遺傳學的研究方向精選(九篇)

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第1篇：遺傳學的研究方向范文

遺傳學因為是基礎學科，所以有一部分內容是屬于其他學科交叉內容，那么在這些內容的教學方面可以將其進行精選，挑重點講述，而對于遺傳學中較難理解的教學內容，則選擇優(yōu)化教學方法，在授課的表述方面進行改進。也要注意補充一些遺傳學最新發(fā)展的內容，讓同學們了解遺傳學的發(fā)展動向，激發(fā)學生的學習興趣。同學們將會對自己所學習的方向有一定的認識，為今后選擇個人研究方向奠定基礎。

2多種授課方式相結合。

2.1多媒體教學與傳統(tǒng)板書教學相結合。目前很多課程都傾向于多媒體教學，多媒體教學有著形式靈活多變，直觀形象的有點，但是展示信息時常常速度過快讓學生很難抓住重點，復習也很困難。而傳統(tǒng)的板書教學雖然展示的信息量小，但卻具有條理性，學生容易抓住要點。所以我們必須將傳統(tǒng)的板書教學與多媒體教學結合起來，讓這兩種方法互相彌補。

2.2適當的采用PBL教學方法。對于教師來說，在基礎學科上使用PBL教學方法是有著一定的難度的。特別是具有大量推理計算工作的遺傳學教學。但是對于某些章節(jié)來說還是可以嘗試采用PBL教學方法。比如在講解生物進化章節(jié)的時候，完全可以先給學生一個有關進化的例子，再讓學生回顧前幾章所學的知識來提出自己的想法。這樣可以提高學生對于遺傳學學習的興趣，有能夠培養(yǎng)他們用遺傳學的思想來思考問題，進一步檢驗了學生的學習情況。

3加強實驗教學的改革。

3.1增加綜合性試驗比例。目前高校所開展的學生實驗基本上都是驗證性實驗，都是老師先做好了，再講給學生聽，學生根據老師所講的再做，其結果是每個人的結論都相同。這些驗證性的實驗項目過多，實驗結果在未做之前就已經知道，學生做與不做都已經知道了實驗的結果，實驗過程不能調動學生的積極性、創(chuàng)造性，不利于學生的思考和發(fā)現。因此，我們在保留經典的驗證性實驗的基礎上，增開了設計性、綜合性實驗。由老師指定一個實驗課題，由學生自己去設計實驗方案，充分調動學生們自己的主觀能動性，同時教師在某些環(huán)節(jié)上進行指導，這樣可以提高學生興趣，培養(yǎng)學生獨立分析問題與解決問題的能力。

3.2與其他學科一起開設實驗教學。遺傳學實驗除了經典遺傳學實驗項目和細胞學實驗項目外還設計到分子生物學實驗。由于分子生物學也是生物技術專業(yè)的必修科目，所以在設計實驗方面可以綜合設計。這樣避免了開課的重復性，又能夠讓學生掌握技術，提高學生對科學研究的興趣。

4改變考核方式，采用多種指標評價學生。

目前，在長沙醫(yī)學院采取的多為上機考試，考試內容死板無法很好的反映出學生的水平。所以為了更客觀地反映學生的學習情況，除了上機考試外，還應參考學生的實驗課情況、PBL教學過程中討論的成績。最好能讓學生提出一些感興趣的遺傳學相關小課題，讓同學們自己去查資料，以PPT的形式進行講述，然后由老師打分，這樣可以從多個方面來評價學生學習遺傳學的能力，并且還能夠提早培育他們閱讀科研論文的興趣與能力。

第2篇：遺傳學的研究方向范文

關鍵詞：農林院校；教學改革；遺傳學；雙語教學

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）32-0060-02

雙語的英文是“Bilingual”，即以兩種語言并重地進行日常交流。我國的雙語教學是指教師在課堂上運用漢語和英語兩種語言進行非語言類學科專業(yè)課程（例如遺傳學、生物化學等）的教學工作，通過專業(yè)課程學習來達到掌握第二語言的目的，最終達到師生均能運用漢語和英語進行學科的學習、思考和研究。成功有效的雙語教學不僅僅是教師用英語上課，更重要的是師生之間在課堂上使用英語進行交流和互動。如果英語不是課堂交流用的語言，即使教師完全采用英語進行教學也不能被稱為雙語教學，只能是外語教學或英語教學。只有在創(chuàng)設了一定的語言環(huán)境條件，使英語經過一定的積累逐漸成為課堂交流用的語言之一，才使英語教學從外語教學（Foreign Language）轉變?yōu)殡p語教學（Bilignual）。教育部[200114]號文件提出，本科教學要創(chuàng)造條件使用英語等外語進行公共課和專業(yè)課教學。教育部和財政部于2007年頒發(fā)的《關于實施高等學校本科教學質量與教學改革工程的意見》進一步明確要推動雙語教學改革，探索有效的雙語教學模式，切實提高大學生的專業(yè)英語水平以及在科學研究中直接使用英語的能力[1]。各學校及具體開設課程的特點制定不同的教學計劃，采用合適的教學模式達到較好的教學效果是各校在開展雙語教學過程中需要考慮的首要問題。

一、實施遺傳學雙語教學存在的問題及困難

《遺傳學》是生命科學的核心學科，是農業(yè)院校生物類及農學類專業(yè)的專業(yè)基礎課程。采用英漢雙語對遺傳學進行教學對跟蹤國際遺傳學發(fā)展前沿、遺傳學教學內容與水平同國際接軌等方面具有重要意義。該課程一般在大學三年級開設，此時大部分同學經過兩年的外語學習，基本上已達到大學英語四級的水平，具備一定的聽、說、讀、寫能力，為雙語教學的實施奠定了一定的基礎。但在農業(yè)院校實施遺傳學雙語教學仍面臨著很多的困難和限制因素。

1.受遺傳學學科本身特點的限制。遺傳學是整個生命科學中相對難的課程之一，僅依靠描述與記憶無法完全掌握，大部分內容重在理解，而且需要通過典型的習題練習才能夠對所學知識點真正地理解和掌握。單純中文的講授學生接受起來就有難度，進行雙語教學無疑會加大遺傳學的學習難度。雙語教學如果實施不當的話還會干擾學生對知識點的理解和掌握，影響對本課程的學習效果。

2.受授課教師本身英語水平的限制。授課教師本身也很少受到雙語教學的專項學習及訓練，只是學習和工作期間閱讀了較多的專業(yè)英文文獻。要真正地在課堂上進行專業(yè)雙語教學，就需要用英文進行講解，這就要求專業(yè)老師要有很好的聽和說的能力，增加了授課難度。

3.受學生英語水平和專業(yè)知識接受能力的限制。授課對象是大三上學期的學生，大多數是英語四級的水平，雖掌握一定的聽、說、讀、寫能力，但專業(yè)知識積累相對較少，對專業(yè)英文文獻基本上很少有接觸。所以，想讓學生用英語來理解遺傳學知識，存在很大難度，給學生制造了一定的學習壓力。

二、有效實施遺傳學雙語教學的策略

針對以上存在的困難和問題，要使《遺傳學》雙語教學能真正起到良好的教學效果，需要針對各學校的實際情況，從多方面著手做好多個方面的準備工作。

1.各學校根據自身的實際情況實施雙語教師的培訓計劃。合適的雙語教學老師是實施雙語教學的最基本及最重要的條件。實施雙語教學的老師首先要有豐富的教學經驗，能熟悉地用漢語講好本課程。其次，要有較強的英文聽說能力。比較理想的情形是由具有一定教學經驗的海外歸國人員擔任雙語教學，或者從教學水平較高的教師中篩選英語水平較好的進行培訓。目前國家、各省及各校均設置有各種不同類型的國際訪問及教師成長計劃，各學校最好能就各門學科的實際情況設置不同的訪問要求及計劃，具體要求教師結合教學和個人研究的方向進行雙向的學習，最好能有計劃地在所訪問的大學跟班上課，真正提高教師英語學習及英語教學的水平。學校也可以聘請外籍專業(yè)教師或者有經驗的優(yōu)秀雙語教師來校授課，這樣該學科所有教師都可以親臨課堂觀摩學習，直接減少了各位教師單獨外出培訓所需的經費支出，既節(jié)省了資源又增加了效率。

2.合適的教學對象的選擇與教學班的組織。由于同一班級的同學英語水平存在較大差異，雙語教學并不適合“一刀切”的整班上課，應以學生為主體自由選課，選擇部分英語水平較好、專業(yè)知識較扎實、對遺傳學雙語教學具有濃厚興趣和積極性的學生單獨編班進行授課。首次開設雙語課時也不適合整個課程全部章節(jié)都實施雙語教學，可根據教學內容的差異在較易理解的章節(jié)實施雙語教學，在部分理解困難的章節(jié)則可以根據學生的實際情況適當較少英語教學的比例，應始終以讓學生充分理解掌握專業(yè)知識為首要目的?？傊?，實施雙語教學需要因地制宜、循序漸近，不能僅僅追求形式上的雙語教學而忽視了對教學內容的理解及掌握，這樣反而會使教學的整體效果下降。

3.合適的教材、教案及教學課件。實施雙語教學，需要有合適的英文教材：一是內容要合適，符合課程教學基本要求，具有先進性以保證教學質量；二是要求語言規(guī)范、簡明易懂，便于教學。外文原版教材一般價格昂貴，內容比較多，學生理解起來有一定困難，同時也增加了學生的經濟負擔。相比而言，國內雙語教材應該更適合于學生閱讀和學習。但雙語教師除了要全面掌握學生所選用教材的全部內容外，還需要通讀原版英文教材，并用英文寫出教案以及合適的教學課件，這都需要教師付出艱苦的勞動和努力。教師應充分利用多媒體和互聯網資源（通常國外原版教材配有相應的教學軟件和網上教學資源），幫助學生理解教學內容或者拓展和深化課堂教學內容。課后學生可使用E-mail與老師交流，有條件的地區(qū)還可利用互聯網教學平臺進行作業(yè)和試卷的批改及答疑工作。

4.另外教師還要注意調動學生主動學習的積極性，培養(yǎng)學生使用英語進行聽、說、讀、寫的能力。讓學生聽老師用英文講，聽經典的英文視頻錄像；讓學生大膽說，注重學術交流，多開展班級學術討論會；讓學生讀經典遺傳學讀物及英文教材；鼓勵學生用英文寫作業(yè)和考試。其中，收集與遺傳學研究有關的英文研究論文和綜述文獻讓學生閱讀對提高雙語教學的效果至關重要。在實施雙語教學的初級階段，教師可以選取相對容易的經典遺傳學內容，先用中文講再將相關英文資料推薦給學生閱讀，然后就閱讀內容與學生用英文展開討論，鼓勵學生大膽用英文表達。由于教學學時的限制，不可能在每一節(jié)課都能做到如此細致地學習，可以根據學生的實際情況在一個學期內選擇學生感興趣的三到五個專題開展討論，進行強化訓練。教師還可有意識地布置翻譯全文并查閱《Nature》、《Science》、《Heredity》、《Genetics》等刊登遺傳學研究相關論文的世界知名學術期刊翻譯摘要作為課外作業(yè)的一部分，然后進行閱讀后的交流與討論，這種雙向的學習與交流對于短期內提高學生的聽、說、讀的能力至關重要。讓學生根據討論結果進行學習內容的總結以及直接用英語來完成作業(yè)和考試，則是提高學生的寫作能力的有效方法。

雙語教學可以說是一項新生事物。目前，很多農業(yè)院校的雙語教學還處于起步和探索階段，遺傳學的雙語教學僅在為數不多的高校和少數專業(yè)開出。作為一種新的教學形式，能否保證其健康發(fā)展受多方面因素的影響和制約，在實踐中還有很多問題需要研究解決。雙語教學對教師和學生的要求都比較高，尤其雙語教師需要付出艱苦的勞動和努力。因此，學校要適當減輕雙語教師其他方面的工作量，并在工作量補貼、職稱評定等方面給予鼓勵及激勵政策，對于選修雙語課的同學，也應當適當增加學分數。雙語教學的好處是教師和學生同時受益，教師得到了鍛煉，學生得到了提升。教師的業(yè)務水平可以得到大幅度地提升，學生畢業(yè)后在工作崗位上及后續(xù)研究生學習階段中可以相對容易地進行英文文獻的閱讀與學習交流，出國深造者也能很快適應海外大學的教學活動。所以，在農林院校實施遺傳學及其他專業(yè)課程的雙語教學是在新的教學形勢下提出的新的要求。各學校一定要根據自身的實際情況采取適合于自己的模式盡早地展開，使得英語教學活動深入到課堂，早日實現真正意義上的雙語教學，使英語成為課堂學習及日常工作中真正交流的第二語言。

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第3篇：遺傳學的研究方向范文

關鍵詞：遺傳學教學；高等教育；教學質量

中圖分類號：G642文獻標志碼：A文章編號：2096-000X（2018）03-0071-03

遺傳學是研究自然界生物的遺傳和變異規(guī)律的一門科學，是生命科學最重要和基礎的分支之一，也是生物類專業(yè)的必修課程之一。隨著分子生物學研究技術的不斷提高，現代遺傳學發(fā)展迅速，研究內容迅速積累，研究范圍不斷擴大。

近年來高校教學改革不斷推進，本科教學中各學科課時量不斷縮減，例如菏澤學院生物科學專業(yè)遺傳學課時量由最初的102學時，減少到86學時，有些專業(yè)甚至減少幅度更大，因此，學生普遍感覺遺傳學課程的教學內容繁雜、學時緊、難度大，是一門較難學習和掌握的課程。近年來，遺傳學及其相關課程的教改研究屢有報道[1，2]，我們深受啟發(fā)?；凇哆z傳學》教學過程實際情況，采取了若干教學內容、方法的改進，有助于提高學生學習的主動性，有效提高《遺傳學》的教學質量。

一、做好高?！哆z傳學》與高中《生物學》銜接與過渡

《遺傳學》是許多高校生命科學有關專業(yè)的必修課之一，為了體現學科的完整性，高校的《遺傳學》的教材中都會將高中《生物學》中涉及遺傳學的內容包含進去。例如：“細胞有絲分裂”“孟德爾定律”等內容在高中《生物學》中已作詳細講解和教學。但是，現在高中教學應試教育色彩濃厚，為了能夠在各種考試或競賽中取得好成績，往往會在知識傳授過程中超前講授，但由于課時、實驗條件、教師專業(yè)背景、學生知識結構的限制，很多知識點很難講解透徹，學生往往也是一知半解、囫圇吞棗。因此，在高?！哆z傳學》教學設計、教學過程中，就要單獨設計這些內容，通過知識擴展，既保證《遺傳學》學科的完整性，又讓學生能在高中《生物學》知識基礎上提升，避免產生《遺傳學》是高中《生物學》簡單重復的錯誤概念，降低對《遺傳學》學習的重視程度與熱情。同時，在高?！哆z傳學》教學過程中，還要做好與其他相關課程，如，《生物化學》《細胞生物學》《分子生物學》《基因工程》等課程交叉內容的銜接與教學重點的明晰。

二、教學中采用“提問式”教學方式

提問式教學法，就是教師根據教學大綱，結合實際，在教學過程中提出問題，由學生獨立思考解決問題，通過教師與學生的良性互動，達到對知識點的鞏固與拓展的目的[3]。經典遺傳學部分在地方普通高?！哆z傳學》的教學內容中一般比重較大，這部分內容知識相對陳舊。因此，需要教師在教學過程中，有效運用多種教學手段增加師生間的互動，提高同學的參與度，調動學生的學習興趣，達到提高教學質量和教學效果的目的。因此，提問式教學法在地方普通高?！哆z傳學》教學過程中顯得尤為重要。在設置問題時，既要以教學大綱為基礎，又要結合同學們感興趣的實際境況。例如，講授到“反應規(guī)范”時，提出了日常生活中有哪些生物、哪些性狀的反應規(guī)范寬窄不同的問題。引導學生將日常生活中的生物現象與遺傳學聯系起來，加深遺傳物質基礎與內、外環(huán)境互作，共同決定生物性狀的理解。教學過程中，通過合理的問題設置，引導同學開放思想、獨立思考、相互討論。通過有目的的設計問題，提出問題，有助于增強教師對課堂知識教學的引導能力，提高課堂活躍度和趣味性，促進教學計劃的高效完成。

另外，教學過程中，我們采用現代多媒體技術教學，將教學過程中，抽象的、微觀的現象，變得更加直觀、形象，有利于學生的理解。例如，普通遺傳學的理論教學過程很多內容都涉及到染色體的分裂、交換過程，用普通的方式很難觀察到，教師上課時可以利用多媒體將分辨率更高的電鏡照片展示給學生，使知識具體化、直觀化，提高授課效率。

三、重視實驗教學，實驗教學與理論教學相結合

遺傳學是一門以實驗為基礎的自然科學。實驗教學不僅是教師幫助學生掌握基本的實驗操作技術的過程，更是提高學生綜合素質和創(chuàng)新思維的重要環(huán)節(jié)[4]。目前我們主要采取以下措施。1.重新修訂教學大綱。增加了實驗課時在整個課程中所占比例，同時將實驗內容劃分為：驗證性、綜合性與研究性三個板塊，減少了驗證性實驗，以綜合性與研究性實驗為主。2.開放實驗室。生物學實驗普遍存在一個問題，即課前、課后實驗補充時間長，課堂操作時間短。如，植物有絲分裂、植物多倍體誘導等實驗，實驗前期需要花較長時間培養(yǎng)、處理實驗材料。由于課堂計劃學時限制，學生都是以處理好的材料直接操作，學生難以全面把握從材料培養(yǎng)到材料處理，染液配制等實驗的全過程，限制了學生的學習主動性。開設綜合性實驗與拓展性實驗的主要目的是培養(yǎng)學生綜合運用進行研究和創(chuàng)新能力。但是這兩類實驗不僅課前準備時間長，而且課后還需要很長時間觀察實驗結果，例如，果蠅的單、雙因子、伴性遺傳雜交實驗、植物有性雜交實驗等。實驗前期需要培養(yǎng)、準備雜交的親本，課堂上僅僅可以完成雜交組合的設置，課后還需要很長時間觀察與記錄雜交結果。因此，我們將實驗室全學年內對上課學生開放，鼓勵學生積極參與到實驗前期材料的培養(yǎng)、預處理，藥品試劑配制等工作中來；實驗后要求學生自己管理實驗材料，做到隨時觀察實驗結果的動態(tài)變化，隨時記錄實驗現象，及時分析實驗現象。3.教師理論課與實驗課一肩挑。這樣有利于在理論教學過程中聯系實驗和實踐，實驗原理與理論課講授有機結合，通過觀察學生實驗操作情況，進一步了解學生對課堂理論的理解掌握情況。4.調整實驗課的考核方式。將原來考核只停留在理論測驗與實驗報告成績評定的方式，改為平時實驗操作為主，結合實驗報告、期末理論與實驗技能綜合考評的考核方式（表1）。通過這些措施改進，很好地激發(fā)了廣大學生實驗課的動手操作的積極性和主動性，增加了學生自覺理論聯系實踐的思考，提升了學生的綜合實驗能力和創(chuàng)新能力。

四、引入網絡資源

由于遺傳學學科發(fā)展迅速，并與生物學各個分支學科交叉，理論與實驗技術不斷更新。與重點高校相比，地方高校普遍存骨干教師，教學經驗豐富、但年齡偏大，對前沿知識了解不夠，不能很好的引導學生對前沿知識進行探索；青年教師雖然學歷較高，知識體系較新，但是由于研究方向過于專一與缺乏教學經驗，難以全面的、系統(tǒng)的將遺傳學知識傳授給學生[5]。而且，地方高校用于師資專業(yè)知識繼續(xù)教育經費的投入嚴重不足，教師缺乏外出接受系統(tǒng)專業(yè)知識繼續(xù)培訓與參加專業(yè)會議的機會，限制了教師團隊的快速成長和知識體系的更新。當下互聯網時代，國內外許多高校、科研院所的教學、科研資源實現了網上共享，如，國家精品課程資源網、各高校自建精品課程、愛課程網站、網易公開課等網站匯聚了大量的優(yōu)質教學資源，還有一些科研達人在主流視頻網站分享了自己的實驗操作視頻。每學期教研室都會根據授課學生的專業(yè)不同，篩選一批優(yōu)質網絡資源推薦給學生。這些優(yōu)質的教學資源可以極大開闊學生的視野與思維，在分享資源的過程中，青年教師也學習了其他高校優(yōu)秀教師的教學方法、理念，加快了自我成長的速度。此外，遺傳學及其相關學科發(fā)展速度非?？欤碌难芯砍晒?、實驗技術、新的科學理論不斷涌現，遺傳學知識體系更新較快，這就要求遺傳學教學要與學科發(fā)展的步伐相協調，因此，我們每學期都向學生推薦相關的科研學術期刊及在線網站，滿足部分學習能力強的學生把握遺傳學及其相關學科前沿動態(tài)的需求。

通過引入優(yōu)質的網絡資源，實現了部分學生由被動學習向主動學習的過渡，提高學生的自主學習的熱情，這部分學生能夠在課余時間主動與同學、老師討論課程學術問題，增強了學生對科學前沿問題的思考。

五、教學過程中注重培養(yǎng)學生的科研素質

深化教育改革，全面推進素質教育是新時期大學教育的重點?？蒲兴刭|作為素質教育的重要方面應主動融入到專業(yè)教學中。遺傳與變異現已成為當今生命科學研究的熱點之一，所以作為一名合格的高校教師在遺傳學的教學過程中，除了將課本的知識傳授給學生外，更要通過合理設計教學環(huán)節(jié)，利用現代化的教學手段，在學習專業(yè)知識的過程中培養(yǎng)學生發(fā)現問題、分析問題和解決問題的能力，提高學生的科研素質。

目前我們主要采取了以下一些措施：

1.追蹤社會與專業(yè)有關的熱點問題。教學過程中，引入學生感興趣的熱點問題，讓學生認識到自己所學的知識不僅限于書本，而是一門貼近社會大眾生活、具有旺盛生命的學科，激發(fā)學生積極主動認識未知世界。例如，講到性別遺傳機制時，引入大家耳熟能詳的“下蛋公雞，公雞中的戰(zhàn)斗機”小品臺詞供大家討論。從而引出不同性別的家禽類動物同時具有兩套性腺，正常情況下，公雞中雄性生殖腺發(fā)育，雌性生殖腺退化。在外界刺激，如受到驚嚇，可能會導致體內性激素分泌紊亂，產生雌性激素，抑制雄性生殖腺，促進雌性生殖腺發(fā)育，產生正常的卵子，這時公雞下蛋也就順其自然了。反之，母雞打鳴的現象也就好理解了。這樣的實例，不僅有助于學生對性別這一相對“特殊”性狀，其實與生物其他性狀一致，都是由內在的遺傳物質與外在環(huán)境共同作用決定的這一遺傳機制的理解；更有助于學生拉近原本感覺“虛”的理論知識與“現實”之間的距離，提高學生自覺的運用所學理論知識回答現實問題的意識。

2.將科技前沿融入課堂。遺傳學不僅發(fā)展迅速，而且與生物化學、分子生物學、細胞生物學等學科不斷交叉、融合，課程信息量巨大，難度不斷增加，嚴重影響了教學效果與學生素質提升。因此，課堂上如何緊跟科學研究的發(fā)展前沿，將發(fā)展前沿的新知識與普通遺傳學傳統(tǒng)知識點的有機結合，將有助于提高學生的創(chuàng)新能力。例如，講到遺傳重組時，我們引入近幾年基因編輯的研究熱點——Crispr/Cas基因編輯技術，通過動畫形式簡明介紹該技術的主要實驗原理及商業(yè)開發(fā)等，同時為學生推薦拓展的學習材料。通過這些前沿科技的講解加深了學生學習基礎知識主動性，拉近了傳統(tǒng)理論知識與現實應用之間的距離。

3.引導學生進行科學研究?，F在國家越來越重視大學生綜合素質的培養(yǎng)，每年各級部門都會撥出大量資金用于支持大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、科研訓練等項目。學生對此類項目非常感興趣，會積極主動地、帶有一定想法與教師交流。借此機會，教師可以鼓勵并幫助學生積極申報各級各類的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、科研訓練等項目，或者在教師的科研課題中尋找自己感興趣的方向。通過指導學生撰寫申報書、項目設計、實驗研究及結題等的各環(huán)節(jié)的工作，提高學生綜合實踐能力，提高學生在實踐過程中發(fā)現問題，利用所學理論知識解決實踐問題的能力。現在學生思維活躍，在與學生充分交流的過程中也會為教師科學研究提供靈感，促進教師科研的繼續(xù)深入，充分體現教學相長的魅力。

總之，我們以提高學生綜合素質為目的，在現有教學條件下，從做好與高中《生物學》知識銜接，課堂上采用適宜的教學方式和教學手段，加強實驗教學，引入先進的網絡資源和教學過程中注重學生的科研素質培養(yǎng)等環(huán)節(jié)著手，充分調動了學生學習的主動性，取得一定的教學效果，在一定程度上促進了學生的創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)。但仍需要認真探索不同專業(yè)的教學內容，教學方法、方式，與此同時，需要加強教師隊伍的專業(yè)素質的繼續(xù)教育，建立一個更加完善的遺傳學教學體系，以適應新時期高等教育發(fā)展的需要。

作者：高昌勇等

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第4篇：遺傳學的研究方向范文

發(fā)表在《科學》雜志上的兩篇研究揭示嚙齒類動物的中含有一定數量的RNA，這些RNA分子能夠影響子代的代謝活動。由于這些RNA是幫助合成蛋白質的關鍵元件（即轉運RNA），因此這一發(fā)現揭示了一類新型的遺傳物質。來自西雅圖西北太平洋糖尿病研究所的遺傳學家約瑟夫?納多認為這一發(fā)現十分的令人震驚，但也不是完全毫無可能。

這一項研究揭示了一類新的RNA分子――轉運RNA。其中一項工作中，遺傳學家奧利弗? 蘭度向雄鼠飼喂低蛋白的飼料，發(fā)現這些雄鼠細胞中參與膽固醇與脂肪代謝的基因表達水平上升。之后，他們分析了這些雄鼠中的成分，發(fā)現其中含有相當數量的轉運RNA，并且證明了這些轉運RNA是在經過附睪過程中積累的。

另外一項研究則是由中科院的一個研究組做出的。他們通過向雄鼠飼喂高脂或低脂的食物，之后將這些雄鼠的注入未受精的卵子中。之后，他們開始追蹤后代的代謝活動的規(guī)律（這些后代小鼠均飼喂正常食物）。結果顯示，飼喂高脂食物的雄鼠的后代雖然體型較瘦，但還是顯現出了肥胖與糖尿病的相關癥狀：葡萄糖攝入異常，胰島素耐受。為了證明是否轉運RNA參與其中，研究者將這些轉運RNA單獨注入未受精卵子中并讓其接受正常的受精。結果顯示，即使單獨注入接受高脂食物的雄鼠中的轉運RNA，也會使后代產生代謝異常的癥狀。

如今，研究者需要回答“這些遺傳性狀是否穩(wěn)定，能否通過改變飲食的方式矯正”。RN段的作用并不一定都是有害的，如果壞的飲食習慣能夠遺傳給下一代的話，那么我們有理由相信好的飲食習慣也能遺傳下去。 父親可能影響孩子腦發(fā)育

美國賓夕法尼亞大學的研究人員在國際學術期刊PNAS上發(fā)表了一項研究進展，他們在分子水平上發(fā)現了應激如何改變雄性小鼠的，并通過這種方式影響其后代對應激的應答情況。他們還發(fā)現這種變化是通過表觀遺傳學的方式或microRNA進行傳遞的，并非通過改變DNA。

在早期研究中，研究人員已經證實在之前通過更換籠盒或進行狐貍尿（捕獵者氣味）暴露處理雄性小鼠，使其處于應激狀態(tài)，其后代對應激的應答情況會存在障礙。研究人員將受到應激的雄性小鼠和未受到應激的雄性小鼠的進行對比分析，發(fā)現在應激小鼠中有9種microRNA表達出現升高。

為進一步證實這一結果，研究人員將這9種microRNA通過顯微注射的方式注入小鼠受精卵，隨后植入正常雌性小鼠體內進行繁殖，并以假注射或注射單個microRNA作為對照。當子代小鼠成年后，研究人員檢測了這些小鼠對應激的應答情況。研究人員表示，檢測結果與他們之前觀察到的結果完全匹配。

當接受多microRNA注射的小鼠受到輕微應激，它們體內可的松水平更低，這表明這些小鼠在早期神經發(fā)育過程中存在非常廣泛的變化。

研究人員對這幾個microRNA的靶向mRNA進行了分析，結果表明來自母親卵細胞的mRNA受到了microRNA的攻擊，并導致這些受到攻擊的mRNA水平發(fā)生下降，研究人員還特別指出，這些受到影響的mRNA主要編碼參與染色質重塑的蛋白分子。

研究人員表示，他們接下來準備對導致microRNA釋放的上游因子進行進一步研究以及是否能夠通過給予獎勵等方式對上述過程進行干預，防止雄性親代將異常應激反應傳遞給下一代。 母親遺傳給女兒負責情緒調節(jié)的腦結構

第5篇：遺傳學的研究方向范文

關鍵詞：PBL教學法；人類發(fā)育與遺傳學；整合課程

中圖分類號：G642.4 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）15-0081-03

人類發(fā)育與遺傳學整合課程是我校借鑒哈佛大學醫(yī)學院課程改革經驗，經過垂直整合和水平整合建立的，由遺傳學、胚胎學和生殖內分泌三部分組成的整合課程，開設于二年級下學期。該整合課程以遺傳學為基礎，以疾病為中心，闡述人體在個體發(fā)育過程中，正常形態(tài)結構與功能的發(fā)生以及異常畸形或疾病發(fā)生的可能機制[1]。因此，它是一門基礎理論與臨床實踐密切結合的課程。在教學實踐中，既要教授學生基礎知識和基本技能，還要培養(yǎng)學生運用、拓展知識的能力。

基于問題的學習（Problem-based Learning，PBL）是1969年Barrows教授在加拿大多倫多McMaster University首創(chuàng)的教學方法。該教學法以問題為基礎，以學生為中心，用問題情景引導學生主動思考、自主學習，有效地促進知識整合和能力提高[2，3]。它體現了現代醫(yī)學教育“教為主導、學為主體”的教育宗旨，因此在我國國內醫(yī)學教育上的運用日益廣泛[4-7]。我們將PBL教學法應用于2011級臨床醫(yī)學專業(yè)的人類發(fā)育與遺傳學整合課程教學，取得了良好效果。

一、資料與方法

（一）一般資料

中國醫(yī)科大學2011級臨床醫(yī)學專業(yè)2個大班250人隨機分成兩組：實驗組124人，采用PBL教學法；對照組126人，采用傳統(tǒng)講授教學模式。由于臨床醫(yī)學專業(yè)本科生入學時采用“蛇形”順序分班，因此，兩組學生在性別、年齡、基礎知識背景等方面無顯著性差異（P>0.05），采用教材均為我校主編的“十一五”國家級規(guī)劃教材《人類發(fā)育與遺傳學》。

（二）方法

實驗組和對照組的總學時數相同。對照組采用傳統(tǒng)講授教學模式，由教師按照教學大綱要求系統(tǒng)講授。實驗組在學習基礎理論后開展PBL教學。

1.PBL教學病例。我們根據教學內容和教學要點，選擇典型、簡明的教學病例，這些病例多為來自臨床醫(yī)院的真實病例，經過教師與臨床醫(yī)生共同的“修整、加工”后成為教學病例。教學病例必須準確、嚴密、完整，并且具有代表性（突出疾病特點）和綜合性（多學科交互影響）。例如，我們在PBL教學中選擇了一個真實的Turner綜合征臨床病例，包括病史過程、體征特點、臨床輔助檢查等。學生首先能夠根據這些資料，初步診斷為生殖系統(tǒng)和性別發(fā)育異常，并圍繞胚胎發(fā)育（尤其是性別發(fā)育）展開討論，歸納出該病胚胎發(fā)育異常的特點（這是第一層次問題）；接著學生聯想到性別發(fā)育異常引起的性激素改變，并進一步圍繞性別發(fā)育的內分泌基礎展開討論，歸納出該病性激素水平的異常及其引起的相應臨床表現（這是第二層次問題）；隨后學生根據性別發(fā)育的遺傳學知識，圍繞性染色體、X、Y染色質等展開討論，歸納出該病性染色體數目異常（即少了一條X染色體）的特點，并提出需要補充細胞遺傳學核型分析、性染色質檢測等（這是第三層次問題）；最后學生會探討染色體數目異常的原因，并圍繞減數分裂、配子發(fā)生展開討論，歸納出該病是由于減數分裂X染色體丟失/不分離造成的（這是第四層次問題）。當然，學生也會根據該病性激素水平異常提出相應的治療方案（這是第五層次問題）。因此，通過PBL教學法，學生可以由淺入深，從胚胎學、生殖學和遺傳學三方面對Turner綜合征的發(fā)病機制形成全面、系統(tǒng)的認識。

2.PBL的實施過程。教師在課前2周布置病例，學生通過圖書館查閱、網上搜索等途徑，發(fā)掘并提出病例相關問題，經課堂匯總后在課前1周確定討論的問題提綱。隨后學生自由組織為6～8人的討論小組，圍繞討論的問題提綱，結合教師推薦的參考書籍或相關網址，獲得問題的答案和解決辦法，制作PPT。在課堂上，每個小組以小組長展示PPT，其他成員幫助補充的形式對問題進行講解，闡述自己的觀點，同時回答其他小組提出的擴展問題或質疑。教師及時圍繞討論的問題給予必要的引導和調整，并結合病例講解最新研究進展和醫(yī)學倫理問題，以達到教學效果的最大化。最后，教師對各組發(fā)言進行點評，并引領學生歸納總結，鞏固教學重點和難點內容。學生通過完成課后作業(yè)梳理知識，培養(yǎng)能力。

3.PBL教學效果評價。對PBL教學效果的評價主要包括對認知領域的評估和對非認知領域的評估兩部分，前者主要包括對知識的理解、分析和應用能力，通過期末考試的論述題或病例分析來評估；后者主要包括邏輯思維、語言表達等綜合素質，通過問卷調查進行評估。

（三）統(tǒng)計學處理

應用SPSS13.0統(tǒng)計軟件進行統(tǒng)計學處理，計量資料采用t檢驗，以P

二、結果

（一）考試成績分析

實驗組和對照組學生雖然在考試總成績方面比較差異無統(tǒng)計學意義（P>0.05），但在反映學生對知識的理解、分析和應用能力的病例分析試題（滿分10分）方面，實驗組顯著高于對照組（P

（二）教學效果評價

調查問卷由實驗組學生匿名填寫，發(fā)放124份，回收124份，回收率100%。通過問卷調查，學生對PBL教學法評價比較高，認為經PBL教學后掌握知識更系統(tǒng)、更連貫，分析問題、解決問題的能力得到很大提高，同時還培養(yǎng)了團隊合作精神，總體滿意度達到90%以上，見表2。

三、討論

教學過程既是學生在教師指導下的認知過程，也是能力的提高過程。因此，教學過程應徹底擺脫傳統(tǒng)的以教師講授為主的“填鴨式”教學，轉變?yōu)樵诮處熤笇聦W生主動獲取知識的“互動式”教學。PBL教學法正是以問題為基礎、以學生為主體、以教師為主導的教學模式。它把教學重點放在創(chuàng)設學習情境、提供相關信息和引導積極思維，具有互動性、探索性和創(chuàng)新性的特點，符合現代醫(yī)學教育“教為主導、學為主體”的教學理念，更有助于激發(fā)學生學習的積極性和主動性，提高學生分析問題和解決問題的能力，以及培養(yǎng)團隊合作與溝通能力[8-9]。

人類發(fā)育與遺傳學整合課程是我校借鑒哈佛大學醫(yī)學院課程改革經驗開設的整合課程。在哈佛大學醫(yī)學院，這門課程是全程采用PBL教學法。由于我國醫(yī)學院校學生的基礎理論知識與哈佛醫(yī)學生（畢業(yè)于生物系）差別懸殊，所以我們沒有照搬哈佛醫(yī)學院全程PBL的教學模式，而是在部分教學重點章節(jié)開展PBL教學法。這也是在我們的研究中，實驗組和對照組學生考試總成績比較差異無統(tǒng)計學意義的原因之一。但是，通過對考試試卷中病例分析題的比較，我們發(fā)現：（1）實驗組學生得分率明顯高于對照組，提示PBL教學法有助于學生分析問題和解決問題能力的提高。（2）實驗組學生答題內容比對照組更廣泛、更全面，提示PBL教學法有助于學生將知識點融合貫通，建立系統(tǒng)的分子醫(yī)學理論。來自于問卷調查的結果也驗證了PBL教學法在培養(yǎng)自主學習習慣、提高分析解決問題能力、培養(yǎng)團隊合作等方面的作用。

當然，在PBL教學過程中也面臨一些問題。個別學生習慣于傳統(tǒng)的灌輸式教學，缺乏自主學習的積極性而表現為不適應PBL教學模式。PBL教學法對教師的知識面、教學水平以及教學過程中角色的合理轉變等提出了更高于傳統(tǒng)教學的要求。上述問題的解決與完善將極大地促進PBL教學法的發(fā)展與應用，值得深入研究。

綜上所述，我們認為，PBL教學法在人類發(fā)育與遺傳學整合課程教學中是可行的。學生在學習基礎理論后通過PBL教學不僅可以提高教學效果，還可以培養(yǎng)學生自主學習、分析解決問題的能力。

參考文獻：

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第6篇：遺傳學的研究方向范文

關鍵詞　方向感；認知地圖：空間表征；遺傳影像學

分類號　B842

1　引言

一百年前，人類擁有了第一架飛機；一百年后，人類擁有了整個天空，并開始向外太空延展我們的足跡。我國繼載人飛船成功發(fā)射后，正在為“天宮一號”空間站的建立積極地進行準備――預計在“天宮一號”發(fā)射之后，將相繼發(fā)射神舟飛船，與“天宮一號”實現空間對接。這項事業(yè)，不僅僅是回應人類探索外世界的好奇心，而且也是對一個國家的科學技術和經濟實力的挑戰(zhàn)。在這個挑戰(zhàn)中，我國心理學家必須就其所涉及的認知能力展開細致深入的研究，其中核心的認知能力之一就是方向感。例如，宇航員升空執(zhí)行任務之前必須在天象儀室中熟悉星空圖，找出自己將要飛行的路線，一旦載人飛船的自動導航系統(tǒng)出現故障，宇航員就必須自己操控，必須迅速地根據直接感知或儀表顯示來判斷自身所在的方位、外部客體的位置以及自己與外部世界的空間關系，并且在頭腦中迅速形成自身當前狀態(tài)的正確表象從而快速準確地操控飛船。這種及時形成空間表征并根據方向感采取相應飛行措施的能力，是選拔和訓練宇航員的關鍵。另一方面，如何根據人類方向感的認知特點，合理設計空間站的布局，也需要心理學研究的支持。

方向感的重要性不僅體現在航空航天中，它與我們的日常生活也息息相關。例如，怎樣在錯綜復雜的地形和縱橫交錯的道路中找到回家的路。怎樣在商鋪林立的街道中根據路標找到目標商鋪的位置，怎樣根據地圖在陌生的城市旅行等等。因此，車站、機場、商場、住宅小區(qū)等建筑的設計規(guī)劃都應參照人類方向感的特征。方向感對人們的日常生活和科技發(fā)展都有顯著的影響，研究它不僅能使我們更好地了解人類方向感的基礎成分、加工過程和神經機制，而且能進一步推進空間導航的研究與相關技術的開發(fā)，從而促進現代科技的發(fā)展和指導城市規(guī)劃，最終提高國民生活質量。因此，方向感的研究日益受到重視，已成為認知心理學、神經科學、地理學以及人工智能等領域的重要課題(牟煒民，趙民濤，李曉鷗，2006；趙民濤，2006)。

迄今，認知心理學對方向感的研究已取得了大量成果。認知心理學家采用信息加工的觀點對方向感本身的結構和過程進行研究，揭示了方向感的心理表征，即空間信息如何被獲得、儲存、加工和使用。近年來隨著研究技術的發(fā)展，研究者們將腦成像、單細胞記錄等技術引入到認知心理學中，發(fā)現了方向感的諸多心理過程的神經基礎。所以，本文將主要關注認知心理學方面的研究，特別是應用腦成像等技術取得的一些最新成果。但值得注意的是，雖然心理學家們對方向感開展了大量研究，許多重要的問題至今仍然沒有好的答案。例如，個體如何表征周圍環(huán)境的位置信息、環(huán)境定路標的信息及環(huán)境的內在空間結構信息，個體空間表征的形成是由哪些因素決定并怎樣受各因素的調節(jié)。

本文將根據方向感受損病人的研究、正常人的腦成像研究及行為學方面的考察，從人類認知系統(tǒng)中空間信息的輸入通道、空間關系的表征以及空間信息的整合三個方面入手，深入探討方向感的心理過程及其對應的神經機制，并通過總結比較方向感個體差異的研究和環(huán)境、訓練、遺傳等對方向感的作用來進一步探尋方向感的決定因素，為將來的研究提供一些思路。

2　方向感的認知結構

方向感，顧名思義，就是對當前方向的感知和確定，常常與對所處位置的確認及對周圍環(huán)境關系的確定有關，主要體現為對行進線索的辨認、對所處方位的記憶以及對周圍環(huán)境的認知，并調整自己以適應外界環(huán)境來獲取自己的方位。早在1873年，Darwin就提出了方向感這一概念。至此以后，越來越多的科研人員開始了對方向感的研究，并嘗試對方向感的概念進行精確定義，其中最具有代表性的就是1977年Kozlowski和Bryant這兩位心理學先驅提出的定義：“對現階段所處位置的意識及通過周圍環(huán)境的關系來確定自己所在位置的方向的能力”。

從這個定義出發(fā)，后續(xù)研究者對于方向感的研究主要集中在以下四個方面：第一類是關注和研究方向感的組成因素，比如Takeachi(1992)通過問卷調查發(fā)現方向感包括方向意識和空間記憶兩個主要因素，進而通過對方向感的因素分析來更具體地研究方向感的組成因素；第二類研究把方向感作為一種基本的人格特質或恒定的空間能力進行測量，主要是通過問卷量表來判定個體的差異，如圣塔芭芭拉方向感問卷(the Santa Barbara Sense of Direction Scale，SBSOD)(Hegarty，Richardson，Montello，Lovelace，& Subbiah，2002)；第三類是研究空間環(huán)境中方向感的具體行為表現，通過實地的行為實驗發(fā)現不同個體的方向感的行為表現存在顯著差異，具體表現為復雜環(huán)境中的原路返回、對沿途風景或路標的再認、對地形的描繪、對路途距離的估計及對視野外目的地方向的指認等能力的差異(comell，Sorenson，&Mio，2003；Li，2007)；第四類是神經機制的研究，借助fMRI等腦成像技術來探尋方向感的加工腦區(qū)，從而揭示方向感的內在表征(Epstein，Higgins，& Thompson-Schill，2005；Ohnishi，Matsuda，Hirakata，& Ugawa，2006；Wolbers，Hegarty,Buchel，& Loomis，2008)。

前人對方向感的定義和已有研究結果均表明方向感是一種復雜的心理過程，涉及感知覺、注意、學習記憶和思維決策。具體而言，方向感是一種定位當前位置和選擇前往目的地的路線及方向的能力，包括對路標的辨認和記憶即對空間地點的表征，對路標間的空間關系的辨認和記憶即對空間關系的表征，以及對這些表征的整合進而確定自己位置和將要行動的朝向。這里，我們認為方向感的內部加工過程可以分為三個主要階段：先是外界信息的輸入，個體通過視覺和(或)本體感覺接受外部信息；然后是形成內部表

征，即由不同的腦區(qū)對輸入的信息進行加工形成對路標的記憶和對運動路徑的記憶，并根據這些路標和路徑的記憶在大腦不同區(qū)域形成不同的空間關系的表征；最后這些表征會投射到更高級的腦區(qū)如聯合區(qū)，并由這些區(qū)域進行整合，以供個體獲得方位和朝向的信息、采取合適的行動。其中，內部表征有三種形式：最基本的表征是關于路標信息的表征，即對顯著的、有路標作用的建筑物進行表征，并通過該建筑來引導個體的朝向和路線；第二種是自我參照表征(egocentric representation)，即以自我位置為參照標準來認識環(huán)境，物置是相對于觀察者自己(如眼睛、頭和軀體等)來表征的；另一種表征則為環(huán)境參照表征(allocentric representation)，即物置是相對于環(huán)境中其他物體(如標志性建筑、主要道路等)來表征的。

前人的研究使我們對方向感的認知結構有了大致了解，但是更多問題還亟待解決。例如，大量研究表明方向感存在顯著的個體差異(Comell et al.，2003；Fields&Shelton，2006；Kato& Takeuchi，2003)，但個體差異究竟體現在哪個加工過程?此外，方向感的各個加工過程是否存在交互作用，如空間路標的表征是否有利于空間關系的形成，而空間關系的形成是否影響空間路標的選擇?方向感的各個過程均受到多方面因素的影響，并且這些因素對方向感的影響程度也不同。我們認為要理解人類的方向感能力，就必須把各個過程整合起來，在一個整體的框架中進行深入的研究。就此，我們提出了方向感的認知加工模型(圖1)。根據方向感的定義和方向感的內部加工過程表征及外在的行為表現，可知方向感主要體現為表征空間關系和辨認、識記路標兩種方式，所以我們把方向感分解為空間關系的加工和路標信息的加工這兩個認知過程進行研究?？臻g關系加工可以通過對個體環(huán)境參照表征和自我參照表征的測查來研究，路標信息加工則可以通過對個體路標識別和記憶能力的測量來考核。這樣就能設計相應的行為實驗對空間關系和路標信息分別進行測量，并綜合測試研究結果從而全面考察方向感?；谠撃Ｐ?，我們可以對不同個體的方向感進行研究，并能具體分析個體的每一個加工過程，更好地理解方向感以及認識個體差異，從而科學地為個體設計相應的方向感訓練策略。如運用到航空航天中，則可以利用此模型對每個宇航員進行詳細的測試，并針對不同的空間環(huán)境進行相應的方向感訓練。

3　方向感的神經機制

現在，大量行為研究發(fā)現不同個體的方向感存在顯著的行為差異(cornell et al.，2003；Iachini，Ruotolo，& Ruggiero，2009)。方向感好的人在某一路線上行走幾次后，就能準確地回憶起路標和路標間的相對位置。而方向感差的個體則往往需要更多的努力和更多次的熟悉線路才能記住路線(Iachin et al.，2009)。并且實驗被試的自我報告也顯示方向感差異顯著的個體之間的空間參照框架和行走策略也不一樣：方向感好的人能夠很好地形成一個關于環(huán)境的認知地圖，并能選擇一個正確的行走方向，如向南或向北；而方向感較差的人則往往可能是以自己為參照來建構周圍環(huán)境的空間關系，如自己的左側或右側，于是在其他線索缺乏的情況下，就很難根據自己的上下左右來確定在環(huán)境中的方位(Heth，Cornell，& Flood，2002；Jeanne Sholl，Acacio，Makar，&Leon，2000；Kato et al.，2003)。通過這些研究結果，我們可以看出方向感的加工不是單一的、自動的，而是涉及到很多的內部加工過程，需要一定的心理努力來進行定向和定位。這些內部加工過程和心理努力是方向感形成和運作的真正機制，但它們都發(fā)生在黑匣子(大腦)內，僅憑研究人們的外部行為是難以企及的。

隨著腦成像和神經電生理技術的出現和發(fā)展，研究者們能夠打開黑匣子，直接觀察到大腦的活動，從而能更好地研究方向感的內部加工機制。利用腦成像技術，研究者已經發(fā)現在大腦中存在一些加工方向感信息的區(qū)域：Epstein，Harris，Stanley和Kanwisher等人(1998，1999)首先運用功能核磁共振(functional magnetic resonance imaging，fMRI)發(fā)現大腦的海馬旁回中有一個特定區(qū)域對空間場景有較強的選擇性，他們將這一區(qū)域命名為旁海馬空間加工區(qū)(parahippocampal place area，PPA)；后來，MacEvoy和Epstein(2007)通過對比fMRI記錄的被試在執(zhí)行方向感任務和非方向感任務時大腦的活動，發(fā)現包括旁海馬回(parabippocampus gyrus)在內，壓后皮層(retrosplenial codex)、后頂葉和內側頂葉(posterior and medial parietal cortices)等大腦區(qū)域在完成方向感任務時都有較強的激活。電生理方面的研究也取得了相當多的成果：Taube，Muller和Ranck(1990)在老鼠丘腦發(fā)現了對個體朝向有特異性反應的朝向神經元(head direction cell)；O’Keefe和Burgess(2005)發(fā)現老鼠海馬中存在著對空間位置信息具有特異性反應的位置神經元(place cell)；Halting，Fyhn，Molden和Moser(2005)在老鼠大腦的內嗅皮層(entorhinal cortex)發(fā)現了支持空間地圖表征的微觀神經生理基礎；Ekstroom，Kahana，Caplan，Fields，Isham和Newman(2003)運用顱內時間相關電位(EvenVrelated Potentials，ERP)與虛擬現實技術，在人腦中記錄到了位置和朝向兩種神經元的特異性活動。這些對動物和人類的研究極大地推進了人們對空間認知的神經機制的理解(Epstein，Parker，& Feiler，2007；Maguire，Burke，Phillips，& Staunton，1996)。

同時，對特定認知功能受損的腦損傷病人的研究也是我們了解認知過程的神經機制的一個有效渠道。近年來，對方向感嚴重受損的病人的研究極大地促進了對空間認知的神經機制的探索。如本文第二部分所述，方向感是一個復雜的過程，包括感知覺、注意、學習、記憶和思維等過程，任何一個加工過程的損壞都可能導致空間方向的迷失，即日常生活中所謂的迷路，程度嚴重的即為空間地形失認癥(topographical disorientation)?？臻g地形失認癥可能發(fā)生于以下四個層次：1)知覺障礙，盡管在一個很熟悉的環(huán)境中，仍然無法辨認路標；2)盡管知覺能力完好，但是對路標的選擇和加工出現問題；3)盡管能很

好的感知并記憶路標，但是無法記住路標在空間中的位置；4)盡管對路標及其空間位置都能很好的感知并記憶，但是聯合區(qū)域功能受損，無法整合空間參照表征和環(huán)境參照表征，并調整自己的朝向與選擇的線路一致(Aguirre & D'Esposito，1999；Aguirre，Zarahn，& D'Esposito，1998)?？臻g地形失認癥的這四種類型正好反映了方向感認知結構的四個主要過程。在這部分中，我們將基于方向感的腦成像研究和空間地形失認癥的病人研究，從方向感的上述四個加工過程出發(fā)，來深入分析方向感的神經機制。

3.1感知覺輸入

3.1.1本體感覺輸入

方向感所涉及的本體感覺是指個體通過對自己行走過程中的運動速度、行走方向等的感知來推測自己所處的位置和行進的方向。當天黑等使得明顯的路標獲得比較困難時，可以通過對自己本體感覺的估計來推測行進方向；或者在簡單的行走路線中，也可以通過對往左、往右等簡單運動的感覺來推測自己的位置和行進方向。本體感覺信息的輸入受運動系統(tǒng)、本體感覺邊緣系統(tǒng)等的控制，這兩個區(qū)域的受損都會導致個體對自我感覺的評估變差，從而影響方向感的正確判斷(Yamamoto&Shelton，2007)。

3.1.2視覺輸入(地形、建筑物)

方向感涉及對環(huán)境中的信息進行加工，所以要具備正常的方向感加工，必須有完整的視覺通路，通過視網膜、初級視覺皮層、高級視覺皮層等以獲得環(huán)境中路標的信息。利用簡單的運動行為信息來判斷方向可能會造成比較大的誤差，因而相對于本體感覺，更準確的方式是利用視覺輸入，通過獲得視覺信息中建筑物等路標的信息來確定自己所處位置與環(huán)境的關系。所以為了確?？臻g認知的順利進行，最初的信息接收系統(tǒng)(視覺、觸覺、運動覺等)必須運作正常，才能保證后期加工系統(tǒng)接受到的信息原本是準確可靠的。

3.2路標的選擇和加工

路標的選擇和加工是指對輸入的視覺信息中的路標進行加工，并根據后階段的空間表征對風景、建筑物等進行選擇性的加工、儲存，對于具有指示性作用的路標進行深層加工，然后把信息傳遞到聯合區(qū)使路標和空間表征結合起來，以供個體判定自己所在方位。

關于方向感的路標加工過程，在病人研究中取得了較多成果。1945年Paterson報道了空間地形失認癥的一種亞型――路標失認癥(landmark agnostic)(Calton & Taube，2009；Epstein et al.，2007；Takahashi & Kawamura，2002)?；加羞@種失認癥的病人無法對感知覺到的路標進行加工，無法再認或者回憶出路線上出現過的路標，不能使用明顯的路標進行定向。這些病人也無法報告街道、房屋或交叉路口這樣的地標。為了彌補這種缺陷，他們會選擇注意郵箱或街道標志等細節(jié)來獲取方位信息。雖然他們對于不同地點之間位置關系的信息保存的很好，可以畫出不同地點之間的路線地圖，但是他們的再認能力受損，阻礙了他們在真實世界中的路線執(zhí)行。對這些病人的大腦結構掃描發(fā)現，與正常人相比他們的旁海馬回和舌回(lingual gyms)區(qū)域有明顯缺損，說明旁海馬回和舌回參與了對環(huán)境中的路標信息的加工(Aguirre et al.，1999；Maguire et al.，1996)。并且Takahashi等人(2002)通過對不同環(huán)境下路標失認癥病人的元分析發(fā)現：旁海馬回右后側部分的損傷會導致對新環(huán)境中建筑等物體的加工受損，而舊環(huán)境中物體的加工和再認能力的受損對應除了右側旁海馬回后部受損外，舌回后半部分及臨近梭狀回(fusiform gyrus)的部分腦區(qū)也受損；說明旁海馬回與建筑物體的加工有關，而舌回等則與舊環(huán)境中物體的記憶和提取有關。且Epstein，DeYoe，Press，Rosenhe和Kanwisher(2001)報道的腦功能成像研究結果顯示，右腦的旁海馬回損壞的病人不能對新環(huán)境進行加工，會產生一種順行性的路標失認癥，但是對于受損前保存的信息仍然能夠進行很好的加工，進一步說明旁海馬回只涉及加工階段而不涉及后續(xù)的高級皮層加工。

上述對腦損傷病人的研究更多的是來自對損傷大腦解剖結構進行的分析，而較少地對這些區(qū)域的功能進行探索。近年來，更多的研究開始專注于正常被試在加工路標時大腦的活動。例如，Owen，Milner，Petrides和Evans等(1996)利用正電子斷層發(fā)射掃描技術(positron emission tomo-gramphy，PET)發(fā)現，當被試在物體一地點配對任務中，相比單一的地點或物體的記憶任務，旁海馬回的激活增強顯著，說明旁海馬回和空間地點有關的風景、建筑加工有關。相繼地，Epstein等人(1998)運用fMRI發(fā)現當被試注視風景等物體時大腦中的旁海馬回激活明顯增強，證實了旁海馬回對加工風景、建筑等物體具有重要的作用。但是外部世界中存在著大量各種各樣的風景、建筑，而在特定的環(huán)境下只有某些物體具有路標作用，那么大腦是否能選擇性地表征作為路標的物體而不浪費心理資源加工非路標性的物體?為回答這個問題，Maguire，Frackowiak和Frith(1996)讓被試處于虛擬的真實環(huán)境中，對比PET記錄到的被試分別加工有路標作用的物體和沒有路標作用的物體時大腦的激活，發(fā)現右腦的旁海馬回的激活明顯不同，說明右側旁海馬回對于空間環(huán)境中的物體進行了加工，且對具有路標作用物體進行了特異性的加工。且Epstein(2008)進一步研究發(fā)現PPA(包括旁海馬回和舌回兩部分)對于風景本身的加工較少，而對于與觀察者所在位置、方向有關的風景加工較多，說明PPA的激活較少地依賴于刺激材料本身，而是更多地依賴于觀察者是否利用該刺激來追蹤路線，即PPA對環(huán)境中的路標物體進行了選擇性加工。同樣，通過虛擬迷宮行走研究，發(fā)現被試對具有指示性作用的物體(路標)和沒有指路作用的物體之間的再認提取成績不一樣，且當呈現的物體在迷宮中具有指路性作用時旁海馬回有明顯的激活，說明大腦旁海馬回能自動有選擇性地加工具有路標性質的物體(Janzen & van Turennout，2004)。

除了旁海馬回，還有一些其他的區(qū)域與路標的加工有關。右側顳葉(right temporal lobe)對于空間的記憶，特別是回憶復雜場景內容和目標地點有重要的作用(Maguire et al.，1996)。另外，Epstein(2008)使用fMRI發(fā)現在再認、回憶等提取性的任務中壓后皮層區(qū)域(retrosplenial cortices)有激活，說明壓后皮層跟地標信息的提取有密切的關系。

從上面可以看出，對于空間中的物體，先由旁海馬回選擇性地加工具有路標指示作用的物體，然后右側顳葉儲存這些路標，舌回與壓后皮

層則主要參與這些地標信息的提取。

3.3空間關系加工(策略和表征)

空間中的信息通過視覺輸入等進入大腦，在經過大腦的初步加工后，這些空間信息以具體的客體表征形式存在大腦中，但各個物體在環(huán)境中的位置以及物體間的空間關系又是怎樣表征的?通常，我們會用某種特定空間參照框架(經緯度、個體所在位置等)對物體的空間方位及與其他物體的關系進行描述和確定；同樣，在空間方向感的記憶存儲中，物體方位與空間關系的心理表征也會通過選擇特定的空間參照框架進行。表征物置與空間關系的參照框架通常分成兩類：自我參照系統(tǒng)和環(huán)境參照系統(tǒng)(Janzen et al.，2004；Burgess，2008)。在自我參照系統(tǒng)中，物體的位置是相對于觀察者來表征的，如某物體在觀察者的前后左右，所以隨著觀察者的運動，物體相對于個體的位置就會發(fā)生變化，其空間表征也就不斷變化。而在環(huán)境參照系統(tǒng)中，物體的位置是相對于環(huán)境中其他物體(如標志性建筑、主要方向等)來表征的，如某建筑在東南方向，所以是相對恒常和不變的，物置與空間關系都被表征在記憶中，而且是持久和穩(wěn)定的。在探路過程中，這兩種表征的選擇會受個體對線路的熟悉程度、所用的經驗策略的影響，因此不同個體采用的策略不同，其空間關系的表征也相應的有所不同。

3.3.1自我參照的空間表征

自我參照的空間表征是以自己為參考點來對環(huán)境中物體的空間位置進行表征，如某物體在個體右邊的多少米處。此類表征最典型的行為證據是：當要求被試從一組圖片中選出某一特定建筑物的照片時，如果某張照片上建筑物的拍攝角度與個體之前習慣采用的觀察角度相同，與其他角度相比，那么這張照片上的建筑物最容易被識別出來(Epstein et al.，2005)。自我空間表征包括：個體的本體感覺、頭動和眼動，心理距離的表征，已走過路線的時空關系的表征(Janzen et al.，2004)。

自我參照空間表征受損的病人最早于1919年由Holmes發(fā)現，此后更多類似病例相繼被發(fā)現。很多研究者也對這類病人進行了元分析，發(fā)現這些病人能夠很好地再認和回憶路標，但是對于環(huán)境中物體相對于自己的空間表征卻有明顯的缺陷。最典型的癥狀就是無法估計物體與自己的距離，也很難確定物體相對于自己的方位，即這類病人無法建立以自我為中心的參照系統(tǒng)，因而無法完成進一步的對空間環(huán)境信息的加工(Aguirre et al.，1999)。且Wilson，Berry，Gracey，Harrison，Stow和Macniven(2005)對該類病人進行了一系列詳細的行為研究，排除了該類被試因為其他能力受損而影響自我參照表征的可能性，證實的確由于無法表征路標相對于自己的位置，無法建構建筑物、目的地與當前所處點的位置關系而造成了方向感能力的缺損。

同時，對該類病人進行腦結構掃描，發(fā)現他們在頂葉皮層下后側區(qū)域(posterior parietal lobe)有明顯損傷(iAguirre et al.，1999；Aguirre et al.，1998；WenigeL Ruhleder,Wolf'Lange，& Irle，2009；Wilson et al.，2005)。與此一致的是，對正常被試的腦成像研究發(fā)現，在自我參照的空間任務中，頂葉(parietal cortices)有明顯的激活(Nico&Daprafi，2009；Zaehle，Jordan，Wustenberg，Baudewig，Dechent，& Mast，2007)?？梢姡晕覅⒄湛臻g表征的關鍵區(qū)域是大腦中的頂葉部分。

3.3.2環(huán)境參照的空間表征

與自我參照的空間表征相對應的是環(huán)境參照的空間表征，即根據各個路標的位置形成穩(wěn)定的空間關系并據此確定環(huán)境的主方向(東南西北)。Mou和McNamara(2002)進行的行為研究發(fā)現，當給個體呈現與周圍物體角度相符合的圖片時再認正確率顯著高于與周圍物體不匹配角度拍攝的圖片，說明了環(huán)境參照的空間表征確實存在。而且對環(huán)境參照表征能力受損的病人研究發(fā)現，他們能夠很好地辨認顯著路標，也具各自我參照的空間表征能力，但這些病人不能用辨認的路標形成一個空間關系并找到行走的主方向，即不能形成空間關系的環(huán)境參照表征(Ekstrom et al.，2003)。

通過對這些環(huán)境參照的空間表征能力受損的個體與正常個體的大腦進行解剖學上的比較，發(fā)現他們在扣帶回后部和海馬受損。海馬是記憶系統(tǒng)中最重要的結構之一，對于表征環(huán)境中某地點相對于其他路標的位置具有重要作用。研究發(fā)現，雙側海馬損傷的病人在環(huán)境參照的空間任務中，對空間關系的回憶成績很差，說明人類的海馬對于環(huán)境參照的空間記憶有重要的影響(Parslow,Morris，Fleminger，Rahman，Abrahams，& Recce，2005)。除了海馬，Moffat，Elkins和Resnick(2006)通過對被試進行虛擬條件下的環(huán)境參照任務實驗，發(fā)現扣帶回激活明顯，說明環(huán)境參照的空間表征也受到扣帶回的控制。另外，對內側顳葉損傷的病人進行分析，發(fā)現他們常有順行性遺忘癥，主要表現為空間記憶的破壞(Maguire et al.，1996)。

為了進一步排除其他任務的干擾，單獨研究環(huán)境空間參照的相關腦區(qū)，Zeahle等人(2007)通過環(huán)境參照路徑的語言指導，讓被試判斷最后各物體間的空間關系，發(fā)現環(huán)境參照的空間表征激活了大腦的右側頂葉和腹外側的雙側枕顳葉及海馬，說明人類的環(huán)境參照的空間表征受到大腦廣泛區(qū)域的調控。

3.4自我參照和環(huán)境參照的整合

當空間信息被正確感知，特別是路標信息得到了充分的加工，以及自我參照和環(huán)境參照的空間表征都順利完成后，一個關鍵的步驟就是在高級腦區(qū)對這些信息進行整合，把關于路標的信息、路標間的空間關系及路標與個體的關系整合起來，這樣才能把信息輸入負責思維、決策的腦區(qū)供個體進行路線的選擇。

在現實生活中，行走過程中存在個體觀察角度的變化和周圍物體的相對運動，所以需要自我參照和環(huán)境參照的轉換和結合(Burgess，2006)。其中，自我參照的空間表征與短時的信息整合和方向感判斷有關，但長時和復雜的方向判斷卻是和環(huán)境參照的空間表征相關的(Burgess，2008)。Epstein等人(2005)的實驗也發(fā)現，隨著時間的推移，被試對于角度變換的風景圖片的判斷成績明顯提高，從單一角度的加工逐漸轉為多角度的加工。所以，在進行復雜和長時的空間導航中，兩種表征的相互轉換和結合是順利完成導航任務所必須的。且有些病人最常見的病癥就是無法對自我參照表征的空間信息及環(huán)境參照表征的空間信息進行轉化，例如，無法利用地圖進行導航，或者無法根據地圖指示確定某地點距離當前地

點的方位，也無法在地圖上標示某點距離當前位置的角度偏向，這也進一步說明了轉換整合對導航和方向感建立的重要性(Epstein，2008)。但是，在完成簡單的導航任務時，自我參照和環(huán)境參照這兩種表征是可以并行存在，相互分離而不需要轉換和整合(Burgess，2006；Burgess，Spiers，& Paleologou，2004；Zaehle et al.，2007)。

進一步研究表明，這種整合能力和壓后皮層等有密切的關系。Epstein(2008)觀察到壓后皮層受損的病人雖然各個過程對應的能力都完好，但還是無法進行正常的導航和路線尋找。進一步研究發(fā)現壓后皮層參與的整合過程主要體現在以下兩方面：第一，壓后皮層能夠調整個體的方向以適應環(huán)境表征的空間關系，關于這一點的證據是，Cho和Sharp(2001)在大鼠中發(fā)現壓后皮層中存在保持頭部朝向的細胞，當大鼠頭的朝向與環(huán)境朝向一致時有強烈激活，而且信號的產生來自路標、本體感覺和個體運動等線索的結合(Owen et al.，1996)，同樣在人類被試的研究中也發(fā)現壓后皮層對于頭朝向的調整有明顯的激活反應(Maguire，2001)；第二，壓后皮層是從后側頂葉的自我參照空間表征到內側顳葉的環(huán)境參照空間表征的過渡轉換區(qū)域(Maguire，2001，)，典型的壓后皮層受損的病人往往不能很好地在自我參照和環(huán)境參照的空間表征之間進行轉換，比如完全不能用地圖來標示他和某建筑物之間的空間關系或者不能在地圖上標明他當前的位置，還有當要求他們在前進中進行某些方向變化時他們則不能很好地調整自我角度以跟隨之前的行進路線，這種轉變的困難也反映了他們導航能力的嚴重受損(Byrne，Becker，& Burgess，2007；Epstein，2008)。另外，來自前側丘腦和背外側額葉提供的頭朝向和工作記憶的輸入對于這種轉變和整合也有非常重要的作用(Byrne et al.，2007)。

3.5方向感的神經網絡結構

Aguirre等人(1999)指出，若要在空間中有良好的方向感和尋路能力，必須能夠辨認及識記標志性的路標，確定這些路標和我們當前所處位置的空間關系，并利用環(huán)境參考系統(tǒng)確定前進的主方向，以使我們達到目的地。其中任何一種能力的缺失都將導致地形失認癥。由此可見，方向感是一個連續(xù)的認知加工過程，每個過程都由特定的腦區(qū)調控，感知覺的輸入、地標的選擇與加工、空間關系加工以及自我和環(huán)境參照系統(tǒng)的整合這四部分既是方向感這一復雜認知活動的主要成分，也對應了該活動的四個階段。這四個階段分別是：首先，外界信息經視覺或本體感覺等感覺通道進入到大腦中；然后，這些由感覺系統(tǒng)獲得的信息輸入至旁海馬回等區(qū)域，進行對環(huán)境中路標的選擇性加工和記憶；之后，加工完的信息再分別傳入負責進一步加工的后側頂葉、扣帶回和海馬皮層，形成相應的空間關系表征；最后，壓后皮層等腦區(qū)將自我參照的空間表征和環(huán)境參照的空間表征進行整合，整合后的信息再傳入更高級的皮層，形成關于空間方向感的判斷并指導行動。

從已有研究我們知道了方向感是一個對環(huán)境中的空間信息加工、運用多種表征和記憶方式、并且受多個腦區(qū)控制的復雜過程。但是，這些腦區(qū)如頂葉、顳葉等是如何相互聯系、彼此影響，進而形成方向感加工的神經網絡?它們如何協調使得方向感的各個加工過程完美結合以形成完好的方向感?要解決這些問題，必須把神經系統(tǒng)中加工方向感的各個區(qū)域聯合起來進行研究，即采用神經網絡的方法進行分析。

在動物研究中已經證明了方向感存在復雜的神經網絡聯結：通過對大鼠完成方向感任務時各個腦區(qū)的單細胞記錄，發(fā)現大鼠中存在方向感的加工網絡，而且后側頂葉、新皮層(neocortex)、運動皮層(motor cortex)及邊緣系統(tǒng)(associatedlimbic cortex)等之間存在廣泛的神經聯結，且方向感相關加工腦區(qū)中的“朝向細胞(head directioncells)”、“位置細胞(place cells)”的活動進一步為方向感網絡結構的存在提供了神經結構基礎(calton et al.，2009)。根據大鼠的神經網絡結構，我們可以對人的神經網絡結構進行類似的推測，且來自人類被試的研究也初步證實了方向感神經網絡的存在。Maguire，Burgess，Donnett，Frackowiak，Frith和O'Keefe(1998)通過掃描被試在熟悉復雜的虛擬現實城鎮(zhèn)中導航時大腦各個部分的激活，發(fā)現大腦中存在關于導航的網絡聯結：其中右側海馬的激活與個體是否清楚知道目的地位置并很好地進行導航有關，而怎樣到達目的地則和右側尾狀核有關，大腦右側的這兩個區(qū)域的活動又和自我參照的空間表征有關，另外右側頂葉與雙側頂顳葉的激活也有關。這些相互聯系的腦區(qū)活動說明在人類大腦中可能存在一個廣泛連接的網絡來完成導航活動。并且Burgess(2008)在綜述中報告頂葉與自我參照空間表征有關，壓后皮層和頂枕葉對于自我參照空間表征和環(huán)境參照空間表征的過渡和轉換有關，且初級及次級視覺皮層、軀體感覺皮層、額葉聯合區(qū)及新皮層的感覺之間也存在聯結，更進一步說明方向感確實存在一個神經加工網絡(calton et al.，2009)。進而，來自Ekstrom等人(2003)的人體顱內單細胞記錄發(fā)現在人類導航系統(tǒng)中存在神經元網絡連接，類似于大鼠研究，他們在人體海馬中發(fā)現對空間位置敏感的細胞，在旁海馬回中發(fā)現對路標敏感的細胞，在前額葉和顳葉中發(fā)現對聯結目標和地點興奮的細胞，這些相應的細胞活動為人類大腦中相互聯結的神經網絡提供了基礎，說明了方向感神經網絡結構存在的可能性。

綜上，基于大鼠神經網絡結構以及人類的電生理研究，我們提出了方向感的神經網絡結構(圖2)。其中，壓后皮層連接前頂葉和邊緣系統(tǒng)并進行頂葉與海馬空間信息的過渡，加工路標問路線的信息和朝向，提供一些拓撲信息促進海馬和內嗅皮層對于空間距離和認知地圖的形成。旁海馬回、壓后皮層、后側頂葉和內側頂葉等區(qū)域在方向感中具有重要作用，并且這些區(qū)域在大腦中形成相互聯結的網絡結構，但各個區(qū)域在方向感加工過程中的同步情況以及怎樣相互影響，則有待進一步的研究。

已有研究大多關注的是自下而上的加工過程，而真正探路過程中涉及到許多自上而下的過程，比如個體對方向感路標的選擇，已有的記憶對方向感加工的作用，道路前進中網絡結構的加工更新，以及對各種表征之間調控的選擇等等。研究這些問題不僅有助于我們理解方向感的加工，而且對指導實際生活也大有裨益，如對方向感差的個體采用怎樣的訓練方式能提高其方向感，以及不同建筑物采用什么設計方式能更有利于人們的導航等等。

4　方向感的影響因素

在日常生活中，經常有人抱怨自己的方向感不好，盡管他們有意識地對自己的方向感進行訓練，但還是經常迷路。方向感的性別差異就是最典型的例子之一，大量研究表明男性和女性的方向感存在質上的差異(coluccia，Iosue，& Brandimonte，2007；Jeanne Sholl et al.，2000；LOvd6n，Herlitz，Sehellenbach，Grossman-Hutter，Kruge，& Lindenberger,2007)。在熟悉的環(huán)境中，女性反應比較快，且能很好的根據突出、明顯的路標進行定向；而在陌生的環(huán)境中，男性的方向感則比較好，他們能對整個環(huán)境的關系進行分析以獲得自己當前的方向(colueeia et al.，2007；Jeanne Sholl et al.，2000)。與行為研究相一致，腦成像的研究也發(fā)現了方向感在性別上的差異。不同性別的人在進行方向感加工時調用的腦區(qū)不一樣：在復雜的環(huán)境中，男性的左側海馬相對女性激活強度更大，而女性的右側頂葉激活相對男性更強(Gron，Wunderlich，Spitzer，Tomczak，& Riepe.2000)。這些腦區(qū)激活和應用不同策略進行導航時激活的腦區(qū)相一致：男性傾向于用整體認知和確定的空間主方向進行方向感加工，而海馬在加工地點和路線時的激活正好反映了對環(huán)境線索的整合及對幾何形狀的加工以形成相對穩(wěn)定的認知地圖；而女性傾向于用路標并根據自我參照來對空間進行加工，頂葉負責加工的則正是路標記憶等信息(Chien-Hsiung Chen，Chang，& Chang，2009)?？梢姡较蚋凶鳛橐环N個人的基本能力，確實存在顯著的個體差異并存在加工區(qū)域的不同，但這種差異是由什么原因導致的?現在普遍認為人的認知能力和性格是由遺傳和環(huán)境兩方面決定的，方向感也不例外。在這一部分，我們將根據現有的研究結果，從環(huán)境和遺傳兩個方面來探討導致個體方向感差異的因素。

4.1環(huán)境與訓練

人是社會性的動物，一生都處在社會之中，時刻都受到周圍環(huán)境的影響，不同的生存環(huán)境會對個體的方向感產生不同的影響。其中Berry(1971)發(fā)現，人的空間能力會受到生活經驗和文化背景的影響。例如，狩獵文化與空間技能的關系密切，原始狩獵民族在到處環(huán)境類似的森林或草原中仍總能返回住處，這種從小的生活經驗對他們方向感的提高有很大的作用。一個人在任何地方、任何時候，或多或少、有意無意都會受到固有文化的影響，其行為也總帶有自己文化的烙印。例如，西班牙Barcelona族的人用“面向大?！保俺虼笊健钡葋碇贫ㄋ麄兎较蚋械闹鞣较?，而其他的部落則根據他們自己的文化背景來確定他們方向感的主方向，這些文化的差異直接導致了個體方向感的不同(Fleteher-Janzen，Strickland，& Reynolds，2000)。

另外，訓練對于方向感也有顯著的影響(Hund&Nazarczuk，2009)。在Maguire，Gadian，Johnsrude，Good，Ashburner和Frackowiak(2000)的研究中發(fā)現，出租車司機的海馬等與方向感相關的區(qū)域的體積顯著大于其他人，且他們在方向感問卷中的得分也明顯高于其他人，說明日常訓練確實對方向感能力的提高有顯著作用。且Epstein(2008)發(fā)現，當單側的壓后皮層受損后，病人的空間能力急速下降，盡管他們可以再認出房屋建筑，也能確定他現在所處的位置，但他不能從中獲得關于該點相對于其他地點的方向等信息。但有趣的是，如果通過訓練，若干個月后，病人則可以漸漸恢復這種空間能力，這進一步說明了良好的訓練使得對應的對側腦區(qū)功能增強從而彌補了該側腦區(qū)功能的損失(Epstein，2008)。可見，訓練和環(huán)境對個體的方向感有顯著的影響，長期在地形難辨的環(huán)境中活動、鼓勵戶外活動的文化和良好的導航訓練都能提升人們的方向感。

4.2遺傳

行為遺傳學的研究已證實了人類大多數的心理特質都具有中等程度的遺傳，特別是認知能力，遺傳對其的影響非常重要(Boomsma，Busjahn，& Peltonen，2002)。方向感作為認知能力的一種，我們猜測遺傳對它也有一定的影響。當前，動物遺傳學的研究和人類雙生子的研究也都證實了我們的猜測。

通過標準交叉連鎖分析，即讓方向感能力強和方向感能力弱的大鼠正反雜交，然后分析雜交產出的第一代大鼠的方向感的性狀分離，發(fā)現位于x染色體上的基因能影響大鼠的空間導航能力，說明存在獨立的基因決定著動物的空間導航行為，其中x染色體上基因的不同導致雌雄大鼠的表現型概率不一樣，這可能是導致雌雄大鼠方向感差異的原因(Boles，1980；Ruiz-Opazo & Tonkiss，2004)。迄今，在動物中找到了兩個主要影響方向感的基因。一是BCL-2，該基因通過影響中樞神經細胞來影響方向感的整個加工網絡(Rondi-Reig，Lemaigre-Dubreuil，Montecot，Muller，Martinou，Caston，2001)。研究者們讓BCL-2基因在大鼠中過量表達，發(fā)現大鼠的方向感中的環(huán)境參照表征受到嚴重影響，無法利用路標等形成空間關系，無法形成認知地圖，還無法調整頭朝向與路線一致。二是S100β，多項研究一致發(fā)現S100β對方向感的調控作用十分顯著。敲除大鼠的S100β基因后其海馬的突觸可塑性增強，在隨后的迷宮任務中發(fā)現大鼠的與海馬有關的空間學習和記憶能力上升(Nishiyama，Knopfel，Endo，& Itohara，2002)。而Gerlai，Wojtowicz，Marks和Roder(1995)在研究中發(fā)現攜帶大量人類S100β基因副本的轉基因老鼠呈現出了異常的探索行為和突觸進程并導致了海馬機能障礙，使方向感能力下降。

動物遺傳學的研究使我們推測人的方向感可能也受到基因的調控。關于遺傳對人類方向感的作用，更為直接的證據來自雙胞胎的研究。Polk，Park和Smith(2007)對24對同卵雙胞胎和異卵雙胞胎進行了研究，通過比較發(fā)現當讓雙胞胎們回憶電腦屏幕上呈現的人臉、地點、房屋、物體以及一些生造出來的單詞(這些單詞可以讀但毫無意義)時腦區(qū)的激活不同，在回憶地點時，同卵雙胞胎的大腦活動模式的相似程度高于異卵雙胞胎，但是在回憶物體和單詞時則沒有這樣的差異。這一結果表明，人們對地點的記憶能力受到遺傳的影響。Polk表示，人們對地點的識別能力的繼承符合人類生存發(fā)展的需要，是在人類進化過程中經過自然選擇進入遺傳基因的。因為方向感的加工離不開路標的識別能力，而人們對于地點的識別能力會受到遺傳的影響，由此可見個體的方向感確實會受到遺傳的影響。

綜上所述，方向感受到遺傳的調控，一種可能的方式是基因通過影響大腦中某些區(qū)域的結構與功能來對它們參與的方向感加工過程進行調制?；蛘５谋磉_可以說是個體具有正常方向感的前提，但基因是如何來調控方向感的加工過程則有待進一步的研究。

5　展望

目前的研究只能說明遺傳會影響方向感，但尚無研究報道遺傳對人類方向感的影響是如何實現的，即有哪些基因在調控方向感、它們的作用又是如何表達的。所幸的是在動物的基因研究中已發(fā)現了一些調控方向感的基因和受體，這就預示著人體中可能也存在相對應的基因對方向感進行調控，這為研究者們研究人類方向感的遺傳機制指明了方向。

研究人類方向感基因的主要方式之一，是研究先天性的認知缺陷患者、高?；驍y帶人群與發(fā)育異常導致的空間能力嚴重受損的個體。首先對比這些個體和正常個體的基因型及其表達，然后根據基因型或蛋白質濃度的異常，特別是影響與空間能力相關腦區(qū)的基因或蛋白質的異常，推測出可能調控方向感的基因，并進一步通過動物的基因實驗、人類基因的數量性狀連鎖分析等方式進行驗證。例如，逐步神經退行性疾病(如阿爾茨海默癥，Alzheimer Syndrome)個體的S100p蛋白濃度顯著高于正常人；同時，阿爾茨海默癥最先出現的癥狀就是方向感的受損：并且病人最先受影響的腦區(qū)是海馬、頂葉和內嗅皮層，而這些區(qū)域對于空間信息的加工有重要的作用(Peskind，Griffin，Akama，RasMnd，& Van Eldik，2001)。且通過阿爾茨海默病人和正常人的比較，發(fā)現該類病人在海馬中的S100β蛋白明顯增多，而海馬對于空間學習和方向感又有很重要的作用，所以可以進一步推測S100β對于人類的方向感作用顯著，這點在我們實驗室的相關研究中也已取得初步證明。

第7篇：遺傳學的研究方向范文

關鍵詞：計算機輔助教育；遺傳算法；組卷系統(tǒng)

中圖分類號：TP399

學校最繁忙的工作莫過于對全體學生的學習能力的檢測，這務必需要出無數試題，組無數套卷子，策劃不同的試題方案，而其中對知識點控制又是重中之重。隨著學校規(guī)模的擴大，需要的組卷就越來越繁多，如果完全依靠人工來控制，難免會出現一些錯誤和人力資源的浪費和組卷中相似試題的重復和知識點的重復，以至于不能全面地考查學生對所學知識點的掌握。本設計開發(fā)一個算法，通過計算機編寫、運行程序，智能地對題庫中的試題進行檢索、分析、組合、去重。依靠該設計可以方便的管理周口師院學生的期中、期末以及各種大小型考試的各科試卷的各種題型的分布比率。大大減少了錯誤出現的幾率和人力資源和紙張的浪費，同時對學生起到查缺補漏、全面考核的作用，并且大大縮短了組卷試卷，提高了組卷質量，從很大程度上減輕教務工作人員和組卷老師的負擔。

本課題旨在設計開發(fā)一個組卷系統(tǒng)，通過計算機編寫、運行程序，智能地對題庫中的試題進行檢索、分析、組合、去重，使系統(tǒng)對試題在組卷時能夠使知識點分數分布達到要求，以達到有效去重的目的。

1 系統(tǒng)分析與設計

1.1 遺傳算法。遺傳算法的正式研究始于1975年，由美國Michigan大學的Holland教授及其學生實行的。遺傳算法成功借鑒孟德爾遺傳學說中的基因遺傳原理與達爾文進化論中的適者生存、優(yōu)勝劣態(tài)的原理，是一種隨機全局搜索的并行化優(yōu)化算法。

遺傳算法對求解的問題一無所知，它是從問題的解空間中一個種群開始的，而種群則是由一群個體組成。在求解時，遺傳算法首先進行種群初始化，即產生一定數目的父個體，計算父個體中每個個體的適應度值，此時父代即產生了，將父代置于問題的解空間。通過設計的函數計算每個個體的適應度值，適應度較高的個體說明較適應環(huán)境，反之，說明不適應環(huán)境。遺傳操作從父代中選擇較適應環(huán)境的個體參與交叉、變異過程，從而產生更好的個體，此時的這些個體稱為子代。這樣，一代一代的進化，直到收斂到最適應環(huán)境的個體為止。選擇、交叉和變異是遺傳算法中的三個基本操作。

1.2 組卷系統(tǒng)功能模塊分析與設計。組卷系統(tǒng)應具有用戶管理、題庫管理、組卷、試卷管理等功能，面向的用戶主要有系統(tǒng)管理員、考試決策者、教師。系統(tǒng)管理員指組卷系統(tǒng)中可以管理用戶、維護數據庫、課程維護等；考試決策者指考試的決策者，一般為院系領導，可以進行組卷與試卷管理，考試決策者也可以是經系統(tǒng)管理授權的教師用戶；教師負責所教課程的課程章節(jié)維護、題目類型維護、試題維護等，一般為該課程的任課教師，若經系統(tǒng)管理員授權，某些教師用戶可以有雙重身份，既是教師用戶，又是考試決策者。

組卷系統(tǒng)根據需要劃分為系統(tǒng)管理、題庫管理、試卷管理、系統(tǒng)幫助功能。

組卷模塊是整個組卷系統(tǒng)的核心，組卷過程采用交互方式，即用戶輸入各種組卷的約束條件。（1）考試相關信息設置。組卷用戶進入課程選擇界面，選擇將要進行組卷的課程。選擇相應的課程后，進入該課程的操作界面。（2）設置組卷各約束條件的權重比例。本組卷系統(tǒng)采用遺傳算法進行組卷，其中適應度函數的設計采用的是權重系數法，系統(tǒng)對各約束目標的相應權值有相應的默認值，但組卷用戶可根據需要做相應的更改。組卷算法流程圖如圖1所示。（3）對輸入的約束條件進行檢測。本系統(tǒng)組卷前對用戶提出的約束目標進行檢測，并提出相應的修改意見，這樣可進一步減少組卷過程出現錯誤或組卷失敗的可能，提高組卷的工作效率與成功率。（4）進行組卷。如果約束條件檢測無誤，則用戶可以點擊組卷按鈕進行組卷。

圖1 組卷算法流程圖

1.3 組卷系統(tǒng)數據庫設計。本組卷系統(tǒng)的數據庫設計的原則是：試題庫實現動態(tài)維護，可以對題型、試題等及時的添加、修改、刪除；題庫中的題量應足夠大，試題的類型比例、知識點比例、難度比例等均應分布合理，為組出好的試卷提供基礎；題庫設計還應考慮組卷采用的算法，便于組卷算法的實現。

由于本系統(tǒng)在利用遺傳算法對組卷問題進行設計時，編碼時采用的是按題型進行分段實數編碼，因此，進行題庫設計時，將所有試題按題型進行存儲，各題型表中存的是同一題型的試題。

數據庫中的選擇題表、填空題表、操作題表、程序設計題表等均為存儲不同題型試題的表，為了敘述方便，本文將它們統(tǒng)稱為試題表。試題表主要是對試題信息進行描述的表。試題表的設計是最重要的，試題表在設計時要能反應每道試題的特征屬性與試題內容本身。在對試題表進行設計時，應在保證組卷質量的前提下，盡量使試題的特征屬性簡單、合理，且保證試題的完整性及使用試題時能夠響應迅速。

2 去重功能的設計與實現

在本系統(tǒng)中客觀題的組卷根據用戶提出的知識點（也可叫章節(jié)-知識點）分布要求，直接抽取符合要求的試題組出試卷。但一道題可能涉及多個知識點（即涉及多個章節(jié)），且題目的敘述也有可能相同，因此，本系統(tǒng)中采用將組出的試卷中的試題在生成試卷的基礎上做修改。在組卷系統(tǒng)中由教師手工完成，試題去重的基本思想為：（1）在組卷系統(tǒng)中，由教師控制各章節(jié)試題所占的總分值；（2）抽取第一道試題，顯示該試題各章節(jié)所占的分值，然后系統(tǒng)將用戶設定的各章節(jié)的分值與根據該題中各章節(jié)的分值相減，如果達到要求，則結束，否則，轉（3）；（3）抽取第二道試題，繼續(xù)做（2），直到滿足要求或成為負值，則轉（4）；（4）最后由教師將試題的分值做調整，以滿足試卷的滿分值。

3 總結

本文在分析國內外大量文獻的基礎上，通過查閱國內外文獻，了解各組卷系統(tǒng)所采用的組卷算法并進行比較，確定本組卷系統(tǒng)所用的組卷算法，分析了組卷系統(tǒng)要實現的功能需求，確定本系統(tǒng)的題庫設計方案，最后利用遺傳算法完成了組卷，在組卷中解決了試題去重問題。

參考文獻：

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[6]楊路明，陳大鑫.改進遺傳算法在試題自動組卷中的應用研究[J].計算機與數字工程，2004（05）：10-22.

作者簡介：張棟梁（1982-），男，碩士，主要研究方向：計算機應用與人工智能；陳森（1985-），男，助教，河南周口人，研究方向：多媒體技術與信息處理。

第8篇：遺傳學的研究方向范文

本文的主角――南開大學泰達學院鄧新教授，是國內病原細菌致病機理研究方向的杰出代表，長期致力于此項研究，逐漸成長為微生物領域的“領跑者”。

業(yè)精于勤，行成于思

業(yè)精于勤，荒于嬉；行成于思，毀于隨。鄧新教授于1979年出生在湖南省韶山市，于1997-2004年在中國農業(yè)大學攻讀學士、碩士學位；2004-2009在美國堪薩斯州立大學獲得博士學位；2010-2015在美國芝加哥大學從事博士后研究；2015年9月，36歲的鄧新博士回國擔任南開大學泰達學院教授，從事致病性細菌的致病機制相關研究。

鄧新博士在病原菌致病機理方向取得了系列性成果，發(fā)表 SCI 收錄文章 31 篇，其中以第一作者或通訊作者身份在Cell Host Microbe、PLOS Biology、Nucleic Acids Research等權威雜志上發(fā)表12篇高水平文章。主要包括：

銅綠假單胞菌是醫(yī)院內引起感染最多的病原菌之一，它的一個重要特性是對許多抗生素具備很高的內在抗藥性，使其成為難以治療的病原菌。在銅綠假單胞菌中，其致病性和耐藥性受到群體感應系統(tǒng)的嚴格控制，理解該系統(tǒng)的分子機制，可用于篩選新型抗菌藥物的靶點，已經成為目前微生物學和醫(yī)學中研究的主要課題。鄧新教授對多個重要調節(jié)子的調節(jié)機制做了深入研究，利用組學、生物化學、遺傳學的手段，系統(tǒng)而精細地解析了多個重要毒力調節(jié)子的分子調控機制，為尋找新的藥物靶點奠定了堅實的理論基礎。

丁香假單胞菌是農作物的主要病原菌之一。目前丁香假單胞菌已經在世界各大作物產區(qū)蔓延，給世界農業(yè)帶來巨大的經濟損失，促使國內外專家學者對該菌展開了深入研究。鄧新教授在丁香假單胞菌與植物相互作用研究方面，通過構建轉座子突變庫篩選到多個影響丁香假單胞菌三型分泌系統(tǒng)激活的基因；解析了這些基因控制細菌致病性的分子調控機制，提供了多個抗菌靶標基因。

第9篇：遺傳學的研究方向范文

關鍵詞：PID控制；遺傳算法；Matlab仿真

0 引言

PID控制作為最早實用化的控制算法已有70多年歷史，現在仍然是控制系統(tǒng)中應用最為普遍的一種控制規(guī)律。它所涉及的算法和控制結構簡單，實際經驗以及理論分析都表明，這種控制規(guī)律對許多工業(yè)過程進行控制時， 一般都能得到較為滿意的控制效果。隨著控制理論的發(fā)展，尤其是人工智能研究的日趨成熟，許多先進的算法理論逐漸被應用到傳統(tǒng)的PID控制中，并取得了更為優(yōu)越的控制效果。本文就以傳統(tǒng)PID控制和遺傳算法理論為基礎，簡述了基于遺傳算法整定的PID控制基本理論和方法。

1 PID控制

通過將偏差的比例（Proportional）、積分（Integral）、微分（Derivative）進行線性組合構成控制量，對被控對象進行控制，這種控制方法叫做PID控制。在自動控制發(fā)展的歷程中，常規(guī)PID控制得到了廣泛的應用，整個控制系統(tǒng)由常規(guī)PID控制器和被控對象組成，根據系統(tǒng)給定值r（t）與實際輸出值y（t）存在的控制偏差e（t）=r（t）-y（t）組成控制規(guī)律。PID控制器將偏差e（t）的比例-積分-微分通過線性組合構成控制量，對被控對象進行控制。其基本控制規(guī)律為

式中，Kp為比例增益，Ti為積分時間常數，Td為微分時間常數，u（t）為控制量，e（t）為偏差。

2 遺傳算法基本操作

遺傳算法，簡稱GA（Genetic Algorithms），是由美國Michigan大學的Holland教授于上世紀六十年代率先提出的一種高效并行全局最優(yōu)搜索方法。遺傳算法是模擬達爾文生物進化論的自然選擇和孟德爾遺傳學機理的生物進化過程的計算模型，它將“優(yōu)勝劣汰，適者生存”的生物進化理論引入優(yōu)化參數形成的編碼串聯群體中，按所選擇的適配值函數通過遺傳中的復制、交叉和變異對種群個體進行篩選，并保留適配值高的種群個體，組成新的群體。新的群體既繼承了上一代的種群信息，又包含有優(yōu)于上一代的個體信息，這樣周而復始，種群中個體的適應度不斷提高，直到滿足一定的特定條件而停止運算，從而得到最優(yōu)解。

遺傳算法的關鍵技術包含以下幾個方面：

（1）遺傳編碼：遺傳算法的編碼方式主要有二進制編碼、十進制編碼、實數編碼等。二進制編碼是比較常見的編碼方式，它將解空間編碼成二進制串，然后對其進行遺傳算法運算，二進制編碼既符合計算機處理信息的原理，也方便了對染色體進行復制、交叉和變異等操作，但它通常都需要進行參數進制轉換，需要對高維參數進行編碼時很難平衡編碼長度和變量精度之間的關系，算法的執(zhí)行效率也是一大問題。實數編碼將問題的解用一個實數來表示，解決了編碼對算法精度和存儲空間的影響，精度高，便于大空間搜索，適于高維復雜優(yōu)化問題。

（2）適應度評估：遺傳算法依照與個體適應度成正比的幾率決定當前種群中各個個體遺傳到下一代群體中的機會，個體適應度大的個體更容易被遺傳到下一代，而用來衡量個體適應度大小的函數則被稱為個體適應度函數。為正確分析遺傳概率，通常要求所有個體的適應度必須為非負值，因此需要確定由目標函數到個體適應度值之間的轉換規(guī)則。

（3）遺傳算子：遺傳算法的遺傳算子主要包括選擇算子、交叉算子和變異算子。選擇算子是指從當前種群中根據“優(yōu)勝劣汰、適者生存”的自然原理，選擇適應度值高的個體以產生池的過程。選擇的主要目的是避免有效基因的損失，提高全局收斂性和計算效率，通常使用的方法有適應度比例法、期望值法、排位次法等；交叉算子是指將兩個父代個體的相關染色體的特定基因，加以重組排列出新個體的過程。交叉算子是遺傳算法的核心，并決定遺傳算法的收斂性和、，可提高算法執(zhí)行過程中的優(yōu)化效率，常用的交叉運算方式有單點交叉、多點交叉和均勻交叉運算等；變異算子是指以一定的概率模擬自然界生物進化中染色體上某等位基因發(fā)生的突變現象，從而改變遺傳基因的過程。若只有選擇和交叉，而缺乏變異，則有可能使進化過程在早期就陷入局部解而進入終止過程，造成算法的早熟收斂，變異操作一定程度上克服了這種情況，有利于在盡可能大的空間中獲得質量較高的優(yōu)化解。

（4）算法參數：遺傳算法運行時有幾個參數需要在種群初始化或者種群進化過程中進行合理的選擇和控制，主要包括個體編碼長度l、群體規(guī)模M（一般取20～100）、終止進化代數G（一般取100～500）、交叉概率Pc（一般取0.4～0.99）和變異概率Pm（一般取0.0001～0.1）。

3 基于遺傳算法的PID控制

在傳統(tǒng)的控制理論當中，PID控制的好壞主要取決于三個控制參數調節(jié)的好壞，而遺傳算法的出現則提供了一種優(yōu)化參數調節(jié)的可行方法。利用遺傳算法對PID控制參數進行尋優(yōu)并尋找合適的控制參數，使得設定的性能指標達到最優(yōu)化，這就是基于遺傳算法的PID控制的基本思想。

選取被控對象為二階傳遞函數，采樣時間為1ms，

采用10位二進制編碼方式，樣本群體規(guī)模為M=30，終止進化代數G=100，交叉概率為Pc=0.60，變異概率為Pm=0.001，進行Matlab仿真實驗，其階躍響應如圖1所示。

4 結果討論

由Matlab仿真實驗結果可見，基于二進制編碼遺傳算法的PID控制階躍響應過渡平穩(wěn)，能快速達到控制要求，控制效果較為優(yōu)良。根據遺傳算法的特性，在實際應用中通過改變編碼方式、交叉變異概率、樣本數量及終止進化代數等參數都能顯著影響到控制效果，這也為進一步提升遺傳算法的優(yōu)化方案指明了發(fā)展方向。

參考文獻

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