2025年大学《生物科学》专业题库- 神经科学研究进展与应用

2025年大学《生物科学》专业题库——神经科学研究进展与应用考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每题2分，共20分。请将正确选项的首字母填入括号内。）1.近年来，光遗传学技术在神经科学研究中的应用日益广泛，其核心优势在于能够（）。A.实时记录神经元的电活动B.在活体动物中精确控制特定神经元的活动C.直接测量神经递质的释放量D.大规模绘制大脑连接图谱2.下列关于阿尔茨海默病（AD）研究中，不属于近期研究热点的是（）。A.靶向清除β-淀粉样蛋白的药物研发B.利用CRISPR技术修复与AD相关的基因突变C.通过非侵入性脑刺激技术改善认知功能D.探索肠道菌群与AD发病机制的关系（此项研究虽在进行，但相对不是最核心的前沿突破）3.单细胞测序技术（如scRNA-seq）在神经科学研究中最重要的贡献之一是（）。A.精确测量大脑整体血流变化B.揭示大脑不同区域神经元的异质性C.实时追踪单个神经元在行为中的活动D.直接绘制神经环路中的突触连接4.某研究团队开发出一种能够特异性表达于海马体胆碱能中间神经元的光敏基因，并用蓝光激活这些神经元，结果发现实验动物的空间记忆能力显著提高。这项研究最可能揭示了（）。A.蓝光本身对空间记忆有直接增强作用B.海马体胆碱能中间神经元在空间记忆形成中的重要作用C.光遗传学技术可以替代所有药物疗法D.胆碱能中间神经元通过调控其他脑区实现记忆功能5.“连接组学”（Connectomics）研究的核心目标是（）。A.解析神经元的基因表达谱B.确定大脑中所有神经元的形态和连接关系C.测量大脑不同区域之间的功能同步性D.识别与特定行为相关的神经递质系统6.与传统电生理记录相比，功能性近红外光谱（fNIRS）技术在研究神经活动的主要优势在于（）。A.能够提供高时间分辨率的神经元放电信息B.对被试者的头部运动不敏感C.可以无创地测量大脑皮层表面的血氧水平变化，间接反映神经活动D.能够精确定位神经元的记录位置7.在探讨抑郁症的神经环路机制时，研究表明前额叶皮层-海马环路的功能失调可能起着关键作用。这种研究思路体现了（）。A.整体观：关注大脑不同区域间的相互作用B.还原论：将复杂行为简化为单个神经元活动C.行为主义：只关注可观察的行为表现D.认知神经科学：忽略大脑的生理基础8.基因编辑技术（如CRISPR-Cas9）在神经科学研究中的应用潜力包括（）。A.创造特定基因型动物模型以研究遗传疾病B.在活体中精确敲除或敲入特定基因C.直接修复人类患者大脑中的致病基因D.无限制地增加大脑神经元数量9.脑机接口（BCI）技术的应用前景广阔，但目前面临的主要挑战之一是（）。A.如何长期、安全地将电极植入大脑B.如何提高解码大脑意图信号的信噪比和精度C.如何实现大脑对假肢或机器人的精细控制D.缺乏足够数量的志愿者进行伦理实验10.神经科学研究中，利用基因敲除（Knockout,KO）或条件性基因敲除（ConditionalKO）小鼠模型的主要目的是（）。A.延长小鼠的寿命B.研究特定基因功能缺失或调控对神经系统发育、功能及行为的影响C.使小鼠具有特殊的毛色以便观察D.提高小鼠的学习能力二、名词解释（每题3分，共15分。请用简洁的语言解释下列名词的含义。）1.神经可塑性（Neuroplasticity）2.光遗传学（Optogenetics）3.单细胞转录组学（Single-cellTranscriptomics）4.神经环路（NeuralCircuit）5.连接组（Connectome）三、简答题（每题5分，共20分。请简要回答下列问题。）1.简述正电子发射断层扫描（PET）技术在大脑功能研究中的基本原理及其主要应用。2.简要比较基因编辑技术CRISPR-Cas9与传统基因敲除技术的优势。3.简述神经递质乙酰胆碱（ACh）在大脑中至少两种不同功能中的作用。4.简要说明“计算神经科学”在理解大脑信息处理过程中的作用。四、论述题（每题10分，共30分。请结合所学知识和相关研究进展，深入论述下列问题。）1.论述近年来脑机接口（BCI）技术在辅助神经功能恢复方面的研究进展、主要挑战以及潜在的伦理问题。2.以阿尔茨海默病（AD）为例，论述基础神经科学研究如何推动新的诊断方法和治疗策略的开发。3.结合神经环路研究的前沿技术，论述理解特定神经环路功能对于认识复杂认知行为（如学习记忆）的重要性，并举例说明。试卷答案一、选择题1.B2.D3.B4.B5.B6.C7.A8.A9.B10.B二、名词解释1.神经可塑性：指神经系统和神经回路在结构和功能上随着经验、学习、发育或损伤而发生改变的能力。2.光遗传学：一种结合基因工程和光生物学技术，通过将光敏蛋白基因导入特定神经元，利用特定波长的光来精确控制这些神经元活动的研究方法。3.单细胞转录组学：一种能够测量单个细胞中所有（或大部分）RNA分子（即转录本）的技术，用于揭示细胞间的异质性和细胞状态的细节。4.神经环路：由多个神经元通过突触相互连接形成的，能够执行特定信息处理或调控特定功能的结构单元。5.连接组：描述大脑中所有神经元及其之间连接关系（包括结构和功能连接）的完整图谱。三、简答题1.PET技术原理：利用正电子发射同位素（如18F-FDG）作为示踪剂注入体内，示踪剂在衰变过程中发射正电子，与体内电子结合形成γ射线，由体外探测器接收并重建图像，从而反映特定区域放射性示踪剂的分布和变化。主要应用：通过测量大脑不同区域放射性示踪剂（如反映代谢活动的FDG）的浓度变化，间接评估脑区活动水平，用于研究大脑功能、诊断神经和精神疾病（如阿尔茨海默病、癫痫）等。2.CRISPR-Cas9优势：①精确性高：可以通过设计特定的引导RNA（gRNA）实现对目标DNA序列的精确识别和切割。②效率高：通常比传统基因敲除方法（如同源重组）更快速、更容易实现基因编辑。③操作简便：技术体系相对成熟，易于学习和应用。④可行性广：不仅能敲除基因，还能进行基因插入、替换等多种编辑操作。3.乙酰胆碱（ACh）作用：①学习记忆：作为神经系统中重要的兴奋性递质，ACh广泛分布于海马体、杏仁核等与学习和记忆相关的脑区，参与突触可塑性的调节，对记忆形成和巩固至关重要。②注意力与警觉：ACh能增强神经元的兴奋性，提高大脑皮层的觉醒水平和注意能力。③运动控制：在基底神经节中，ACh参与调节运动协调。④自主神经功能：支配副交感神经节前纤维，参与调节心率、消化等生理过程。4.计算神经科学作用：通过建立数学模型和计算机模拟，计算神经科学旨在定量描述和理解大脑神经元、神经环路以及整个大脑系统的信息处理机制、功能原理和行为模式。它有助于整合多尺度数据（从分子到行为），提出新的理论假设，预测实验结果，解释神经现象，并为开发脑机接口、理解神经精神疾病机制等提供理论框架和计算工具。四、论述题1.BCI在辅助神经功能恢复方面的研究进展、挑战与伦理问题：进展：近年来，基于肌电信号、脑电图（EEG）或脑磁图（MEG）的BCI技术取得显著进展，已在帮助高位截瘫患者控制假肢、轮椅，恢复部分肢体功能，甚至辅助沟通等方面展现出潜力。EEG-basedBCI通过识别特定思维模式（如想象运动）来控制外部设备，技术门槛相对较低。挑战：①信号质量与解码精度：EEG信号易受噪声干扰，解码精度和稳定性仍有待提高。②长期稳定性与安全性：长期植入式BCI的电极稳定性、生物相容性及长期安全性是重大挑战。③个体差异与训练负担：不同用户的脑信号特征差异大，需要较长时间的训练才能有效使用。④认知负荷与用户适应性：持续使用BCI可能增加用户认知负荷。伦理问题：①知情同意与能力评估：对于严重残疾或认知障碍的用户，如何确保其做出有效的知情同意。②数据隐私与安全：BCI可能收集大量敏感的神经生理数据，存在隐私泄露和数据滥用的风险。③技术公平性与可及性：BCI技术可能成本高昂，导致其在不同人群间存在可及性差距。④“思维阅读”的伦理边界：未来更高级的BCI可能读取用户意图甚至思想，引发关于个人隐私、自主权和社会影响的深刻伦理担忧。2.基础神经研究推动AD诊断与治疗：基础神经研究通过探索AD的病因、病理机制和神经环路变化，为开发新的诊断工具和治疗方法奠定了基础。例如，早期研究发现β-淀粉样蛋白（Aβ）沉积和Tau蛋白过度磷酸化是AD核心病理特征，这直接推动了针对Aβ的单克隆抗体药物（如仑卡奈单抗）的开发和临床应用。对AD相关基因（如APOE4）的研究，帮助识别了遗传风险因素，可用于风险评估和早期筛查。通过研究AD模型（如基因敲除小鼠、细胞模型），科学家深入理解了Aβ和Tau病理的级联反应、神经炎症、神经元功能障碍等机制，为开发靶向这些机制的药物（如抗炎药、神经营养因子）提供了理论依据。此外，基础研究揭示的AD相关神经环路（如海马体环路）的损害机制，也为开发基于神经调控（如经颅磁刺激TMS、深部脑刺激DBS）的辅助诊断或治疗策略提供了方向。近年来，脑影像技术（如PET成像检测Aβ斑块）的发展，也离不开基础研究对Aβ生物学特性的揭示。因此，基础研究是推动AD诊断进步（如早期检测、生物标志物发现）和治疗突破（如新药研发、新疗法的探索）的源头活水。3.神经环路研究对理解学习记忆的重要性及实例：理解特定神经环路功能对于认识复杂认知行为至关重要，因为认知行为（如学习记忆）不是由单一神经元完成的，而是由特定神经环路通过复杂的相互作用和信息传递实现的。神经环路研究可以帮助我们确定哪些脑区参与特定记忆的编码、存储和提取，理解信息如何在环路中流动，以及环路如何通过可塑性（如突触强度的改变）来编码经验和记忆。例如，海马体-杏仁核-内嗅皮层-新皮层这个环路在形成和巩固情境记忆中起关键作用。海马体负责整合来自不同感官的信息并形成初步记忆表征，通过与杏仁核（处理情绪）和内嗅皮层（连接记忆与空间环境）的交互，以及最终与新