伽玛辐射对大脑学习和记忆的影响及其机理研究

摘要

随着辐射源和核能的广泛应用，现代核技术几乎已渗透到社会经济的每个方面，在物理、化学、生物等基础学科和农业、医学、航天等领域中发挥了巨大作用，解决了许多其他手段不能解决的问题，核技术已对人类社会产生了很高的经济效益和社会效益。但是，随着辐射源和核能的广泛利用在给人类带来莫大利益的同时，也使人类接触核射线的机会明显增加，特别是长期低剂量照射。因此，人类应该在最大限度利用核射线的同时，深入研究核辐射的生物效应，核辐射与机体相互作用的物理、化学和生物机理。
　　本论文主要针对低剂量伽玛辐射对大鼠学习和记忆的影响进行实验和理论研究。实验研究主要包括两项基本内容：（1）低剂量伽玛照射对大鼠学习和记忆能力的损伤研究；（2）低剂量伽玛照射改善动物因应激所致的记忆能力下降研究。理论研究主要依据量子信息和量子计算的基本理论研究伽玛照射对大脑学习和记忆能力的损伤的物理机理。
　　实验研究采用137Cs作为照射源，照射剂量控制的原则是不损伤组织器官及不影响动物的新陈代谢功能，照射方式为体外照射。学习和记忆观测使用国内外广泛使用的新颖物体识别模型，用识别系数描述动物的记忆能力。实验动物采用体重为180－220g的SD雄性大鼠，并分为实验组和对照组，每组8－12只。实验结果：平均吸收剂量为8.14?Gy的全身照射，实验组的平均识别系数为（-0.0408），对照组的平均识别系数为0.3945，相差0.4353；平均吸收剂量为8.12?Gy的全身照射，实验组的平均识别系数为（-0.1031），对照组的平均识别系数为0.3605，相差0.4636，受照大鼠的学习和记忆能力明显低于未经照射的大鼠，结果表明低剂量γ射线可以损伤大鼠的学习和记忆能力；平均吸收剂量为4.90?Gy海马结构定位照射（有受激），两次实验中，实验组的平均识别系数为0.4416，对照组的平均识别系数为0.1849，相差0.2567，受照大鼠的记忆能力明显高于未经照射的大鼠，这说明该剂量的γ辐照能够改善因应激所致的记忆能力下降。
　　为了从理论上解释γ照射对大鼠学习和记忆能力的损伤作用，本文利用量子信息和量子计算理论建立了γ辐射场与脑神经细胞微管相互作用的动力学方程，利用微管中量子态的相干特性，定性说明了这种损伤的物理机理，并与非电离辐射的理论计算结果进行比较分析，进一步证明了这种学习和记忆能力的损伤机制是一种人们从未注意到的新的电离辐射与生物体相互作用机制。
　　本文的研究成果不仅能使人们更全面地了解电离辐射的生物学效应、辐射场与脑神经系统相互作用的物理机理，而且能为人们更为有效地利用辐射治疗脑神经系统疾病提供理论和实践指导。

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第一章 引言

1.1 电磁辐射的生物学效应

1.2 低剂量电离辐射刺激效应

1.3 大脑中的量子信息过程

1.4 研究意义及研究现状

1.5 研究内容、研究目标及拟解决的关键科学问题

第二章 伽玛辐射与物质相互作用的物理机制

2.1光电效应

2.2康普顿效应

2.3电子对生成效应[49]

2.4低剂量伽玛辐射的生物学效应

第三章 量子信息理论

3.1量子信息学的量子力学基础

3.2态的相干与退相干

3.3量子纠缠态

第四章 伽玛辐射对大脑学习和记忆的影响

4.1伽玛辐射对大鼠学习和记忆的损伤

4.2伽玛射线对大鼠因应激所致学习和记忆能力下降的改善作用

第五章 用量子信息和量子计算理论研究伽玛辐射与脑神经系统的相互作用

5.1神经细胞微管中的量子化

5.2二能级原子模型

5.3自旋电子模型

第六章 电离辐射与非电离辐射影响大脑记忆能力的比较研究

6.1密度算符方法

6.2概率幅方法[97]

6.3比较分析

第六章 总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

成 果 目 录

致谢