█ 神经科学
星形胶质细胞在整合过去事件信息中扮演关键角色
哈佛大学与谷歌合作完成人类颞叶皮层最大规模的3D映射
血糖水平高促进生殖功能
KDM5B基因在海马体学习和记忆过程中的关键调控作用
第一个大脑信息高速公路模型
学习和记忆过程背后的神经可塑性新机制
神经促使肌肉释放促进大脑健康的因子
人脑维持清醒状态的关键网络
睡眠可以重置大脑连接——但仅限于最初几个小时
中枢和外周生物钟同步调节可以抗衰老
产生去甲肾上腺素的大脑结构如何帮助控制视觉注意力?
小鸟克服脑损伤,无需练习,再次歌唱
█ 认知科学
“数学显微镜”揭示新型高效记忆机制
通过记忆融合重新定义意识
统计物理学证实,敌人的敌人确实是你的朋友
新研究首次精确定位人类“神经罗盘”
神经网络如何影响政治观点的形成?
█ 大脑健康
自闭症小鼠为何存在感觉超敏现象?
迷幻药物如何与血清素受体作用治疗抑郁症
为什么睡觉可以缓解痛苦?
几乎所有携带两个APOE4的人,都会出现阿尔茨海默病症状
歧视可能加速衰老
四分之一的脑瘫病例是由遗传而非缺氧引起的
基因编辑构建抽动秽语综合症小鼠模型
超级老人大脑白质保持完整,有助于维持卓越记忆力
大脑早期遗传发育图谱,为儿童大脑肿瘤发育出错寻踪觅迹
█ 神经技术
利用AI预测神经递质类型
超声波和微泡如何为大脑提供免疫治疗
超低频磁场可有效改善抑郁症状
自动睡眠阶段评分新模型显著提高准确性和效率
低成本MRI结合AI提供高质量医疗诊断
Neuralink公布脑机接口项目进展
可拉伸的电子皮肤赋予机器超越人类的触感灵敏度
从缓慢的大脑活动中解耦重建动态自然视觉
AI模型优化癌症免疫疗法中的T细胞选择
三维电极技术助力视力部分恢复
超小型柔性电极显著提升视觉植入物的长效性和安全性
利用流体离子电子纳米通道进行类脑计算
利用深度学习技术显著提高脑电图脑机接口性能
新型柔性微针电极阵列促进精准健康监测
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神经科学
星形胶质细胞在整合过去事件信息中扮演关键角色
星形胶质细胞长期以来被认为在信息处理中缺乏中央整合功能,而最新的研究挑战了这一传统观点。这项研究由苏黎世大学和苏黎世联邦理工学院的研究团队进行,团队的领导者为Fritjof Helmchen和Peter Rupprecht。
该团队利用双光子成像技术和光遗传学技术,在实验中观察和分析了成年小鼠海马体中的星形胶质细胞活动。他们发现,星形胶质细胞能够在其细胞体中整合来自远端过程的钙信号。显著的过去事件,如瞳孔扩张,可以促进钙信号的传播,而这种传播可以通过激活蓝斑核(locus coeruleus)来复现。此外,通过药理学抑制α1-肾上腺素受体可以减少这种传播。这表明星形胶质细胞不仅仅是被动的支持结构,而是参与中央神经系统信息处理的积极单元。研究发表在Nature Neuroscience上。
#神经科学 #星形胶质细胞 #钙信号 #光遗传学 #蓝斑
阅读论文:
Rupprecht, Peter, et al. “Centripetal Integration of Past Events in Hippocampal Astrocytes Regulated by Locus Coeruleus.” Nature Neuroscience, Apr. 2024, pp. 1–13. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s41593-024-01612-8.
哈佛大学与谷歌合作完成人类颞叶皮层最大规模的3D映射
近日,哈佛大学与谷歌的科学家们成功绘制了人脑皮层一立方毫米范围内的详细结构图谱。这一研究涉及约57,000个细胞和1.5亿个突触,使用了高达1.4PB的数据,展示了前所未见的脑细胞连接新模式。
研究采用高通量串行切片电子显微镜对一立方毫米的人类颞叶皮层进行了详细成像。研究的样本来自一位45岁女性的大脑皮层,该女性此前因癫痫接受手术。样本被浸泡在防腐剂中,并用重金属染色以便于观察。研究过程中,科学家们发现了一些非常规的神经元,它们之间可以形成高达50个连接点。此外,某些神经元的触须能够缠绕形成结构,这在之前的研究中从未见过。还观察到了具有近乎完美镜像对称的神经元组。研究发表在 Science 上。
#神经科学 #连结组学 #脑结构 #电子显微镜 #人工智能
阅读论文:
Shapson-Coe, Alexander, et al. “A Petavoxel Fragment of Human Cerebral Cortex Reconstructed at Nanoscale Resolution.” Science, vol. 384, no. 6696, May 2024, p. eadk4858. science.org (Atypon), https://doi.org/10.1126/science.adk4858.
血糖水平高促进生殖功能
日本名古屋大学的中村翔副教授、塚村浩子教授及大仓智教授带领的研究团队通过对大鼠和山羊的研究,揭示了血糖水平与生殖功能之间的联系。他们的研究成果为抑郁症患者生育问题提供了新的理解和治疗思路。
通过对大鼠和山羊的实验,研究团队发现背侧丘脑的血清素神经元在血糖水平高时能感知到这一变化,并通过激活下丘脑弓状核中的亲和素神经元(KNDy神经元)来提升生殖功能。实验中,通过RNA序列分析和组织学分析确认,大鼠KNDy神经元主要表达5-羟色胺2C受体(5HT2CR),这是一种与血清素结合的蛋白质,能够刺激生殖激素的释放。此外,实验中使用血清素重摄取抑制剂能有效阻断血糖下降对生殖激素的影响。研究发表在Scientific Reports上。
#神经科学 #血糖调节 #生殖健康 #血清素 #抑郁症
阅读论文:
Nakamura, Sho, et al. “Raphe Glucose-Sensing Serotonergic Neurons Stimulate KNDy Neurons to Enhance LH Pulses via 5HT2CR: Rat and Goat Studies.” Scientific Reports, vol. 14, no. 1, May 2024, p. 10190. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s41598-024-58470-4.
KDM5B基因在海马体学习和记忆过程中的关键调控作用
敦国王学院、埃克塞特大学和加利福尼亚大学欧文分校的研究团队联合进行了关于KDM5B基因与学习记忆关系的研究。KDM5B基因先前已与智力障碍和自闭症联系在一起,但其具体作用机制尚不清楚。
研究团队首先在同型合子的Kdm5bΔARID小鼠(一种基因工程小鼠,缺乏KDM5B的去甲基化功能)上进行实验,观察到这些小鼠在海马体依赖的学习任务中表现出超活跃和长期记忆缺陷。通过对比,发现这些小鼠在学习刺激后即刻早期活动依赖性基因表达降低但过度激活。此外,研究还特异性敲低成年野生型小鼠海马体中的Kdm5b基因,发现这导致自发性癫痫、超活跃和长期记忆及长期增强的缺陷。这些结果表明KDM5B是成年海马体中突触可塑性和基因表达的关键调控因子,对于认知功能的维持至关重要。研究发表在Journal of Neuroscience上。
#神经科学 #KDM5B #学习记忆 #突触可塑性 #基因表达
阅读论文:
Pérez-Sisqués, Leticia, et al. “The Intellectual Disability Risk Gene Kdm5b Regulates Long-Term Memory Consolidation in the Hippocampus.” Journal of Neuroscience, vol. 44, no. 19, May 2024. www.jneurosci.org, https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.1544-23.2024.
第一个大脑信息高速公路模型
奥地利科学院分子生物技术研究所(IMBA)的Jürgen Knoblich团队与维也纳医科大学的Gregor Kasprian协作,研究了大脑中类似高速公路的神经连接。利用一种罕见神经发育障碍的知识,该团队开发了模拟大脑重要连接的类器官模型。
该研究利用携带ARID1B基因突变的两名患者的血细胞制成干细胞,并从中发展出三维脑类器官,以模拟大脑中的长距离神经投射。通过将两个脑类器官放置在3D打印的模具中,研究人员观察到了这些类器官通过神经投射(轴突)如何连接。研究发现,含有ARID1B突变的类器官在发展连接轴突时存在显著障碍,连接数量较少。进一步的研究显示,在ARID1B突变的神经元中,负责神经成熟和轴突生成的基因组表达下调,这解释了为什么这些神经元无法产生用于胼胝体的长距离轴突。研究发表在Cell Stem Cell 上。
#神经科学 #基因突变 #脑类器官 #胼胝体发育不全 #轴突生成
阅读论文:
Martins-Costa, Catarina, et al. “ARID1B Controls Transcriptional Programs of Axon Projection in an Organoid Model of the Human Corpus Callosum.” Cell Stem Cell, May 2024. ScienceDirect, https://doi.org/10.1016/j.stem.2024.04.014.
学习和记忆过程背后的神经可塑性新机制
来自特伦托大学、哈佛医学院和德国神经退行性疾病中心的国际合作团队,发现大脑外胞基质中的硫酸软骨(chondroitin sulfate,CS)簇在神经突触可塑性中起着至关重要的作用。此项研究由Yuri Bozzi和Gabriele Chelini领导。
研究团队采用高分辨率成像技术观察硫酸软骨簇,这些簇在感觉刺激下形成,并与树突棘的可塑性相关。通过免疫共沉淀技术,研究者识别出参与神经递质释放和接收的关键分子,进一步揭示了这些簇在长时程增强中的功能。通过减少CS56糖表位,研究显示海马CA1区的长时程增强和物体位置记忆受损,强调了突触周围细胞外基质在活动依赖性重塑中的调控作用。研究发表在Cell Reports上。
#神经科学 #突触可塑性 #大脑信息整合 #软骨硫酸 #记忆形成
阅读论文:
Chelini, Gabriele, et al. “Focal Clusters of Peri-Synaptic Matrix Contribute to Activity-Dependent Plasticity and Memory in Mice.” Cell Reports, vol. 43, no. 5, May 2024. www.cell.com, https://doi.org/10.1016/j.celrep.2024.114112.
神经促使肌肉释放促进大脑健康的因子
运动能促进肌肉分泌对大脑有益的分子,但神经对这一过程的具体作用尚不明确。伊利诺伊大学香槟分校的化学与生物分子工程学教授Hyunjoon Kong及其研究团队通过实验深入探索了神经元如何调控肌肉的分泌活性。
该研究使用了一个包含有神经支配和无神经支配的肌肉组织模型。研究人员发现,有神经支配的肌肉在谷氨酸的刺激下,能够更有效地表达与肌肉分泌活性相关的基因,并释放出更多的虹膜素和外泌体(exosomes)。这些外泌体含有多样化的对神经发育有影响的微RNA。这一发现表明,神经元的存在对肌肉释放对大脑有益的因子至关重要,特别是在神经肌肉疾病或老年性肌肉功能衰退中,理解如何调节或维持肌肉的分泌行为变得非常重要。此外,这些由神经支配的肌肉分泌的生物因子能显著增强体外初级海马神经元的分支生长、轴突传输和自发网络活动,显示了工程化神经肌肉组织模型在生产神经营养分子方面的应用潜力。研究发表在 PNAS 上。
#神经支配 #肌肉分泌活性 #虹膜素 #外泌体 #微RNA
阅读论文:
Huang, Kai-Yu, et al. “Neuronal Innervation Regulates the Secretion of Neurotrophic Myokines and Exosomes from Skeletal Muscle.” Proceedings of the National Academy of Sciences, vol. 121, no. 19, May 2024, p. e2313590121. pnas.org (Atypon), https://doi.org/10.1073/pnas.2313590121.
人脑维持清醒状态的关键网络
马萨诸塞州总医院和波士顿儿童医院的研究团队通过使用高分辨率扫描技术,揭示了一个关键的脑网络——默认上升唤醒网络(Default Ascending Arousal Network),该网络在休息状态的人类大脑中维持清醒。
研究整合了离体磁共振扩散成像(diffusion MRI)和免疫组织化学染色的数据,识别并描绘了位于脑干、下丘脑、丘脑和基底前脑的关键节点。通过确定性与概率性纤维追踪分析,研究团队发现了连接这些节点及与默认模式网络节点的多条路径。此外,通过分析7 Tesla 静息态功能性MRI数据,研究发现腹侧被盖区作为一个多巴胺性枢纽节点,在维持人类意识的唤醒和意识网络中起着关键作用。研究发表在Science Translational Medicine 上。
#人类意识 #默认上升唤醒网络 #默认模式网络 #7特斯拉MRI #脑网络
阅读论文:
Edlow, B. L., Olchanyi, M., Freeman, H. J., Li, J., Maffei, C., Snider, S. B., Zöllei, L., Iglesias, J. E., Augustinack, J., Bodien, Y. G., Haynes, R. L., Greve, D. N., Diamond, B. R., Stevens, A., Giacino, J. T., Destrieux, C., van der Kouwe, A., Brown, E. N., Folkerth, R. D., … Kinney, H. C. (2024). Multimodal MRI reveals brainstem connections that sustain wakefulness in human consciousness. Science Translational Medicine, 16(745), eadj4303. https://doi.org/10.1126/scitranslmed.adj4303
睡眠可以重置大脑连接——但仅限于最初几个小时
伦敦大学学院的最新研究发现,大脑在睡眠过程中会减弱在清醒时期形成的神经元之间的新连接,但这种减弱只发生在夜间睡眠的前半部分。该研究由细胞与发展生物学教授Jason Rihel领导,团队运用了基因改造的透明斑马鱼作为实验对象。
研究团队采用了反复成像技术,观察斑马鱼幼体单个神经元的所有兴奋性突触在睡眠-觉醒周期中的变化。结果显示,突触在清醒期间增加,在睡眠期间减少,尤其在长时间清醒后伴随高睡眠压力的睡眠中,突触损失最为显著。如果这种模式在人类中也成立,那么与夜间睡眠相比,午睡时突触重塑可能不太有效。此外,药物诱导的睡眠在低睡眠压力期间无法有效减少突触,除非同时提高腺苷水平和抑制去甲肾上腺素水平。这表明睡眠中突触的减少是由睡眠压力在单个神经元水平上调控的,揭示了睡眠调节神经突触稳态的复杂机制。研究发表在Nature杂志上。
#睡眠 #神经突触 #斑马鱼 #突触稳态假说 #神经元
阅读论文:
Suppermpool, A., Lyons, D. G., Broom, E., & Rihel, J. (2024). Sleep pressure modulates single-neuron synapse number in zebrafish. Nature, 1–7. https://doi.org/10.1038/s41586-024-07367-3
中枢和外周生物钟同步调节可以抗衰老
来自庞培法布拉大学和 巴塞罗那大学生物医学研究所的研究团队在Science 和Cell Stem Cell 杂志上同时发表了两篇补充研究文章,揭示了中枢和外周生物钟协调调节皮肤和肌肉的日常活动。
在Science杂志上发表的研究重点关注了大脑与肌肉时钟的同步,这种同步对于维持日常的肌肉功能和预防肌肉过早老化至关重要。研究还表明,限时进食(TRF,仅在一天中的活动阶段进食)可以增强肌肉时钟的独立性,并减轻老年小鼠的肌肉损失。
在Cell Stem Cell杂志上发表的研究则详细阐述了大脑和皮肤表皮时钟之间的通信。通过对这一隔离连接的转录组和功能特征分析,研究团队确定了周边组织时钟对系统性输入的守门人功能。具体来说,表皮生物钟同时整合并调整大脑的信号,以确保表皮日常生理活动的及时执行。例如,研究人员观察到,如果DNA复制仅由中央时钟调节,那么DNA复制就会发生在白天,此时皮肤暴露在紫外线下,这会增加突变积累的风险。
#生物钟 #肌肉老化 #日常生理功能 #限时进食 #同步调节
阅读论文:
Kumar, Arun, et al. "Brain-muscle communication prevents muscle aging by maintaining daily physiology." Science 384.6695 (2024): 563-572. https://doi.org/10.1126/science.adj8533
Mortimer, Thomas, et al. "The epidermal circadian clock integrates and subverts brain signals to guarantee skin homeostasis." Cell Stem Cell (2024). https://doi.org/10.1016/j.stem.2024.04.013
产生去甲肾上腺素的大脑结构如何帮助控制视觉注意力?
脑干中的蓝斑区(LC)可产生去甲肾上腺素,这种化学物质对唤醒和觉醒具有强大作用。最新研究中,芝加哥大学的神经科学家发现,LC区域还能显著影响视觉注意力的处理。这一发现由神经生物学教授John Maunsell和博士后研究员Supriya Ghosh的团队完成。
研究团队首先通过光遗传学技术,操控LC区域的神经元活动,观察这一改变如何影响灵长类动物在执行视觉注意任务时的表现。实验中,两只猴子被训练在屏幕的左侧或右侧注意不同的图像,研究者记录了LC神经元在任务中的活动情况。结果显示,当动物关注某侧图像时,相应的LC神经元活动显著增加。此外,通过增强这些神经元的反应,动物在区分图形方面的能力得到了提升,这一点在对照组动物中未见显著效果。这些发现不仅揭示了LC在调控视觉注意力中的独特作用,也强调了其在感觉加工中的重要性。研究发表在 Neuron上。
#蓝斑区 #视觉注意力 #光遗传学 #去甲肾上腺素 #神经元活动
阅读论文:
Ghosh, S., & Maunsell, J. H. R. (2024). Locus coeruleus norepinephrine contributes to visual-spatial attention by selectively enhancing perceptual sensitivity. Neuron, 0(0). https://doi.org/10.1016/j.neuron.2024.04.001
小鸟克服脑损伤,无需练习,再次歌唱
每年有超过795,000人受到中风的影响,这种状况通常会导致脑部损伤。在加州理工学院生物学研究教授Carlos Lois的领导下,研究团队利用斑马雀作为模型,探究大脑如何在没有外部练习的情况下自我修复和重新组织。
团队针对斑马雀的高级发声中心(High Vocal Center, HVC)进行了基因操作,使大约70%的神经元失活。这导致鸟类的歌声严重退化。在经过10天的无声期后,这些鸟类突然能够准确地恢复其原有歌声。进一步的研究显示,歌声恢复伴随着邻近未操控神经元的兴奋性突触输入增强。研究人员推测,虽然这些动物在醒着的时候没有歌唱,但它们可能在睡眠中“梦到”它们的歌曲,从而使大脑得以重新组织。这些观察结果表明,即使在不唱歌的情况下,也存在细胞和系统级的恢复机制,这些发现启发的模型基于行为和电生理学结果,提出无监督的单细胞和群体水平的稳态可塑性规则可以支持在连续动态网络中大规模干扰后的功能恢复。研究发表在Nature Neuroscience上。
#脑塑性 #行为恢复 #神经元活动 #离线机制 #基因扰动
阅读论文:
Wang, B., Torok, Z., Duffy, A., Bell, D. G., Wongso, S., Velho, T. A. F., Fairhall, A. L., & Lois, C. (2024). Unsupervised restoration of a complex learned behavior after large-scale neuronal perturbation. Nature Neuroscience, 1–11. https://doi.org/10.1038/s41593-024-01630-6
认知科学
“数学显微镜”揭示新型高效记忆机制
加州大学洛杉矶分校(UCLA)的健康研究团队发现了一个在睡眠中也能降低代谢成本的记忆形成机制。这一发现有助于深入理解阿尔茨海默病等记忆障碍病症的早期诊断和治疗。
研究团队采用了称为“数学显微镜”的新型方法,通过简化大脑复杂交互作用的数学模型,实现了对内嗅皮层和大脑皮层之间的对话和记忆形成过程的高精度解析。实验观察到,在睡眠或麻醉状态下,大脑皮层的信号和内嗅皮层的反应呈现出类似波浪起伏的动态。模型不仅预测了自发的持续活动(SPA),还首次发现了自发的持续不活动状态(SPI),这种状态的能量消耗极低,有助于提高记忆容量并降低代谢成本。此外,这一数学模型与实验数据的完美匹配为神经科学领域提供了前所未有的精确度。研究发表在Nature Communications上。
#认知科学 #记忆形成 #数学模型 #能量效率 #阿尔茨海默病
阅读论文:
Choudhary, Krishna, et al. “Spontaneous Persistent Activity and Inactivity in Vivo Reveals Differential Cortico-Entorhinal Functional Connectivity.” Nature Communications, vol. 15, no. 1, May 2024, p. 3542. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s41467-024-47617-6.
通过记忆融合重新定义意识
最新研究由MX Biotech的Gerard Marx和耶路撒冷希伯来大学的Israel Jerusalem领导,通过全局神经工作空间(GNW)假设和三部分记忆机制(Tripartite Mechanism of Memory),提出了一种新的理解意识和记忆的方法。
研究者提出,记忆在意识形成中起着关键作用,而情感记忆则是理解大脑如何创建体验性记忆的关键。研究中引入了“大脑云”概念,强调信息在大脑各解剖区域之间的流动。此外,研究识别了一种三部分神经记忆机制,其中神经元利用微量金属离子(trace metal cations)和神经递质(neurotransmitters)在细胞外基质中编码情感状态。研究还强调了在复杂生物体中,细菌化学信号过程对神经记忆和意识发展的进化重要性。通过生化视角,研究阐明了生命如何通过记忆进化转变为意识。研究发表在 International Journal of Psychiatry Research 上。
#认知科学 #神经网络 #记忆机制 #意识研究 #情感状态
阅读论文:
Marx G, Gilon C. “Consciousness” as a Fusion of the Global Neuronal Network (GNW) Hypothesis and the TripartiteMechanism of Memory. Int J Psychiatr Res 2024; 7(2): 1-6.
统计物理学证实,敌人的敌人确实是你的朋友
西北大学的研究团队,由物理与天文学助理教授István Kovács领导,近日成功应用统计物理学证实了著名的社会平衡理论。根据该理论,人类通过四个规则达到平衡的关系——敌人的敌人是朋友,朋友的朋友是朋友,敌人的朋友是敌人,朋友的敌人是敌人。
科瓦奇团队通过分析大规模的公开社交网络数据集,改进了社交网络模型,确保模型中的正负关系分配既随机又符合现实生活中的社交限制。新模型同时考虑了两个关键部分:并非每个人都认识社交网络中的其他人,并且有些人比其他人更友好,从而更精确地验证了社会平衡理论。此外,通过引入STP空模型(STP null model),研究者不仅匹配了节点的有符号度偏好,也保持了网络的结构完整,使得模型在三节点和四节点的社交模式中展现出强平衡。研究发表在Science Advances上。
#社会平衡理论 #统计物理 #社交网络 #网络模型 #社会动态
阅读论文:
Hao, Bingjie, and István A. Kovács. “Proper Network Randomization Is Key to Assessing Social Balance.” Science Advances, vol. 10, no. 18, May 2024, p. eadj0104. science.org (Atypon), https://doi.org/10.1126/sciadv.adj0104.
新研究首次精确定位人类“神经罗盘”
伯明翰大学与慕尼黑大学的研究团队发表了一项新研究,首次揭示了人类大脑中用于定向和导航的内部神经罗盘。研究者利用移动脑电图和动作捕捉技术,监测52名健康参与者和10名接受颅内电极监测的患者在进行头部转向时的大脑活动。通过应用前向编码模型和线性混合效应模型,研究人员成功隔离了与前进方向相关的电生理活动,并在内侧颞叶发现了一个预测真实头部方向改变的强烈后部中央信号。此外,研究还表明在进行头部方向和眼动调谐时,大脑能够保持这两种编码,尤其在内侧颞叶的调谐更为强烈。研究发表在 Nature Human Behaviour 上。
#导航 #神经罗盘 #脑电图 #颞叶 #定向
阅读论文:
Griffiths, Benjamin J., et al. “Electrophysiological Signatures of Veridical Head Direction in Humans.” Nature Human Behaviour, May 2024, pp. 1–17. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s41562-024-01872-1.
神经网络如何影响政治观点的形成?
由来自詹姆斯库克大学的Zoltan Sarnyai教授领导的国际研究团队完成的最新研究,探讨了社会政治威胁如何影响人们对政治信息的接受度。
研究团队提出了基于威胁的神经开关理论(Threat-based Neural Switch theory),通过结合认知神经科学的压力引发记忆转变(stress-induced memory shift)和竞争性认知过程理论,以及政治科学研究,探索大脑如何在特定威胁下调整其信息处理方式。实验通过非侵入性脑刺激技术,特别是削弱前额叶皮质的功能,来测试这一理论。结果显示,在压力环境下,简化信息的处理效率更高,这可能加剧了对教条主义政治信息的偏好。研究发表在Current Opinion in Behavioral Sciences上。
#神经科学 #政治心理学 #认知神经科学 #社会政治威胁 #信息处理
阅读论文:
Németh, D., Vékony, T., Orosz, G., Sarnyai, Z., & Zmigrod, L. (2024). The interplay between subcortical and prefrontal brain structures in shaping ideological belief formation and updating. Current Opinion in Behavioral Sciences, 57, 101385. https://doi.org/10.1016/j.cobeha.2024.101385
大脑健康
自闭症小鼠为何存在感觉超敏现象?
自闭症患者常遭受感觉过敏,这种过敏会导致对常见感觉刺激(如声音、光线和触觉)的反应异常,从而引起极大的压力并进一步导致社交隔离。韩国基础科学研究所的研究团队发现了这种感觉异常的潜在机制。
该研究采用带有Grin2b基因突变的自闭症模型小鼠,重点研究前扣带皮层( ACC)的角色。通过功能性磁共振成像和活动依赖性标记技术,研究团队观察到ACC在小鼠中的神经活动异常增强。利用化学遗传学技术抑制ACC的过度活动后,小鼠的感觉过敏得以正常化。此外,研究还显示ACC与其他大脑区域之间的功能连接增强,这种“过度连接”与感觉异常有直接关联。这些发现揭示了NMDA受体的一个亚单位GluN2B在调控自闭症相关的大脑连接和感觉功能中的重要作用。研究发表在Molecular Psychiatry 上。
#大脑健康 #自闭症 #前扣带皮层 #NMDA受体 #感觉过敏
阅读论文:
Lee, Soowon, et al. “Anterior Cingulate Cortex-Related Functional Hyperconnectivity Underlies Sensory Hypersensitivity in Grin2b-Mutant Mice.” Molecular Psychiatry, May 2024, pp. 1–13. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s41380-024-02572-y.
迷幻药物如何与血清素受体作用治疗抑郁症
西奈山伊坎医学院的研究团队最近发表了一项关于精神活性药物5-MeO-DMT如何激活血清素受体5-HT1A并在抑郁症和焦虑症治疗中显示潜在效果的研究。
通过冷冻电子显微镜技术,研究者详细映射了5-HT1A受体的结构,并通过药物化学方法和受体突变技术,分析了5-MeO-DMT及其类似物的活性。他们发现,一个称为4-F, 5-MeO-PyrT的化合物在没有引起幻觉的情况下,可以有效地缓解由社会挫败引起的焦虑和抑郁症状,这些效果主要通过5-HT1A受体介导。研究发表在 Nature 上。
#神经科学 #血清素受体 #5-HT1A #抗抑郁治疗 #精神活性药物
阅读论文:
Warren, Audrey L., et al. “Structural Pharmacology and Therapeutic Potential of 5-Methoxytryptamines.” Nature, May 2024, pp. 1–10. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s41586-024-07403-2.
为什么睡觉可以缓解痛苦?
伍尔科克医学研究所Rick Wassing领衔的研究团队通过对过去二十多年的睡眠障碍研究进行综合分析,使用了神经生物学、神经化学和临床心理学的方法,对睡眠期间特定神经化学物质的调节如何影响情绪记忆处理进行了深入研究。在白天,大脑通过海马体的作用,将新的信息归纳和记录在“新奇”记忆库中。如果这些新体验带有情绪成分,杏仁核将变得非常活跃,并与自主神经系统相连,引发如心跳加速、胃部绷紧等生理反应。在快速眼动睡眠期间,大脑会重新激活这些新的记忆,但由于去甲肾上腺素和5-羟色胺系统被关闭,这些记忆可以在不经历生理上的“战或逃”反应的情况下,转移到“熟悉”记忆存储中。研究也表明,睡眠不足或睡眠质量差将增加心理健康问题的风险,提出了通过认知行为疗法改善失眠症状的可能性。研究发表在Nature Reviews Neuroscience上。
#大脑健康 #情绪记忆 #神经化学 #光遗传学 #心理健康
阅读论文:
Cabrera, Yesenia, et al. “Overnight Neuronal Plasticity and Adaptation to Emotional Distress.” Nature Reviews Neuroscience, vol. 25, no. 4, Apr. 2024, pp. 253–71. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s41583-024-00799-w.
几乎所有携带两个APOE4的人,都会出现阿尔茨海默病症状
Sant Pau研究所的研究团队,在神经内科记忆单元主任Juan Fortea的带领下,针对APOE4基因纯合子的阿尔茨海默病病理进行了深入研究。研究者分析了来自全国阿尔茨海默协调中心和五个大型多中心队列的3297名脑捐赠者及10039名阿尔茨海默病生物标记数据。
结果显示,几乎所有APOE4纯合子均表现出阿尔茨海默病的病理特征,55岁时与APOE3纯合子相比具有更高水平的疾病相关生物标记。到65岁时,超过95%的APOE4纯合子在脑脊液中淀粉样蛋白水平异常,75%显示阳性淀粉样蛋白扫描。这些发现表明APOE4纯合子可视为阿尔茨海默病的一种独特的遗传形式。研究发表在Nature Medicine 上。
#阿尔茨海默病 #遗传学 #APOE4基因 #生物标记 #预防策略
阅读论文:
Fortea, Juan, et al. “APOE4 Homozygozity Represents a Distinct Genetic Form of Alzheimer’s Disease.” Nature Medicine, May 2024, pp. 1–8. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s41591-024-02931-w.
歧视可能加速衰老
纽约大学全球公共卫生学院的研究团队发现,歧视不仅是社会问题,还可能加速人的生物学老化,增加老化相关疾病的风险。该团队由社会与行为科学系的助理教授Adolfo Cuevas领导。
研究通过分析1967名美国中年成人的调查数据和血液中的DNA甲基化数据,使用了线性回归分析方法来探究日常歧视、重大歧视及工作场所歧视与生物学老化之间的关系。生物学老化通过DunedinPACE、PhenoAge和GrimAge2三种表观遗传时钟测量,这些时钟可以评估老化的生物学进程。研究发现,经常经历歧视的个体比较少经历歧视的同龄人生物学老化更快。研究还指出,抽烟和体质指数(BMI)大约解释了这种关系的一半。此外,白人参与者相较于黑人参与者对歧视的生物学影响更为敏感。研究发表在Brain, Behavior, and Immunity-Health上。
#神经科学 #生物学老化 #DNA甲基化 #表观遗传时钟 #健康不平等
阅读论文:
Cuevas, Adolfo G., et al. “Multi-Discrimination Exposure and Biological Aging: Results from the Midlife in the United States Study.” Brain, Behavior, & Immunity - Health, May 2024, p. 100774. ScienceDirect, https://doi.org/10.1016/j.bbih.2024.100774.
四分之一的脑瘫病例是由遗传而非缺氧引起的
近年来,脑瘫(Cerebral Palsy, CP)的病因一直是神经学领域的研究重点。澳大利亚阿德莱德大学与中国的复旦大学、郑州大学的研究团队合作,开展了全球规模最大的儿童脑瘫基因研究,旨在探讨遗传因素在脑瘫发生中的角色。
研究通过对1578名中国儿童进行现代外显子测序,发现24.5%的儿童存在致病性或可能致病性遗传变异。研究还发现,与无出生窒息的儿童相比,出生时有围生期窒息(Perinatal Asphyxia)症状的儿童遗传诊断率更高,强调了基因因素在脑瘫发病中的重要性。此外,8.5%的病例中发现的遗传变异具有临床干预的可能,说明针对性的基因治疗可以为部分脑瘫儿童带来希望。研究发表在Nature Medicine。
#神经科学 #基因测序 #脑瘫 #遗传变异 #临床应用
阅读论文:
Wang, Yangong, et al. “Exome Sequencing Reveals Genetic Heterogeneity and Clinically Actionable Findings in Children with Cerebral Palsy.” Nature Medicine, May 2024, pp. 1–11. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s41591-024-02912-z.
基因编辑构建抽动秽语综合症小鼠模型
在新泽西州罗格斯大学,由遗传学教授杰伊·蒂希菲尔德领导的团队,通过CRISPR/Cas9技术在小鼠中插入与抽动秽语综合症患者相同的基因突变,成功培育出展现该疾病特征的小鼠模型。
研究团队选取了与抽动秽语综合症高度相关的两个基因CELSR3和WWC1,利用CRISPR/Cas9技术在小鼠基因中引入与人类同源的突变。这些基因编辑后的小鼠表现出与TD患者相似的认知和感觉运动行为异常。通过声学前脉冲抑制测试,研究者观察到感觉运动门控缺陷。特别地,雌性小鼠在这些表型上表现更为明显。此外,阿立哌唑(Aripiprazole),一种多巴胺D2型受体的部分激动剂,能显著减轻这些行为异常。研究还发现,这些小鼠在连续的固定比率增强任务中表现出更强的运动反应和奖励学习能力。研究发表在PNAS上。
#抽动秽语综合症 #CRISPR/Cas9 #基因编辑 #神经生物学 #动物模型
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Nasello, Cara, et al. “Human Mutations in High-Confidence Tourette Disorder Genes Affect Sensorimotor Behavior, Reward Learning, and Striatal Dopamine in Mice.” Proceedings of the National Academy of Sciences, vol. 121, no. 19, May 2024, p. e2307156121. pnas.org (Atypon), https://doi.org/10.1073/pnas.2307156121.
超级老人大脑白质保持完整,有助于维持卓越记忆力
西班牙马德里理工大学和索非亚王后基金会阿尔茨海默病中心的神经科学家通过对超级老人的研究,发现这一群体能够在高龄时保持优异的记忆力。这些超级老年人的大脑白质完整性没有像普通老年人那样经历显著退化,从而保持了较高的认知功能。
研究团队在五年的时间里对64名超级老年人和55名普通老年人进行了年度跟踪,通过扩散张量成像(DTI)和其他神经影像学技术,评估了他们大脑的全球白质和区域特定白质微结构。结果显示,在全球白质健康方面,两组之间无明显差异,但超级老年人在白质微结构的保持上表现更佳。尤其是在前额叶纤维的分数各向异性(Fractional Anisotropy, FA)较高,多数白质束的平均扩散性(Mean Diffusivity, MD)较低。随着时间的推移,超级老年人的FA下降速度较慢,MD增加的速度也较慢,这些发现支持了超级老年人抵抗年龄相关大脑结构变化的能力。研究发表在The Journal of Neuroscience上。
#超级老年人 #白质完整性 #记忆保持 #年龄相关认知衰退 #神经科学
阅读论文:
Garo-Pascual, M., Zhang, L., Valentí-Soler, M., & Strange, B. A. (2024). Superagers resist typical age-related white matter structural changes. Journal of Neuroscience. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.2059-23.2024
大脑早期遗传发育图谱,为儿童大脑肿瘤发育出错寻踪觅迹
由卡罗琳斯卡医学院领衔的国际研究团队发表了有关人类大脑早期发育的图谱。这份图谱揭示了大脑发展中基因和染色质的动态变化,可以用来探究儿童大脑肿瘤发育出错的原因,并寻找新的治疗方法。
研究团队在Sten Linnarsson教授的带领下,应用单细胞分辨率技术,详细绘制了怀孕第六周至第十三周人类大脑发展过程中的基因表达和染色质可及性。他们定义了135个不同的细胞群集,并通过多组学方法将候选顺式调控元件与基因表达相关联。
研究发现,随着胚胎年龄的增长和神经细胞的分化,基因的活跃区域显著增加。通过卷积神经网络,研究者识别出特定神经亚型的增强子中功能性转录因子结合位点。此外,通过分析与ESRRB基因激活机制相关的顺式调控元件,研究揭示了浦肯野细胞系的发育途径。最后,通过将疾病相关的遗传变异与顺式调控元件相链接,研究验证了几种神经发育疾病的潜在致病机制,并指出源于中脑的GABA能神经元对重大抑郁障碍相关突变最为敏感。研究发表在Nature杂志上。
#人类大脑发育 #基因调控 #染色质可及性 #顺式调控元件 #单细胞分辨率
阅读论文:
Mannens, C. C. A., Hu, L., Lönnerberg, P., Schipper, M., Reagor, C. C., Li, X., He, X., Barker, R. A., Sundström, E., Posthuma, D., & Linnarsson, S. (2024). Chromatin accessibility during human first-trimester neurodevelopment. Nature, 1–8. https://doi.org/10.1038/s41586-024-07234-1
神经技术
利用AI预测神经递质类型
霍华德·休斯医学研究所Jan Funke及其团队在近期论文中探索了利用人工智能预测神经递质的可能性。他们通过使用电子显微镜高分辨率成像技术,研究团队首先对果蝇的神经连接图进行了重建。他们利用人工神经网络来预测从神经突触前释放的递质类型,网络成功预测了六种主要递质:乙酰胆碱、谷氨酸、GABA、5-羟色胺、多巴胺和章鱼胺(octopamine)。在神经元和已知细胞类型上,这些预测的准确率分别达到了94%和91%。此外,研究还通过可解释的人工智能技术揭示了不同递质之间的超微结构差异,并对大脑中递质的分布进行了深入分析。研究发表在 Cell 上。
#神经科学 #人工智能 #神经递质预测 #电子显微镜 #可解释AI
阅读论文:
Eckstein, Nils, et al. “Neurotransmitter Classification from Electron Microscopy Images at Synaptic Sites in Drosophila Melanogaster.” Cell, vol. 187, no. 10, May 2024, pp. 2574-2594.e23. www.cell.com, https://doi.org/10.1016/j.cell.2024.03.016.
超声波和微泡如何为大脑提供免疫治疗
华盛顿大学圣路易斯分校的研究团队开发了一种新技术,通过聚焦超声(FUS)和微泡介导的血脑屏障开放(BBBO),解决了抗癌药物难以穿透血脑屏障进入大脑的问题。
研究中使用的技术包括静脉注射微泡和随后的聚焦超声处理,以开放血脑屏障(BBB),从而促进抗程序性细胞死亡配体1抗体(aPD-L1)进入大脑。研究使用了猪作为动物模型,其大脑结构与人类相似,增加了研究的相关性。通过对比增强磁共振成像和荧光成像,研究者发现,经过聚焦超声处理的大脑区域中aPD-L1的浓度平均提高了2.1倍。此外,通过生物安全性测试证明,该技术未引起显著的急性组织损伤。。研究发表在Pharmaceutics上。
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Fadera, Siaka, et al. “Focused Ultrasound-Mediated Delivery of Anti-Programmed Cell Death-Ligand 1 Antibody to the Brain of a Porcine Model.” Pharmaceutics, vol. 15, no. 10, 10, Oct. 2023, p. 2479. www.mdpi.com, https://doi.org/10.3390/pharmaceutics15102479.
超低频磁场可有效改善抑郁症状
来自日本名古屋大学的研究团队发现一种新的非侵入式治疗抑郁的方法。通过使用一个生成极低频磁场的头戴设备,研究团队探索了这种疗法对线粒体功能的潜在影响及其在治疗抑郁中的应用。
研究对象为四名接受常规治疗效果不佳的抑郁症男性患者。通过让他们佩戴能够产生极低频磁场环境(ELF-ELME)的头戴式磁场设备,每天两小时,连续八周进行治疗。线粒体在此疗法中显示出潜在的功能提升。治疗过程中,利用蒙哥马利-阿斯伯格抑郁评定量表(MADRS)进行评分,发现从基线水平开始,患者的抑郁程度在第四、六、八周时显著下降,未报告任何不良事件,显示了ELF-ELME疗法的安全性和有效性。这项研究发表在Asian Journal of Psychiatry上。
#神经技术 #极低频磁场环境ELF-ELME #抑郁治疗 #线粒体功能 #非侵入性治疗
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Tachibana, M., Inada, T., Kimura, H., Ito, M., Kuwatsuka, Y., Kinoshita, F., Mori, D., & Ohno, K. (2024). Extremely Low Frequency, Extremely Low Magnetic Environment for depression: An open-label trial. Asian Journal of Psychiatry, 96, 104036. https://doi.org/10.1016/j.ajp.2024.104036
自动睡眠阶段评分新模型显著提高准确性和效率
Mahidol University的研究团队开发了一个名为ZleepAnlystNet的深度学习模型,旨在通过自动化的方法改善睡眠阶段的评分准确性和效率。这项研究突破了传统的手工评分方法,减少了人为错误和技术人员的工作负担。
研究团队采用了一种新颖的“分离训练”方法,独立训练模型的各个组件以优化性能,使用了15个卷积神经网络和一个双向长短期记忆网络。这种结构使得每个部分都能在不影响整体系统效能的情况下达到最佳性能。模型在Mahidol大学的内部数据集上训练后,整体准确率达到87.02%,宏观F1得分为82.09%,卡帕系数为0.8221,表明与人工评分的高度一致性。此外,模型还在跨数据集验证中表现出强大的通用性和适应性,使用不同数据集(如SHHS)进行训练和测试后,总体准确率和宏观F1得分仍保持较高水平。
#神经技术 #睡眠阶段评分 #深度学习 #卷积神经网络 #长短期记忆网络
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Jirakittayakorn, Nantawachara, et al. “ZleepAnlystNet: A Novel Deep Learning Model for Automatic Sleep Stage Scoring Based on Single-Channel Raw EEG Data Using Separating Training.” Scientific Reports, vol. 14, no. 1, Apr. 2024, p. 9859. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s41598-024-60796-y.
低成本MRI结合AI提供高质量医疗诊断
香港大学的研究团队针对MRI技术高昂成本和复杂操作的问题,开发了一种低成本、简化版的全身超低场(ULF)MRI扫描器。这种新型MRI设备可以在不需要射频屏蔽的环境中使用标准电源插座,极大地降低了使用和维护的成本,特别适合资源有限的国家。
该团队采用了一种0.05 Tesla的永磁体,通过主动感应和深度学习技术处理电磁干扰(EMI),并开发了一种新的深度学习图像形成方法,整合了图像重建和三维多尺度超分辨率。这种方法利用大规模高场高分辨率MRI数据,改善了图像质量,同时显著缩短了扫描时间。实验结果表明,该设备在各种人体解剖结构的成像上均表现出色,即便在强电磁干扰的环境中也能提供清晰的图像,展现了深度学习在提升图像质量方面的潜力。研究发表在Science杂志上。
#神经技术 #MRI #深度学习 #超低场成像 #医疗可及性
阅读论文:
Zhao, Yujiao, et al. “Whole-Body Magnetic Resonance Imaging at 0.05 Tesla.” Science, vol. 384, no. 6696, May 2024, p. eadm7168. science.org (Atypon), https://doi.org/10.1126/science.adm7168.
Neuralink 公布脑机接口项目进展:首位四肢瘫痪者重获自主能力
Neuralink公司最近在亚利桑那州的巴罗神经学研究所公布了其PRIME脑机接口项目的最新进展。该项目的首位参与者,Noland Arbaugh,接受了Neuralink的植入手术,并在术后次日出院。Noland对这次手术表示满意,手术的目的是测试Link设备在日常生活中的安全性、可靠性和实用性。手术后,Noland能够通过Link控制笔记本电脑,重新融入社交生活和数字世界。
手术前,Noland仅能通过口持笔控制平板电脑,使用极为不便。现在,Link使他能够在床上使用电脑,参与在线游戏、互联网浏览、直播等活动,极大提升了他的生活质量和独立性。Neuralink团队还计划持续优化Link的性能,目标是使其操作精度和速度能与普通鼠标相媲美,并扩展其功能到物理世界,如控制机械臂和轮椅等。
#Neuralink #脑机接口 #四肢瘫痪 #科技创新 #数字生活_integration