1. 学习以下材料,回答相关问题。

从冰桶挑战到脑机接口

冰桶挑战曾被用来唤醒公众对渐冻症(ALS)的关注。ALS是一种神经退行性疾病,典型症状包括肌肉萎缩、吞咽困难、言语不清等,最终会发展成无法控制呼吸所需的肌肉,导致呼吸衰竭,但患者通常不会经历感觉障碍或尿便障碍。

ALS确切病因不明确,目前尚无法治愈。2012年一位患者出现脑干先开始恶化的特殊情况,在她还能行走、打字的时候,就已无法使用嘴唇、舌头、喉部和下颚的肌肉运动来发声。她的大脑功能正常,但肌肉已无法执行相应命令,从而失去了说话的能力。

2022年她参加了脑机接口临床试验,研究团队在她的大脑皮层表面植入了四个微电极阵列(每阵列64个电极),植入的阵列连接到金线电缆连接到电脑上,并训练人工智能(AI)来解码她试图进行的发声。实验结果显示,该技术能将此ALS患者大脑中的神经活动实时转化为文字,转化速度可达每分钟62个单词,总词汇量高达125000,比已有的脑机接口速度更快更准确。同期另有实验成功地将脑干中风患者的大脑信号同时转化为多种输出形式:文字、语音等。这些研究展示了帮助恢复ALS、脑干中风等患者语言沟通能力的可行路径。

脑机接口的输出形式从最初仅能在4种指令中进行选择,到世界杯开幕式时下肢瘫痪患者能使用假肢成功开球,再到现今能将患者所想即时在电脑上“说出写出”,脑机接口技术迅猛发展,其研究和应用前景仍在不断拓展。

(1) 根据ALS的症状,推测ALS的(传入/传出)神经元受损。
(2) 文中患者无法说话是因为肌肉无法执行来自(W/V/S/H)区的命令,由此可知,说话需要的多个神经中枢相互联系、相互协调、共同调控。
(3) 文中ALS患者植入大脑皮层的微电极的作用是:,该项技术实验时的风险在于
(4) 利用脑机接口技术帮助下肢瘫痪患者开球时,大脑的开球指令能传达到假肢,需要借助多种设备。这些设备相当于反射弧中的。在答题卡长箭头上画出这些设备依次相连的示意图。   
(5) 请设想脑机接口技术未来可能的应用方向或挑战。
【考点】
反射弧各部分组成及功能; 神经冲动的产生和传导; 脑的高级功能;
【答案】

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1. 研究发现,当用水流喷射海兔的虹吸管时会引起鳃收缩,称为缩鳃反射。相关结构及发生机制如图1,请回答:

(1) 图1中该反射弧有个神经元。当兴奋传至①处时,引起神经元细胞膜内的电位变化为。在②处,突触前膜会释放谷氨酸作用于突触后膜上的受体,从而引起缩鳃反射。在该反射中,谷氨酸是一种(填“兴奋性”或“抑制性”)神经递质。
(2) 进一步研究发现,如果向海兔的尾部施加一个强电击,再轻触它的虹吸管,将诱发一个更强烈的缩鳃反射,且在刺激后几分钟之内,只要轻触它的虹吸管,都会引发更强的缩鳃反射,即产生了“短时记忆”;如果向海兔的尾部多次重复施加强电击,弓引发强缩鳃反射的反应可以持续一周,即产生了“长时记忆”。如图2为两种记忆的形成机制,请分析回答:

两种记忆的形成都是由于电击海兔尾部会激活中间神经元释放5-TH作用于突触前神经元,产生环腺苷酸,继而激活了,从而促进神经递质谷氨酸的大量释放,使缩鳃反射增强。与短时记忆形成不同的是,在重复刺激下,蛋白激酶A促进CREB-1基因的表达,导致,从而形成了长时记忆。

(3) 如果将已形成长时记忆的海兔相关细胞中的RNA提取出来,注入到从未经过相似训练的海兔神经细胞内,接受RNA的海兔是否会产生类似于RNA供体海兔的长时记忆反射?(即长时记忆是否可以移植),请做出判断,并说明理由
(4) 连续给海兔40个刺激会诱发习惯化,但只能持续一天。如果每天10个刺激,连续4天,习惯化效应就能持续一周。训练中间穿插一些休息能促进长时记忆的建立。人类的记忆形成与上述机理相似,若要产生长时记忆,可以采取的做法是
(5) 请根据本题信息,提出一个新的研究性课题
综合题 普通