最宽处为6.5 cm,约为实际尺寸大小的100倍。为了展示脑内部的中央体结构,将脑模型作矢状、垂直和水平切割后进行了打印(图2: A, B, E-J)。切割后制作的模型可将脑的切面清晰展示出来。

 
 

图2 3D打印的烟芽夜蛾雄成虫脑结构模型Fig. 2 3D printed models of the brain structures of male adult of Heliothis virescensA: 3D打印脑正面观Frontal view of the 3D printed brain model; B: 3D打印脑后面观Posterior view of the 3D printed brain model; C: 3D打印蕈形体侧面观Lateral view of the 3D printed mushroom body; D: 3D打印蕈形体背面观Dorsal view of the 3D printed mushroom body; E: 垂直切3D打印脑模型(无视叶)前面观Frontal view of a vertical section of the 3D printed brain model without optic lobes; F: 垂直切3D打印脑模型(无视叶)后面观Posterior view of a vertical section of the 3D printed brain model without optic lobes; G: 垂直切3D打印脑模型(无视叶)截面A vertical section of the 3D printed brain model without optic lobes; H-J: 不同深度水平切3D打印脑模型(无视叶)截面Horizontal sections of the 3D printed brain model without optic lobes at different depths. AL: 触角叶Antennal lobe; AOTU: 前视结节Anterior optic tubercle; CA: 蕈形体冠Mushroom body calyx; CB: 中央体Central body; ES: 食道Esophagus; GNG: 颚神经节Gnathal ganglion; LO: 视小叶Lobula; LOB: 蕈形体叶Mushroom body lobe; LOP: 视小叶板Lobula plate; ME: 视髓Medulla; PE: 蕈形体柄Mushroom body pedunculus.

 

表1 昆虫脑模型大小Table 1 Sizes of insect brain models

  

昆虫Insect species数字化三维模型Digitalized three-dimensional model 3D打印模型3D printed model长(μm)Length高(μm)Height 宽(μm)Width长(cm)Length高(cm)Height宽(cm)Width放大倍数Magnification(-fold)烟芽夜蛾Heliothis virescens1 31269960915.77.77.4~100黑腹果蝇(半个脑)Drosophila melanogaster (a half brain)32427816116.616.28.8~500西方蜜蜂Apis mellifera1 86187447215.36.24.5~90沙漠蝗Schistocerca gregaria2 886122569914.56.33.5~50

2.3 黑腹果蝇西方蜜蜂和沙漠蝗脑模型的3D打印

黑腹果蝇、西方蜜蜂和沙漠蝗数字化脑模型的尺寸大小分别以500, 90和50倍放大进行3D打印,获得实体脑模型[表1; 数字模型图3(A1, A2, B1, B2, C1, C2); 实体模型图3(A3, A4, B3, B4, C3, C4)]。多种昆虫脑实体模型的制作为比较不同昆虫结构的异同提供了便利工具。由于果蝇是科研模式昆虫,具有强大而便捷的遗传工具,使得果蝇脑的解剖结构也得到了深入的研究,昆虫前脑内很多未知区域在果蝇内也得到解析(图3: A)。为了便于比较不同昆虫脑结构的异同,在此项研究中,我们仅关注几个研究比较清晰的结构,即触角叶、蕈形体、前视结节、视叶和颚神经节。果蝇脑与烟芽夜蛾的脑相似,颚神经节与脑融合,成为脑的一部分。触角叶位于脑的最前端,呈球形。蕈形体叶位于脑前端,而蕈形体冠位于脑后端。前视结节位于前脑上方前端。视叶位于前脑两侧,其内部的视髓、视小叶和视小叶板3个结构清晰可见,且形态和排列方式与烟芽夜蛾的也类似。

大多数商业银行都没有设立专门的内部审计质量评价机构,审计报告通常需要审计部门自我修正。在当前审计机构独立性缺失、审计结果受多方利益影响的形势下,这种自我修正无疑会使审计结果更加缺乏可利用性。即便审计机构在完成审计工作的过程中不存在任何影响因素,许多问题也容易使审计机构自己当局者迷,从而对审计结果中出现的疏漏无法正确定位。加强质量评价队伍的建设,引起专业的内部审计质量评估人才,是解决当前问题的主要任务。

 
 

图3 黑腹果蝇、西方蜜蜂和沙漠蝗数字化脑三维模型和3D打印脑模型Fig. 3 Digitalized three-dimensional and 3D printed brain models of Drosophila melanogaster,Apis mellifera and Schistocerca gregariaA1: 黑腹果蝇数字化脑模型前面观Frontal view of the digitalized three-dimensional brain model of D. melanogaster; A2: 黑腹果蝇数字化脑模型后面观Posterior view of the digitalized three-dimensional brain model of D. melanogaster; A3: 黑腹果蝇3D打印脑模型前面观Frontal view of the 3D printed brain model of D. melanogaster; A4: 黑腹果蝇3D打印脑模型后面观Posterior view of the 3D printed brain model of D. melanogaster; B1: 西方蜜蜂数字化脑模型前面观Frontal view of the digitalized three-dimensional brain model of A. mellifera; B2: 西方蜜蜂数字化脑模型后面观Posterior view of the digitalized three-dimensional brain model of A. mellifera; B3: 西方蜜蜂3D打印脑模型前面观Frontal view of the 3D printed brain model of A. mellifera; B4: 西方蜜蜂3D打印脑模型后面观Posterior view of the 3D printed brain model of A. mellifera; C1: 沙漠蝗数字化脑模型前面观Frontal view of the digitalized three-dimensional brain model of S. gregaria; C2: 沙漠蝗数字化脑模型后面观Posterior view of the digitalized three-dimensional brain model of S. gregaria; C3: 沙漠蝗3D打印脑模型前面观Frontal view of the 3D printed brain model of S. gregaria; C4: 沙漠蝗3D打印脑模型后面观Posterior view of the 3D printed brain model of S. gregaria. AL: 触角叶Antennal lobe; AOTU: 前视结节Anterior optic tubercle; CA: 蕈形体冠Mushroom body calyx; CB: 中央体Central body; DRMe: 背侧缘视髓Dorsal rim area of the medulla; ES: 食道Esophagus; GNG: 颚神经节Gnathal ganglion; LA: 视神经节层Lamina; LO: 视小叶Lobula; LOB: 蕈形体叶Mushroom body lobe; LOP: 视小叶板Lobula plate; LOX: 视小叶复合体Lobula complex; ME: 视髓Medulla; PE: 蕈形体柄Mushroom body pedunculus. 方位Directions: a: 前向Anterior; d: 背向Dorsal; l: 侧面Lateral; m: 内侧Medial; p: 后向Posterior; v: 腹面Ventral.

蜜蜂的颚神经节与脑也紧密融合(图3: B)。但脑的结构与烟芽夜蛾和果蝇的均有显著差异。最为显著的是蕈形体(图3: B),其冠位于前脑顶端,覆盖整个前脑中间部分,几近占整个中间脑的1/3。其次是视叶,视叶内部没有视小叶板结构,但视叶的最外层,即视神经节层(图3: B),结构清晰。而烟芽夜蛾突触蛋白免疫染色未能呈现其视神经节层,在果蝇和蝗虫脑中也有类似现象,所以烟芽夜蛾、黑腹果蝇和蝗虫3种昆虫的脑模型中未包括视神经节层结构(图1; 3: A, C)。

沙漠蝗的脑与颚神经节没有融合,其较粗的食道将脑和颚神经节分割开来(图3: C),这一点与烟芽夜蛾、果蝇和蜜蜂显著不同。另外,蝗虫视叶位于前脑两侧上方,其视髓发达,视小叶形成复合体结构(lobula complex, LOX),包括多个亚结构。在视髓的上方内侧,具有一个较小结构,为背侧缘视髓(dorsal rim area of the medulla, DRMe),在其他昆虫中尚未发现该结构。蝗虫的蕈形体冠位于前脑的顶端,但为单个杯状结构。蜜蜂的蕈形体冠为两个杯状结构,烟芽夜蛾和果蝇的蕈形体冠为两个杯状结构,但两杯相接的地方杯壁融合在一起(图1: D, F; 图3: A, B)。

3 讨论

林最后的作品是一批轮胎画。尺幅巨大,往往高至3米,宽达4米,试图实现他创造“平面上的幻象”的绘画理想。当时美国正值对现代主义的反动,绘画中再次引入大量社会题材、文化批判、异文化元素等等,而林琳没有乘势在“中国元素国际化”上做文章,以比较容易讨巧的方式来获得欧美艺术主流的“承认”,成为多元主义运动里东方的代表。他选择坚持和继续现代主义绘画与艺术的纯粹性。

烟芽夜蛾、黑腹果蝇和西方蜜蜂的脑和颚神经节完全融合,而沙漠蝗的脑和颚神经节并未融合,而由围咽神经索连接起来(Kurylas et al., 2008)。昆虫脑和颚神经节的融合是长期演化的结果,但其原因和机制尚不清楚。脑和颚神经节的融合与否可能跟昆虫食道粗细相关。烟芽夜蛾和黑腹果蝇为吸收式口器,取食液体食物,食道较细,围食道神经连索缩短或消失,食道上下的脑和颚神经节融合。西方蜜蜂的口器为嚼吸式,取食液体或细小固体食物,食道也较细。而蝗虫为咀嚼式口器,取食固体食物,食道较粗,围食道神经连索较长,脑和颚神经节分离。鳞翅目棉铃虫幼虫和茶尺蠖幼虫均属咀嚼式口器类群,幼虫的脑和颚神经节也分离(汤清波等, 2014; 谢桂英等, 2016a)。颚神经节是昆虫脑味觉中枢,包括上颚神经髓、下颚神经髓和下唇神经髓,分别接收和处理上颚、下颚和下唇等器官感受的信息(Tyrer and Gregory et al., 1982; Rehder, 1989; Ito et al., 2014; Tang et al., 2014)。不同昆虫的颚神经节结构相似,这可能与不同昆虫的所取食食物的基本成分相似有关。不过,口器退化的昆虫颚神经节是否也会退化或者结构发生变化,目前尚不清楚。

烟芽夜蛾、黑腹果蝇、西方蜜蜂和沙漠蝗的触角叶、视叶和蕈形体等主要脑结构之间也存在明显的差异。触角叶为昆虫脑的嗅觉初级中枢,负责处理昆虫感知的化学气味信息(赵新成等, 2015)。烟芽夜蛾为夜蛾科昆虫,主要依赖于化学通讯实现雌雄识别和寄主定位,所以烟芽夜蛾的触角叶相对较大,占主要神经髓结构的16%, 而黑腹果蝇、西方蜜蜂和沙漠蝗的仅为9%左右(Wei et al., 2010)。通常,昆虫触角叶包含许多神经纤维球,1个纤维球接收来自表达1种气味受体的嗅觉感受神经元,即遵守“1个气味受体1个纤维球”气味编码的基本原则(Couto et al., 2005)。所以气味受体决定触角叶神经纤维球的数量、大小、形状等。不同类群、不同性别的昆虫感受气味种类和数量不等,所以神经纤维球的数量、大小也不等。比如黑腹果蝇约有60种气味受体,50多个纤维球,而西方蜜蜂具有163个气味受体,160余个纤维球(Galizia et al., 1999; Laissue et al., 1999; Vosshall et al., 2000; Robertson and Wanner, 2006)。雄性蛾类昆虫触角表达大量的性信息素受体,对应的在雄性触角叶具有几个巨大的神经纤维球感受性信息素成分(Berg et al., 1998; Wang et al., 2011),比如烟芽夜蛾的触角叶具有扩大型的神经纤维球,而雌性的没有(Kvello et al., 2009)。但是,蝗虫的触角叶内具有1 000~3 000个纤维球,而触角只有140个气味受体,这可能说明蝗虫触角叶对气味的编码机制具有特异性,与其他昆虫存在差异(Ignell et al., 2001; Wang et al., 2015)。

视叶为昆虫的视觉中枢,负责处理昆虫感知的光、颜色、形状和运动等信息(Borst, 2009)。烟芽夜蛾、黑腹果蝇、西方蜜蜂和沙漠蝗的复眼都较大,相应的其视叶也都较大。昆虫视叶主要包括视神经节层、视髓、视小叶和视小叶板等神经髓。但不同昆虫的视叶结构组成具有差异,如烟芽夜蛾和黑腹果蝇具有视小叶板,而西方蜜蜂和沙漠蝗没有视小叶板结构。视小叶板内具有处理动感信息的神经元(Borst, 2009),但烟芽夜蛾、黑腹果蝇处理动感信息的机制与西方蜜蜂和沙漠蝗的是否有差异,有何差异,尚不清楚。沙漠蝗的视小叶由多个亚结构组成(Kurylas et al., 2008),这说明蝗虫的视觉信息处理可能更为复杂。沙漠蝗具有群体远距离迁飞的习性。沙漠蝗视髓的内侧上方还具有缘状突起,可感知天空中偏振光信息,为迁飞定向导航(Homberg et al., 2011)。水生豉甲Dineutus sublineatus具有上下两个复眼,同时观察水面上、下的情景,其视叶也分裂为上下两部分,与复眼的分裂相对应(Lin and Strausfeld, 2013)。

肺动脉栓塞是临床常见疾病,发病率高,常伴有呼吸功能、循环功能障碍,若诊治不及时,可致死。然而,肺动脉栓塞临床表现多样化,缺乏特异性,容易漏诊、误诊,耽误最佳治疗时机,影响预后[1]。现目前,选择性肺动脉造影是公认的诊断肺动脉栓塞的金标准,但是,该诊断方式具有创伤性,且受设备限制,难以实现普及[2]。这些年,影像学技术不断发展,多层螺旋CT被广泛用于疾病诊断,大大提高了疾病诊断效率。2016年8月—2018年4月,本文回顾性分析80例患者的临床资料,旨在评价分析多层螺旋CT肺动脉成像在诊断急诊肺动脉栓塞中的应用价值,现报道如下。

这回大梁冇像往日那样发躁。他握住我的手,听我讲完,一直喑着不说话。我说:“我认下了狼剩儿,就算在东洋人的窝里,那儿子总会护着娘的。”

蕈形体为昆虫脑的学习中枢,接收和整合嗅觉、味觉和视觉等信息,形成联系性学习和记忆(Menzel, 2001)。蕈形体包括蕈形体冠、柄和叶,主要由蕈形体内源细胞Kenyon神经元及与不同感觉区域相联系的传入、传出神经元构成。Kenyon神经元数量和蕈形体结构的大小及复杂程度与学习能力相关。西方蜜蜂具有340 000个Kenyon神经元,约占所有脑神经元的33%,而蕈形体体积约占整个脑体积的25%(Fahrbach, 2006; Wei et al., 2010),而蛾和蝶类昆虫仅具有4 000个Kenyon神经元,约占所有脑神经元的0.4%,蕈形体体积仅占脑体积的5%左右(Sjöholm et al., 2005; Wei et al., 2010; Heinze and Reppert, 2012; 陈秋燕等2016)。西方蜜蜂是社会性昆虫,营集群生活,个体间具有协同分工。西方蜜蜂的学习能力较强。黑腹果蝇的蕈形体具有5 000个Kenyon神经元,约占所有脑神经元的5%,比例较高,所以果蝇的学习能力也较强(Fahrbach, 2006; Chiang et al., 2011)。蕈形体冠是Kenyon神经元树突与传入神经元形成突触联系的地方,通常,分为中心冠和外侧冠2部分。西方蜜蜂的中心冠和外侧冠两冠又分为领(collar)、唇(lib)和基环(basal ring)3部分(Fahrbach, 2006)。其中领负责视觉信息,唇负责嗅觉信息。烟芽夜蛾和黑腹果蝇的蕈形体冠也具有中心冠和外侧冠2部分,但两冠邻接的地方融合在一起(Rein et al., 2002; Kvello et al., 2009)。Kenyon神经元的轴突汇聚形成蕈形体柄,轴突在蕈形体柄末端分叉形成蕈形体叶的垂直叶α和水平叶β(Fahrbach, 2006)。西方蜜蜂垂直叶还具有γ叶,黑腹果蝇水平叶中还具有γ叶(Fahrbach, 2006),而鳞翅目昆虫,如烟芽夜蛾和君主班蝶等垂直叶和水平叶都具有γ叶(Rø et al., 2007; Heinze and Reppert, 2012; 陈秋燕等2016)。在鳞翅目昆虫中,蕈形体叶中还具有Y叶和Y束(Rø et al., 2007; Heinze and Reppert, 2012; 陈秋燕等, 2016)。研究表明黑腹果蝇的蕈形体α叶和β叶负责长时程记忆,而γ叶负责短时程记忆(Dubnau and Chiang, 2013)。昆虫学习与神经突触的可塑性有关,突触的可塑性随昆虫年龄和经历会发生变化(Groh et al., 2012; Li et al., 2017)。最近研究发现,负责视觉学习的结构领,其内部的突触联系的密度随学习强度增加而增多(Li et al., 2017)。

昆虫脑是调控昆虫行为和生理活动的神经中枢(Chapman, 1998)。不同的昆虫,生境不同,生存策略可能不同,其对应的感知系统也不尽相同。其中味觉、视觉和嗅觉以及不同感觉之间的整合与联系是昆虫生存和繁衍主要依赖的感觉系统。所以味觉中枢、视觉中枢、嗅觉中枢以及学习和记忆中枢等脑结构,在适应不同的生境和生存策略中也发生适应性变化,以实现行为和生理过程的神经调控功能的协调。研究和认识昆虫脑解剖结构,对理解昆虫结构功能和演化具有重要的意义。我们的研究结果拓展了对昆虫脑结构的认识,并为进一步脑科学的研究和教学提供了便利的模具。

致谢 挪威科技大学(Norwegian University of Science and Technology)的Bente G. Berg教授在免疫染色标记和AMIRA软件使用方面提供帮助,德国马尔堡大学的(Philipps-Universität Marburg)Uwe Homberg教授提供沙漠蝗的脑数字化三维模型文件,日本东京大学(The University of Tokyo)的Kei Ito教授和德国柏林自由大学(Free University of Berlin)的Randolf Menzel教授提供网络共享的脑模型数据,在此一并表示感谢。

参考文献 (References)

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为验证该传感器的准确性,实验激励电流采用自激磁通门原理[11]实现,其激励电路如图4(a)所示。整个电路通过激励绕组的充放电与比较器实现电压翻转,形成自激振荡产生周期性信号,推挽电路起到增大输出电流的作用。

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(3)患者若术后未完全清醒,辅助其取侧卧位,清除患者呼吸道内的分泌物,若有必要,可进行吸痰治疗。主动与患者家属沟通,告知喂养患儿应以高营养值的流质食物为主。并配合开展一些健康教育工作,包括换药时间、伤口观察及护理措施等,注意仔细观察患者切口部位,若渗血量较大,需要及时分析原因,及时更换敷料,遵医嘱取止血药物治疗。待患者麻醉清晰后办理出院手续,手术当天出院。

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Dubnau J, Chiang AS, 2013. Systems memory consolidation in Drosophila. Curr. Opin. Neurobiol., 23(1): 84-91.

机车无动力回送中,由于其空气压缩机无电停止使用,此时必须开放机车无动力装置。无动力装置由:DE无动力塞门、DER压力调整阀、C2充风节流孔、CV单向止回阀等部分组成。

笔者以为要大力倡导以书法为载体的休闲活动,对参与其中的个体来讲,它不仅具有陶冶性情,提高审美水平的作用,而且对于整个社会来讲,更有较大的功能和意义。

Fahrbach SE, 2006. Structure of the mushroom bodies of the insect brain. Annu. Rev. Entomol., 51(1): 209-232.

对于结构安全性,各风机基础方案均应满足结构受力、长期变形、稳定、刚度等要求,保证各基础方案的技术可行性。对于单桩基础,结构较为简单,桩长相对较短,单根钢管桩重量很大,荷载传递明确,基础整体承载能力相对较好,但是基础抵抗变形和极限荷载的能力相对较差,一般需要大直径和较大厚度的钢管桩;对于多桩基础,结构相对复杂,桩长相对较长,抗倾覆弯矩能力强,基础刚度大,抗变形能力强,钢管桩的直径小,对结构受力和抵抗水平位移较有利。

Galizia CG, McIlwrath SL, Menzel R, 1999. A digital three-dimensional atlas of the honeybee antennal lobe based on optical sections acquired by confocal microscopy. Cell Tissue Res., 295(3): 383-394.

利用突触蛋白抗体免疫组织化学染色的方法,成功染色标记了雄性烟芽夜蛾的脑解剖结构,构建了脑及内部结构的三维数字化模型,并利用3D打印技术将三维数字化模型进行打印,制作了实体脑模型。我们首次将3D打印技术引入昆虫脑解剖结构的研究。我们进一步利用3D打印技术制作了黑腹果蝇、西方蜜蜂和沙漠蝗的脑实体模型。黑腹果蝇、西方蜜蜂和沙漠蝗均为科研模式昆虫,并来自不同昆虫类群,具有代表意义。其中蝗虫也是昆虫学教学中常用代表性昆虫。烟芽夜蛾、黑腹果蝇、西方蜜蜂和沙漠蝗3D打印脑模型的制作,为昆虫脑科学研究和教学提供便利工具。这些模具大小适中,可以放在手中,任意旋转,从不同角度观察,方便对昆虫脑不规则结构的形态、位置和空间关系进行观察,也便于比较不同昆虫脑结构异同,加深对脑结构和功能及其演化的认知。此外,3D打印技术也让模型制作从以前的工厂模具车间走进普通实验室。只要配置一台3D打印机,获得标本结构的数字参数,就可以在一个几平方米的实验室内完成3D模型打印,该技术克服了常规制作标本模具的高成本和复杂工序的缺点。在昆虫学研究中,任何昆虫的任何器官,只要拥有数据都可以在3D打印机中打印出来,这成果将对我们的昆虫学教学、科研和科普具有较好的促进作用。

Groh C, Lu Z, Meinertzhagen IA, Rössler W, 2012. Age-related plasticity in the synaptic ultrastructure of neurons in the mushroom body calyx of the adult honeybee Apis mellifera. J. Comp. Neurol., 520(15): 3509-3527.

今天,改革开放站在了四十而不惑的历史节点上,回望来路,一代又一代的自然资源人怀着“摸着石头过河”的胆识,成就了一场场伟大的改革。国有土地有偿使用、土地用途管制、土地整治、不动产最多跑一次……从贫瘠到富裕,从禁锢到自由,从崩溃到奇迹重生,40年,一个个瞬间书写完成的这部改革开放史,让我们有太多的理由为之击节赞叹。

Heinze S, Reppert SM, 2012. Anatomical basis of sun compass navigation I: the general layout of the monarch butterfly brain. J. Comp. Neurol., 520(8): 1599-1628.

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我还分门别类地告诉他各类作文的写法,借用阅读时掌握的一些技巧带入到作文里,写自己最熟悉的人与事,用上最真实的情感,这样写出来的作文一定会很生动、感人。考试作文他写了一个他在重庆老家的同桌,写他们一起上学,一起在路上避雨,一起学习的故事,还写到那个同学生病了,他转学离开前有去看他……文字朴实,可能是因为情真的缘故吧,老师在班上朗读这篇作文时,我们竟都听哭了。

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2.打好“文化牌”,提升软实力。抓文化就是抓发展,抓文化软实力就是在更高层次上提升发展的软实力和硬动力。我们要坚持全方位、多角度精心打造“以团队文化、亲情文化和安康文化为核心”的企业文化品牌,用和谐文化来教育、感染、凝聚员工,实现队伍的和谐稳定。在团队文化建设中,尤其要注重逐步培育和形成具有自身特点的文化体系,为发展油田、振兴油田提供强大的思想基础和精神动力。

Wei H, El Jundi B, Homberg U, Stengl M, 2010. Implementation of pigment-dispersing factor-immunoreactive neurons in a standardized atlas of the brain of the cockroach Leucophaea maderae. J. Comp. Neurol., 518(20): 4113-4133.

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2.1 女性脑卒中患者的一般情况 460例女性脑卒中患者年龄范围为44~80岁,平均为56.60±9.10岁。患者的一般情况详见表1。

Zhao XC, Chen QY, Guo P, Xie GY, Tang QB, Guo XR, Berg BG, 2016. Glomerular identification in the antennal lobe of the male moth Helicoverpa armigera. J. Comp. Neurol., 524(15): 2993-3013.

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陈秋燕,常亚军,郭倩倩,苏冉冉,王博,贺静,谢桂英,赵新成
《昆虫学报》 2018年第04期
《昆虫学报》2018年第04期文献

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