█脑科学动态
Nature：免疫系统通过制造“表观遗传噪音”实现自我耐受
截肢后大脑身体地图保持稳定
新机制揭示CaMKIIα的S-亚硝化修饰是学习记忆的关键
15个与神经疾病相关的候选新基因
少突胶质细胞异常或是精神分裂症认知障碍的关键
作息并非越规律越好，“适度规律”对大脑最佳
新型组织保存技术实现同体固脑活体器官取样
█AI行业动态
谷歌公布AI能耗真相：一次Gemini查询仅耗五滴水
█AI驱动科学
Cell：AI从头设计微型蛋白调控钠通道，逆转心律失常和癫痫
AI系统iAorta通过普通CT精准识别致命主动脉疾病
将活体水母变为可控海洋探测器
AI进化揭示“简并性”是智能系统的普遍法则
脑科学动态
Nature：免疫系统通过制造“表观遗传噪音”实现自我耐受
免疫系统如何避免“误伤友军”引发自身免疫病？Noah Gamble和Andrew S. Koh等人揭示了胸腺中一种惊人的教学机制。他们发现，负责训练免疫T细胞的“教官细胞”并非依赖精确指令，而是通过主动抑制“基因卫士”p53，在基因组中制造一种可控的“表观遗传噪音”，从而实现功能所必需的细胞可塑性，教会免疫系统识别自我。
研究的核心在于胸腺髓质上皮细胞（medullary thymic epithelial cells, mTECs），它们通过表达全身各处的组织特异性抗原来筛除会攻击自身的T细胞。为探究其机制，研究团队使用单细胞ATAC测序分析发现，决定这些基因能否表达的关键，并非传统认为的基因调控区强信号，而是一种更广泛、更微弱的背景信号，研究者将其定义为“表观遗传噪音”。这种噪音源于大范围的染色质“去稳定化”，即基因组结构被主动“摇松”。惊人的是，这种可控的混乱是通过抑制大名鼎鼎的抑癌基因p53实现的。在mTEC成熟过程中，p53的活性被系统性下调。
为了验证其因果关系，研究者构建了p53活性增强的小鼠模型。结果显示，这些小鼠的mTEC基因组变得“过度整洁”，表观遗传噪音消失，导致大量组织特异性抗原无法表达，最终小鼠患上了严重的多器官自身免疫病。这一发现证明，可控的“噪音”是免疫耐受的基石，绝对的秩序反而有害。研究发表在 Nature 上。
#疾病与健康 #跨学科整合 #免疫耐受 #表观遗传学
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Gamble, Noah, et al. “Thymic Epithelial Cells Amplify Epigenetic Noise to Promote Immune Tolerance.” Nature, Aug. 2025, pp. 1–10. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s41586-025-09424-x
截肢后大脑身体地图保持稳定
当一个人失去肢体后，大脑的内部地图会发生什么变化？剑桥大学的 Tamar Makin 和匹兹堡大学的 Hunter Schone 团队通过一项开创性的纵向研究挑战了长达数十年的神经科学定论。他们的研究结果表明，大脑中代表缺失肢体的地图并不会像传统认为的那样被“重塑”，而是惊人地保持完整，这一发现对理解幻肢痛和开发先进假肢技术具有深远影响。
▷截肢前（截肢前 1 和截肢前 2）以及截肢后（截肢后 3 个月、6 个月和 18 个月）手部（红色）和嘴唇（蓝色）的大脑活动图。Credit: Tamar Makin / Hunter Schone
过去的研究普遍认为，截肢会引发大脑皮层的大规模重组，即相邻身体部位的脑图谱会“接管”失去肢体的区域。为了直接验证这一理论，研究团队采用纵向设计，利用功能性磁共振成像追踪了三名参与者在手臂截肢前后的脑图谱变化，时间跨度长达五年。参与者被要求在扫描时活动或想象活动自己的手指。结果令人震惊：即使在截肢后，大脑中原属于手部的区域在参与者想象移动“幻肢”手指时，其激活模式与截肢前几乎完全相同。研究并未发现邻近的唇部脑图谱入侵手部区域的证据，从而直接驳斥了大规模重组理论。
这一发现表明，大脑的身体地图具有非凡的稳定性。这对幻肢痛的治疗提供了新思路，暗示疼痛根源更可能在于残肢的神经信号而非大脑本身的变化。同时，一个稳定不变的“控制面板”的存在，为开发通过脑机接口直接由意念控制的智能假肢铺平了道路。研究发表在 Nature Neuroscience 上。
#神经科学 #神经机制与脑功能解析 #脑机接口 #幻肢痛
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Schone, Hunter R., et al. “Stable Cortical Body Maps before and after Arm Amputation.” Nature Neuroscience, Aug. 2025, pp. 1–7. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s41593-025-02037-7
新机制揭示CaMKIIα的S-亚硝化修饰是学习记忆的关键
学习和记忆的关键蛋白CaMKIIα与信号分子一氧化氮（NO）如何协同工作一直是神经科学的谜题。中国药科大学黄张建团队与中国科学院生物物理研究所陈畅团队合作揭示了两者间的关键联系：CaMKIIα蛋白的S-亚硝化修饰（一种氧化还原修饰）对学习记忆至关重要，并基于此开发出一种名为SNOTAC的精准调控分子，成功恢复了小鼠的记忆损伤。
▷CaMKIIα S-亚硝化及其精准调控在学习和记忆中发挥关键作用。Credit: Chen Chang’s group
研究团队首先发现，小鼠在执行学习记忆任务时，其大脑海马区中CaMKIIα蛋白的S-亚硝化（S-nitrosation，一种关键的翻译后修饰）水平会显著上升。为了验证其功能，他们构建了该修饰位点突变的基因工程小鼠，发现这些小鼠表现出明显的学习记忆障碍。深入的机制研究揭示了一个全新的认知损伤模型：缺乏S-亚硝化修饰会导致突触在静息状态下过度释放神经递质囊泡，当真正需要形成记忆时，突触的信号响应能力反而“精力耗尽”，从而损害了长时程增强和记忆的形成。基于此发现，团队设计并合成了一种创新的S-亚硝化靶向嵌合体（SNOTAC），它如同一枚“分子胶水”，能特异性地将目标蛋白CaMKIIα与产生一氧化氮的酶（nNOS）拉近，实现精准的靶向修饰。实验证明，通过鼻腔给药SNOTAC，可以有效提升大脑中CaMKIIα的S-亚硝化水平，并成功逆转了认知受损小鼠的记忆缺陷。研究发表在 Redox Biology 上。
#疾病与健康 #神经机制与脑功能解析 #学习与记忆 #精准氧化还原
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“S-Nitros(Yl)Ation of CaMKIIα and Its Precision Redox Regulation by SNOTAC Plays a Critical Role in Learning and Memory.” Redox Biology, vol. 86, Oct. 2025, p. 103784. www.sciencedirect.com, https://doi.org/10.1016/j.redox.2025.103784
计算方法与生物学结合，识别出15个与神经疾病相关的候选新基因
来自贝勒医学院和德克萨斯儿童医院Jan and Dan Duncan神经研究所的Mirjana Maletić-Savatić与Zhandong Liu等人，结合计算与生物学方法，成功从复杂的脑组织中识别出神经祖细胞的“基因指纹”，并将数十个基因与人类神经系统疾病直接关联起来。
▷来自颗粒下层（海马体）的神经干细胞分化为星形胶质细胞（绿色），并显示出生长激素受体（红色）。Credit: Pdevesap/Wikimedia Commons,
成人大脑中存在神经发生（neurogenesis），即新神经元的诞生，但负责这一过程的神经祖细胞（NPCs，能够分化成神经元的初始细胞）因其数量稀少且基因表达模式与邻近细胞相似，一直难以被精确识别。研究团队利用一种名为数字分类算法（DSA，一种能从混合细胞数据中“筛选”出特定细胞基因表达模式的计算方法）的先进工具，分析了小鼠海马体齿状回的基因数据。
通过该算法，他们成功识别出129个在NPCs中高度活跃的特有基因。研究的关键突破在于将这些发现与人类健康联系起来。通过与人类基因数据库进行比对，团队发现这129个基因中，有25个基因的突变早已被证实会导致特定的孟德尔神经系统疾病（Mendelian neurological conditions，由单个基因缺陷引起的遗传性疾病）。更令人兴奋的是，他们还发现了15个新的候选基因，这些基因上的变异与一些患有不明原因神经系统疾病的患者有关，为这些疑难杂症的诊断提供了全新线索。研究发表在 Stem Cell Reports 上。
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Cappuccio, Gerarda, et al. “Computationally Resolved Neuroprogenitor Cell Biomarkers Associate with Human Disorders.” Stem Cell Reports, vol. 0, no. 0, Aug. 2025. www.cell.com, https://doi.org/10.1016/j.stemcr.2025.102606
不只是神经元：少突胶质细胞异常或是精神分裂症认知障碍的关键
马克斯·普朗克精神病学研究所和慕尼黑大学精神病学医院的 Man-Hsin Chang, Florian J. Raabe 和 Peter Falkai 等研究人员，发现精神分裂症的遗传风险不仅存在于神经元，也同样累积在少突胶质细胞中。
▷实验研究设计示意图。Credit: Translational Psychiatry (2025).
研究团队利用诱导多能干细胞（iPSCs，一种可以将皮肤或血细胞等体细胞重编程为具有分化为多种细胞潜能的干细胞）技术，将精神分裂症患者的血细胞在培养皿中转化为大脑的少突胶质细胞（oligodendrocytes，中枢神经系统中负责生产髓鞘以包裹神经元轴突、加速神经信号传递的细胞）。
通过与健康对照组的细胞进行比较，他们发现了一个惊人的现象：来自患者的少突胶质细胞在早期发育阶段竟表现出一种“早熟”的形态，其分支长度和连接点数量都显著多于正常细胞。这一发现与以往在患者死后大脑中观察到的髓鞘受损结果形成鲜明对比，可能揭示了疾病发展的早期动态过程。基因分析进一步证实，大量已知的精神分裂症遗传风险位点在少突胶质细胞中高度活跃，表明这些细胞的异常是疾病的原发性特征，而非仅仅是神经元病变的次要后果。研究发表在 Translational Psychiatry 上。
#疾病与健康 #神经机制与脑功能解析 #精神分裂症 #少突胶质细胞
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Chang, Man-Hsin, et al. “iPSC-Modelling Reveals Genetic Associations and Morphological Alterations of Oligodendrocytes in Schizophrenia.” Translational Psychiatry, vol. 15, no. 1, Aug. 2025, p. 287. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s41398-025-03509-x
作息并非越规律越好，“适度规律”对大脑最佳
维持规律作息是否对大脑总是有益？为探究睡眠规律性对认知健康的影响，日本筑波大学的Yue Cao和Tomohiro Okura等研究人员，针对有认知或睡眠困扰的中老年人进行研究。结果发现，作息越规律，认知能力越好，但一种关键的护脑蛋白水平却在“适度规律”时达到峰值，揭示了过于刻板的作息可能并非最佳选择。
该研究招募了458名年龄在45至89岁之间、主观报告有认知或睡眠问题的参与者。研究人员使用腕戴式设备连续七天追踪他们的睡眠-觉醒模式，并计算出睡眠规律指数（Sleep Regularity Index, SRI），该指数越高代表作息越规律。分析结果显示，SRI与整体认知功能呈清晰的线性关系：作息越规律的参与者，其认知评估得分越高。然而，当研究人员检测与阿尔茨海默病病理相关的血清脑源性神经营养因子（BDNF，一种对神经细胞生长、存活和突触可塑性至关重要的蛋白质）水平时，发现了一种意想不到的倒U型关系。BDNF水平在SRI处于中等水平（约60）的参与者中达到峰值，而在作息极度不规律或极度严格固定的两端人群中水平均较低。这一发现表明，虽然规律作息有益于认知表现，但保持一定的灵活性、避免过于僵化的“完美”作息，可能更有利于维持大脑健康所需的生物化学环境，为预防阿尔茨海默病提供了新的视角。研究发表在 Sleep Medicine 上。
#疾病与健康 #疾病预防 #睡眠 #认知功能 #阿尔茨海默病
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“Sleep Regularity Is Associated with Cognitive Function and Shows an Inverted U-Shaped Relationship with Serum Brain-Derived Neurotrophic Factor.” Sleep Medicine, vol. 134, Oct. 2025, p. 106688. www.sciencedirect.com, https://doi.org/10.1016/j.sleep.2025.106688
新型组织保存技术实现同体固脑活体器官取样
加州大学戴维斯分校健康中心的Phung N. Thai, Zubayer I. Ferdous, Xiao-Dong Zhang等研究人员，开发出一种创新的双重组织保存技术，首次实现了在同一个动物模型中，既能固定大脑用于结构研究，又能采集其他器官的活体组织用于功能分析。
▷Credit: STAR Protocols (2025).
传统动物实验采用的经心灌注（transcardiac perfusion）方法会将固定液输送到全身，导致所有器官组织被同时固定，无法获取活体样本进行分子或功能研究。研究团队建立了一套全新的小鼠颈动脉灌注（carotid artery perfusion）方案。该技术通过对颈动脉进行精准插管，将固定液直接导入脑部循环，实现大脑的原位固定（in situ fixation）。这一局部操作巧妙地避免了对身体其他部位的影响，使得心脏、肠道等器官的组织能够保持鲜活状态被采集。这种“一鱼两吃”的模式极大地提升了科研效率，允许研究人员从单一个体中获得用于组织学、功能学和分子生物学研究的多种样本，从而能够更全面地探究大脑与身体的相互作用。该方法不仅减少了实验所需的动物数量，降低了研究成本，也为脑-心、脑-肠等跨系统研究提供了强有力的工具。研究发表在 STAR Protocols 上。
#神经科学 #神经机制与脑功能解析 #研究方法 #组织保存技术
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“Protocol for Mouse Carotid Artery Perfusion for in Situ Brain Tissue Fixation and Parallel Unfixed Tissue Collection.” STAR Protocols, vol. 6, no. 2, June 2025, p. 103699. www.sciencedirect.com, https://doi.org/10.1016/j.xpro.2025.103699
AI 行业动态
谷歌公布AI能耗真相：一次Gemini查询仅耗五滴水
谷歌近日发布了一份技术论文，详细介绍了其衡量人工智能模型Gemini提示能耗、碳排放与水资源消耗的综合方法。该研究由Google Cloud人工智能与基础设施副总裁/总经理Amin Vahdat和Google DeepMind及Google Research首席科学家Jeff Dean共同主导。他们指出，随着AI推动科学突破并赋能全球经济，准确评估其环境足迹至关重要，但此前行业缺乏对AI推理（即使用训练好的模型进行预测或生成内容）能耗的全面数据。
根据谷歌的测算，一次Gemini Apps文本提示的中位能耗仅为0.24瓦时，相当于观看电视不到九秒，同时产生0.03克二氧化碳当量排放并消耗0.26毫升水（约五滴），远低于许多公开估计值。值得注意的是，在最近12个月内，得益于研究创新与软硬件效率提升，单次提示的能耗与碳足迹分别下降了33倍和44倍，且响应质量更高。这一成果基于谷歌数据中心减排、无碳能源推进与水资源补充计划。
谷歌强调，其全栈式AI开发方法——涵盖定制硬件（如能效提升30倍的TPU Ironwood）、高效模型架构（如混合专家MoE）、算法优化（如精确量化训练AQT）及超高效数据中心（平均PUE仅1.09）——是实现显著能效提升的关键。
#AI能耗 #Gemini #谷歌 #可持续发展 #数据中心
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https://cloud.google.com/blog/products/infrastructure/measuring-the-environmental-impact-of-ai-inference
AI 驱动科学
Cell：AI从头设计微型蛋白调控钠通道，逆转心律失常和癫痫
电压门控钠离子通道功能异常是心律失常和癫痫等多种疾病的根源，但缺乏精准的靶向药物。哥伦比亚大学的Ryan Mahling和Manu Ben-Johny等研究人员利用人工智能平台，首次成功从头设计出一种名为ELIXIR的微型蛋白，它能像“智能补丁”一样精准修复故障的钠离子通道。
研究团队利用计算蛋白质设计平台（AfDesign），通过AI模拟了数百万种潜在的多肽结构，最终“幻想”并合成了一种仅由21个氨基酸组成的全新微型蛋白ELIXIR。其作用机制十分精巧：在心律失常或癫痫等疾病状态下，电压门控钠离子通道的“自动关闭”门会失灵，导致持续性钠电流（late/persistent sodium current，INaL，一种异常的离子内流）异常增大，从而引发心脏或神经元的过度兴奋。ELIXIR能够精准地结合到钠离子通道的特定区域，将被“卡住”的失活门释放，从而恢复通道的正常关闭功能。实验结果显示，ELIXIR能以极高的选择性抑制致病的INaL，使其降低3-12倍，但几乎不影响正常的钠电流，避免了传统药物的脱靶效应。在心力衰竭小鼠模型中，ELIXIR成功稳定了心律；在癫痫的细胞模型中，它也显著抑制了神经元的异常放电。研究发表在 Cell 上。
#AI驱动科学 #个性化医疗 #蛋白质设计 #离子通道
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Mahling, Ryan, et al. “De Novo Design of a Peptide Modulator to Reverse Sodium Channel Dysfunction Linked to Cardiac Arrhythmias and Epilepsy.” Cell, vol. 0, no. 0, Aug. 2025. www.cell.com, https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.07.038
AI系统iAorta通过普通CT精准识别致命主动脉疾病
急性主动脉综合征（AAS）是一种高致死率急症，但其诊断金标准CTA检查受限颇多，导致临床常依赖识别率低的普通CT，漏诊风险高。阿里巴巴达摩院联合浙江大学医学院附属第一医院、上海长海医院等多个团队，开发了一款名为iAorta的AI预警系统，该系统可基于普通CT影像快速精准识别AAS，为挽救生命赢得宝贵时间。
iAorta系统通过深度学习算法，能自动分析急诊患者的非增强CT（平扫CT）影像，精准定位主动脉并识别毫米级的内膜撕裂、壁内血肿等AAS关键征象，并生成可视化热力图辅助医生决策。在一项覆盖超过15万份影像的大规模多中心研究中，iAorta展现了卓越的性能。其诊断急性主动脉综合征的灵敏度达到91.3%至94.2%，特异性高达99.1%至99.3%，这意味着它既能准确找出患者，又能有效排除阴性病例，避免不必要的昂贵检查，如计算机断层扫描血管造影。更重要的是，在前瞻性研究中，iAorta将初诊延误患者的确诊时间从平均近4小时缩短至约1小时。此外，该AI工具能显著提升各级医生的诊断能力，使实习医生的准确率从60.3%提升至91.9%，几乎与专家水平相当。研究发表在 Nature Medicine 上。
#AI驱动科学 #疾病预防 #医学影像 #深度学习
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Hu, Yujian, et al. “AI-Based Diagnosis of Acute Aortic Syndrome from Noncontrast CT.” Nature Medicine, Aug. 2025, pp. 1–13. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s41591-025-03916-z
将活体水母变为可控海洋探测器
如何以低成本、高效率的方式探索占地球面积七成的深海？科罗拉多大学博尔德分校的Nicole Xu及其团队提出了一种创新方案：将微电子设备与活体水母结合，创造出可被引导的“机器人水母”，利用其超凡的游动效率深入传统设备难以企及的未知水域。
研究团队选择海月水母（Aurelia aurita）作为改造对象，因其是地球上最节能的游泳动物之一，且没有大脑和伤害感受器。他们设计了一款微型电子设备，像心脏起搏器一样贴在水母身上，通过发出特定的电脉冲刺激其游泳肌肉收缩，从而精准地控制其游动方向。初步的海上测试已成功引导这些生物混合机器人在浅海中航行。为确保研究的伦理性，团队密切监测了水母的健康状况，发现它们并未出现黏液分泌增多等应激反应，甚至在实验环境中正常繁殖，表明该技术对动物的负面影响极小。此外，团队还深入分析了水母独特的游动方式，希望从中获得启发，用于开发更节能的下一代水下航行器。相关伦理思考与技术研究分别发表在 Bioinspiration & Biomimetics 上。
#AI驱动科学 #预测模型构建 #个性化医疗
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Xu, Nicole W., et al. “Ethics of Biohybrid Robotics and Invertebrate Research: Biohybrid Robotic Jellyfish as a Case Study.” Bioinspiration & Biomimetics, vol. 20, no. 3, Apr. 2025, p. 033001. Institute of Physics, https://doi.org/10.1088/1748-3190/adc0d4
AI进化揭示“简并性”是智能系统的普遍法则
为何不同的人或AI模型能用迥异的内部策略解决同一问题？Zhimin Hu、Oğulcan Cingiler、Clifford Bohm和Larissa Albantakis团队通过进化算法训练人工智能体，系统地研究了“简并性”（不同结构实现相同功能）这一现象。他们的研究揭示，简并性是自适应系统的普遍特征，并模糊了传统计算理论中算法与物理实现的界限。
研究团队通过人工进化算法训练被称为“马尔可夫脑”的简单AI智能体完成一项空间导航任务。随后，他们从行为、网络结构和内部计算三个层面分析这些成功进化的智能体。研究发现，简并性普遍存在且具有层次性。即便智能体进化出完全相同的行为模式，其内部的“神经”网络结构和信息处理方式也存在显著差异。为了量化这种差异，团队开创性地使用信息论和因果分析方法，为每个智能体构建了独特的“因果概况”（Causal Profile），精确描绘其内部计算策略。结果显示，即使是行为和结构都相同的智能体，其计算过程依然可能不同。这一发现挑战了将功能、算法和实现视为独立层次的传统计算观念，表明在生物大脑和高级AI等自适应系统中，这三者是深度融合的。这项工作强调，理解简并性是解开AI“黑箱”和复杂生物系统之谜的关键。
#AI驱动科学 #计算模型与人工智能模拟 #简并性 #因果分析
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Hu, Zhimin, et al. From Function to Implementation: Exploring Degeneracy in Evolved Artificial Agents. direct.mit.edu, https://doi.org/10.1162/neco.a.19. Accessed 22 Aug. 2025
整理｜ChatGPT
编辑｜丹雀、存源
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