█神经科学视觉输入在塑造大脑发育与分区中存在关键作用适应糖代谢是如何在大脑中开始的？神经肽会对大脑产生终生影响为何夏天你会吃不下饭？社交互动期间大脑如何同步？低温如何冻结记忆？科学家识别出一组能参与工作记忆的特殊脑细胞调节记忆形成的动态DNA结构人类新皮质神经元更多是单向连接，而不是环大脑如何微调其敏感性？█认知科学向平均值调整，工作记忆中的认知偏差借助互联网对话互动能显著提高社会孤立老年人的认知功能大脑对图像记忆的时空动态大脑中β节律大爆发如何控制你的认知？较高的光照水平可能会提高认知能力对时间的感知会因你所见而扭曲环境可能比遗传更能影响元认知能力█大脑健康低强度运动可减少抑郁症“醉酒”的鱼帮助研究者了解迷幻药作用原理星形胶质细胞调控精神障碍下异常风险决策孤独如何引起对糖的渴望？█神经技术在人工智能系统中模拟认知退化和衰老利用大鼠神经元恢复小鼠嗅觉功能DPABINet：一键式脑网络和图论分析平台，使脑科学研究更简便新的稀疏贝叶斯学习方法显著提高肌肉活动重建的准确性AI使用低成本脑电图设备估算大脑年龄新脑瘤预测模型显著提高胶质瘤生存时间预测准确性全脑高分辨率探测GPCR激动剂新工具新型显微镜技术打开阿尔茨海默病代谢另一扇窗无需编码专业知识即可使用的脑科学工具DeepWMH：精确分割白质高信号的深度学习工具AI通过“肠脑轴”改善阿尔茨海默病的治疗AI技术显著提高帕金森病药物发现的效率神经科学视觉输入在塑造大脑发育与分区中存在关键作用最新研究由艾伦大脑科学研究所的科学家们完成，研究团队使用了BARseq（细胞条形码测序）技术，快速分析了九只小鼠大脑中超过九百万个细胞的基因表达情况。研究人员发现大脑区域虽然共享相同的神经元类型，但每个区域的细胞组合具有独特的“签名”。此外，研究还发现，视觉剥夺会导致视觉皮层中细胞类型的重大重组，并影响到半数皮层区域。在另一项相关研究中，通过分析104种细胞类型标记基因的表达，确认了细胞类型与皮层区域身份的高度相关性，并揭示了具有相似细胞组成的皮层区域在连通性上也显示出高度的模块化组织。这些发现不仅揭示了视觉输入对大脑分区特征的影响，也为未来关于大脑疾病的研究提供了新的方向。研究发表在Nature上。#大脑发育 #BARseq #视觉皮层 #细胞类型 #转录组标签阅读论文：Chen, X., Fischer, S., Rue, M. C. P., Zhang, A., Mukherjee, D., Kanold, P. O., Gillis, J., & Zador, A. M. (2024). Whole-cortex in situ sequencing reveals input-dependent area identity. Nature, 1–10. https://doi.org/10.1038/s41586-024-07221-6适应糖代谢是如何在大脑中开始的？由马克斯·普朗克代谢研究所的Jens Brüning教授领导的研究团队，通过对小鼠的实验研究，探索了食物感知对肝脏线粒体形态的影响及其对糖代谢的适应机制。此项研究揭示了大脑与肝脏之间如何在感知到食物时迅速作出反应，为理解和治疗2型糖尿病提供了新的科学依据。研究团队利用饥饿状态下的小鼠，观察它们仅仅是看到和闻到食物时肝脏线粒体的变化。研究发现，食物的感知通过激活下丘脑中的POMC神经元，迅速引起肝脏线粒体通过AKT（protein kinase B/AKT）依赖的途径，使线粒体分裂因子（MFF）的丝氨酸131位点磷酸化，导致线粒体碎片化。这一变化有助于肝脏迅速调整其代谢功能，以应对即将摄入的营养物。此外，通过基因编辑技术，研究还证实了这一磷酸化过程对于胰岛素敏感性和肝脏糖产生的重要调节作用。研究发表在Science上。#食物感知 #线粒体动态 #磷酸化 #胰岛素敏感性 #代谢调节阅读论文：Henschke, S., Nolte, H., Magoley, J., Kleele, T., Brandt, C., Hausen, A. C., Wunderlich, C. M., Bauder, C. A., Aschauer, P., Manley, S., Langer, T., Wunderlich, F. T., & Brüning, J. C. (2024). Food perception promotes phosphorylation of MFFS131 and mitochondrial fragmentation in liver. Science, 384(6694), 438–446. https://doi.org/10.1126/science.adk1005神经肽会对大脑产生终生影响在卡罗琳斯卡医学院和维也纳医科大学进行的一项最新研究中，科学家发现神经肽在大脑发展早期具有不可或缺的作用。本研究由Tibor Harkany领导。研究团队采用了遗传和化学方法来操控galanin及其受体的表达，并通过神经解剖、生化和行为神经科学的方法全面评估了galanin的影响。研究发现，在小鼠的胡须感觉回路中，galanin及其受体1（Galr1）的表达对胡须图（whisker map）的形成至关重要。galanin的瞬时释放与小鼠出生后第一周的时间点对齐，关键地影响了胡须区域神经网络的建立。此外，药理学探索也证实了galanin受体在这一过程中的重要作用，特别是在神经发育期间的特异性突触形成上。研究发表在 Nature Communications 上。#神经肽 #加兰宁 #大脑发育 #神经回路 #突触生成阅读论文：Hevesi, Z., Bakker, J., Tretiakov, E. O., Adori, C., Raabgrund, A., Barde, S. S., Caramia, M., Krausgruber, T., Ladstätter, S., Bock, C., Hökfelt, T., & Harkany, T. (2024). Transient expression of the neuropeptide galanin modulates peripheral‑to‑central connectivity in the somatosensory thalamus during whisker development in mice. Nature Communications, 15(1), 2762. https://doi.org/10.1038/s41467-024-47054-5为何夏天你会吃不下饭？由卡罗林斯卡医学院与维也纳医科大学联合领导的国际研究团队，发表了一项关于热暴露如何影响食物摄入的研究。该研究由神经科学专家Tibor Harkany和耶鲁大学医学院的Tamas L. Horvath共同领导。该研究主要在小鼠模型中进行，研究团队首先观察到在40°C环境下暴露一小时的小鼠大脑中一组特殊神经细胞的激活。这些细胞位于大脑的脑桥核（parabrachial nucleus，大脑的“恒温器”），负责主要感知温度变化。研究揭示了一个神经信号传导途径，该途径通过血管内皮生长因子A（VEGFA）的释放，抑制了那些本来会刺激寻找和摄取食物的神经元的活动。此外，研究发现，通过化学遗传学激活脑桥核中的谷氨酸能神经元，可以模拟热暴露的效果，同样降低食物摄入。tanycytes在此过程中发挥关键作用，它们在第三脑室壁中能够双向传输激素和信号分子，连接大脑实质和脑室系统。当受到热刺激时，这些细胞能够激活并通过VEGFA增加含多巴胺和黑褐素相关肽（agouti-related peptide, Agrp）的神经元的电位阈值，从而引发减少食物摄入的神经输出。研究发表在 Nature 上。#热暴露 #食物摄入 #神经信号传导 #丝状胶质细胞 #血管内皮生长因子阅读论文：Benevento, M., Alpár, A., Gundacker, A., Afjehi, L., Balueva, K., Hevesi, Z., Hanics, J., Rehman, S., Pollak, D. D., Lubec, G., Wulff, P., Prevot, V., Horvath, T. L., & Harkany, T. (2024). A brainstem–hypothalamus neuronal circuit reduces feeding upon heat exposure. Nature, 1–9. https://doi.org/10.1038/s41586-024-07232-3社交互动期间大脑如何同步？日本早稻田大学的研究团队最新研究打破了以往关于社会关系与大脑同步关联性的传统理解，提供了关于社会互动过程中神经网络行为的新见解。研究团队招募了27对参与者，分为陌生人对（14对）和熟人对（13对），进行了一项反相联合敲击任务。每个参与者都戴着耳机来听到自己和伙伴的敲击声，他们必须以相反的节奏点击鼠标按钮，并且他们必须预测伙伴的动作。他们使用了双重脑电图（EEG）来记录参与者的大脑活动，特别关注θ（4-7 Hz）、α（8-12 Hz）、和β（13-30 Hz）频段的大脑同步。通过计算加权相位滞后指数（wPLI）和相位锁定值（PLV），研究揭示了陌生人组在θ波段的局部效率明显高于熟人组，表明陌生人之间的大脑网络连接更紧密，信息传递更高效。这些发现强调了在预测对方行为过程中，不熟悉的个体可能需要更多的认知参与，从而促进了更有效的神经信息交流。研究发表在 Scientific Reports 上。#社会行为 #神经同步 #脑电图 #社会关系 #信息传递阅读论文：Kurihara, Y., Takahashi, T., & Osu, R. (2024). The topology of interpersonal neural network in weak social ties. Scientific Reports, 14(1), 4961. https://doi.org/10.1038/s41598-024-55495-7低温如何冻结记忆？特拉维夫大学研究团队，在预印本平台bioRxiv发布的研究，揭示了环境因素如温度和锂盐对线虫记忆保持的影响。研究团队通过对线虫进行嗅觉训练，发现在冰冷环境中或在锂盐处理后，线虫的嗅觉记忆得以保持。具体来说，冰冷处理能使线虫的记忆保持时间至少延长8倍，而逐步适应低温的线虫则会失去这种记忆延迟效应，这是因为遗传编码使其耐寒。此外，通过RNA测序、突变体分析和药理学检测发现，降低AWC感觉神经元中的二酰甘油途径和调节膜性质，是冷诱导记忆延迟和锂的作用机制。#线虫 #记忆保持 #低温处理 #锂盐 #二酰甘油途径阅读论文：Berliner, D. L., Goldstein, K., Teichman, G., Anava, S., Gingold, H., Rieger, I., Levi, N., Pechuk, V., Salzberg, Y., Agarwal, P., Sagi, D., Cohen, D., Nikelshparg, E., Ben-Zvi, A., Zaidel-Bar, R., Vizuete, A. M., Oren-Suissa, M., & Rechavi, O. (2024). A Tunable and Druggable Mechanism to Delay Forgetting of Olfactory Memories in C. elegans (p. 2024.04.03.587909). bioRxiv. https://doi.org/10.1101/2024.04.03.587909科学家识别出一组能参与工作记忆的特殊脑细胞塞德斯西奈医疗中心（Cedars-Sinai）的研究人员发现了大脑中如何协调有意识的注意力和信息的短期存储。研究团队由Jonathan Daume和Ueli Rutishauser领导。在实验中，患者被要求执行一个需要使用工作记忆的任务。任务包括在计算机屏幕上显示一系列照片，然后在屏幕变空白约三秒后，患者被要求判断接下来显示的照片是否是之前看到的其中之一。研究人员记录了患者大脑中单个神经元的活动以及脑波的活动。他们发现，在执行工作记忆任务时，某些神经元利用了所谓的“相位-幅度耦合（PAC）”过程来协调记忆的存储。这些PAC神经元位于大脑的海马体中，与长期记忆有关。具体而言，研究发现了一类神经元，它们在大脑的theta脑波相位和gamma脑波幅度的非线性交互中选择性地射频。当患者的认知控制需求较高时，这些PAC神经元的射频时间与额叶控制区域的theta脑波活动协调。通过引入与海马体中持续活跃神经元的噪声相关，PAC神经元塑造了群体编码的几何形状，从而提高了工作记忆内容的保真度表示。研究结果发表在Nature上。#工作记忆存储 #相位-幅度耦合 #海马体 #额叶控制 #神经元阅读论文：Daume, J., Kamiński, J., Schjetnan, A. G. P., Salimpour, Y., Khan, U., Kyzar, M., Reed, C. M., Anderson, W. S., Valiante, T. A., Mamelak, A. N., & Rutishauser, U. (2024). Control of working memory by phase–amplitude coupling of human hippocampal neurons. Nature, 1–9. https://doi.org/10.1038/s41586-024-07309-z调节记忆形成的动态DNA结构长期以来，科学家们认为DNA的结构是静态的，只有在复制和转录过程中才会发生结构变化。但实际上DNA的拓扑结构是非常动态的，它可以假定为多种构象状态，而这些状态对细胞过程非常重要。由澳大利亚国立大学和昆士兰大脑研究所的Paul Marshall领导的研究团队发现G-四链体DNA（G4-DNA）在神经元中积累，并且动态地控制着与长期记忆形成相关的基因的激活和抑制。研究发现G4-DNA在学习过程中的活跃神经元中短暂积累，通过CRISPR基因编辑技术，研究团队揭示了G4-DNA在大脑中的调控机制涉及到DNA解旋酶DHX36的定向沉积。实验结果表明，G4-DNA的动态结构状态是记忆巩固的关键分子机制之一。此外，研究还发现通过特异性解旋G4-DNA位点会损害恐惧消除记忆。该研究发表在Journal of Neuroscience上。#DNA结构 #记忆巩固 #G4-DNA #CRISPR #记忆形成阅读论文：Marshall, P. R., Davies, J., Zhao, Q., Liau, W.-S., Lee, Y., Basic, D., Periyakaruppiah, A., Zajaczkowski, E. L., Leighton, L. J., Madugalle, S. U., Musgrove, M., Kielar, M., Brueckner, A. M., Gong, H., Ren, H., Walsh, A., Kaczmarczyk, L., Jackson, W. S., Chen, A., … Bredy, T. W. (2024). DNA G-Quadruplex Is a Transcriptional Control Device That Regulates Memory. Journal of Neuroscience, 44(15). https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.0093-23.2024人类新皮质神经元更多是单向连接，而不是环人类大脑新皮质中神经元的连接方式长期以来都是根据小鼠等动物模型推断的，但这种假设缺乏实证支持。柏林洪堡大学附属慈善医院的研究团队，由 Jörg Geiger 教授领导，利用临床脑部手术获得的样本，首次揭示了人类新皮质神经元网络的独特特征。研究团队通过分析颞叶皮质2-3层锥体神经元的多神经元斑片钳记录，发现了与啮齿动物的显著差异。在人类的超颗粒颞叶皮层中，互惠性呈现出随机分布，突触强度与连接概率无关，并且连接性遵循单向和大多无环图拓扑结构。这些原则应用于神经元模型中，增加了网络动态的维度，暗示皮质计算的重要作用。研究表明，人类脑组织样本中只有非常少的一部分神经元会以“对话”的形式形成环路交流。绝大多数神经元之间的信息流是单向的，信息基本不会通过循环、返回等途径回到信息出发点。研究发表在Science上。#人类新皮质 #神经元连接 #网络拓扑结构阅读论文：Peng, Y., Bjelde, A., Aceituno, P. V., Mittermaier, F. X., Planert, H., Grosser, S., Onken, J., Faust, K., Kalbhenn, T., Simon, M., Radbruch, H., Fidzinski, P., Schmitz, D., Alle, H., Holtkamp, M., Vida, I., Grewe, B. F., & Geiger, J. R. P. (2024). Directed and acyclic synaptic connectivity in the human layer 2-3 cortical microcircuit. Science, 384(6693), 338–343. https://doi.org/10.1126/science.adg8828大脑如何微调其敏感性？巴塞尔大学的研究人员在最新研究中报道了他们对成年小鼠大脑神经网络平衡调节机制的研究。研究团队由主要作者齐涅普·奥库尔博士和彼得·施费勒教授领导。他们致力于理解神经发育障碍和癫痫等神经疾病的发病机制，以及寻找治疗这些疾病的新途径。研究发现，成年小鼠新皮层中的兴奋和抑制之间的平衡受到BMP2信号通路的调节。过度激活的兴奋性神经元释放BMP2，通过转录因子SMAD1作用于帕尔沃蛋白表达的抑制性神经元。这导致突触蛋白和周围神经元网的成分的调节，从而影响了神经元的连接和功能。进一步的研究发现，破坏BMP2-SMAD1信号通路会导致帕尔沃蛋白表达的抑制性神经元中的突触减少，周围神经元网的发育不完整，并且神经元的兴奋性下降。最终，这导致了帕尔沃蛋白表达的抑制性神经元的功能受损，打破了大脑皮层中兴奋和抑制之间的平衡，小鼠表现出自发性癫痫发作。这项研究的结果发表在Nature杂志上#BMP2信号通路 #帕尔沃蛋白 #成年哺乳动物大脑 #癫痫发作阅读论文：Okur, Z., Schlauri, N., Bitsikas, V., Panopoulou, M., Ortiz, R., Schwaiger, M., Karmakar, K., Schreiner, D., & Scheiffele, P. (2024). Control of neuronal excitation–inhibition balance by BMP–SMAD1 signalling. Nature, 1–8. https://doi.org/10.1038/s41586-024-07317-z认知科学向平均值调整，工作记忆中的认知偏差来自伦敦大学学院和帝国理工学院的研究团队，通过对神经网络模型的研究，发现工作记忆中的新近度偏差自然会导致集中趋势偏差，即人和动物的判断偏向于先前观察的平均值，这一发现为理解这两种常见的认知偏差提供了新的视角。其中，新近度偏差指的是人们倾向于更加重视最近发生或最后接收到的信息。集中趋势偏差，又称为收缩偏差，是人们在评估或回忆一系列数据（如长度、大小、时间等）时，倾向于将其朝向这些数据的平均值调整的现象。研究者开发了一个网络模型，该模型整合了工作记忆模块和感官历史账户，模仿大鼠和人类工作记忆实验中的先前结果。模型显示，由于后顶叶皮质的输入具有较慢的整合时间尺度和发射率适应，因此新近度偏差自然发生，从而导致集中趋势偏差。进一步的心理物理实验验证了模型的预测，显示感官统计如何影响性能。研究还计划通过重新分析现有数据集和收集新的神经数据来测试模型关于神经动力学的预测。研究发表在eLife上。#工作记忆 #集中趋势偏差 #认知偏差 #神经网络模型 #神经科学阅读论文：Boboeva, V., Pezzotta, A., Clopath, C., & Akrami, A. (2024). Unifying network model links recency and central tendency biases in working memory. eLife, 12, RP86725. https://doi.org/10.7554/eLife.86725借助互联网对话互动能显著提高社会孤立老年人的认知功能社会孤立已被证实会加速认知衰退并增加患痴呆的风险。马萨诸塞州综合医院的研究团队针对这一公共卫生危机开展了名为I-CONECT的临床试验，探索通过互联网进行的对话互动是否能对认知功能的影响。这项随机对照试验包括186名年龄75岁以上的社会孤立老年人。实验组通过互联网和摄像头与训练有素的访谈者进行半结构化的认知刺激对话，初期为每周四次，持续六个月，后期每周两次，再持续六个月。结果显示，在诱导期后，实验组的全球认知测试得分比对照组高1.75分，语言基础执行功能和记忆编码功能也有显著提高。此外，脑功能成像显示，实验组在背侧注意网络的连通性增强，这对于视空间注意非常重要。研究发表在The Gerontologist上。#社会孤立 #认知功能 #老年人 #随机对照试验 #互联网对话阅读论文：Dodge, H. H., Yu, K., Wu, C.-Y., Pruitt, P. J., Asgari, M., Kaye, J. A., Hampstead, B. M., Struble, L., Potempa, K., Lichtenberg, P., Croff, R., Albin, R. L., Silbert, L. C., & the I-CONECT Team. (2024). Internet-Based Conversational Engagement Randomized Controlled Clinical Trial (I-CONECT) Among Socially Isolated Adults 75+ Years Old With Normal Cognition or Mild Cognitive Impairment: Topline Results. The Gerontologist, 64(4), gnad147. https://doi.org/10.1093/geront/gnad147大脑对图像记忆的时空动态麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室的研究团队，利用脑磁图和功能性磁共振成像的结合技术，通过对比高低记忆度的图像，探索了大脑对图像记忆的处理机制。研究者采用表征相似性分析结合功能性磁共振成像（fMRI）和脑磁图源估计，观察大脑在何时何地对图像记忆度的差异敏感。结果显示，在看到图像大约300毫秒后，高记忆度图像相比低记忆度图像，在早期视觉皮层、颞下皮层、颞侧皮层、颞叶皮层和颞上沟等区域，激活了一系列感兴趣区域。这些区域的激活表明，高记忆度图像在大脑的高级视觉处理后，在内侧颞叶的经典记忆区域中反映出更强的记忆力。研究发表在 PLOS Biology 上。#记忆力 #大脑活动 #视觉感知 #脑磁图 #功能性磁共振成像阅读论文：Lahner, B., Mohsenzadeh, Y., Mullin, C., & Oliva, A. (2024). Visual perception of highly memorable images is mediated by a distributed network of ventral visual regions that enable a late memorability response. PLOS Biology, 22(4), e3002564. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3002564大脑中β节律大爆发如何控制你的认知？最近一项由麻省理工学院皮考尔学院的Earl K. Miller教授领导的跨国合作研究，通过实验观察、数学模型和理论分析相结合的方法，深入研究了β节律（beta rhythms）的短暂爆发如何在时间和空间上调控大脑中的高频γ波（gamma waves），进而协调神经元对感官信息的处理和动作规划。这些爆发不仅强有力，而且具有高度的选择性和时效性，使得它们在实现功能性抑制时发挥关键作用。此外，这种爆发的间歇性和非线性特点为理解大脑区域间如何通过这种独特的电路活动模式互动提供了新的视角。研究还表明，β节律的多样化可能与它们在电路层面的起源有关，这为揭示其功能和潜在活动模式提供了重要的线索。研究成果发表在Trends in Cognitive Sciences上。#β节律 #认知控制 #神经相关性 #功能性抑制 #时空模式阅读论文：Lundqvist, M., Miller, E. K., Nordmark, J., Liljefors, J., & Herman, P. (2024). Beta: Bursts of cognition. Trends in Cognitive Sciences, 0(0). https://doi.org/10.1016/j.tics.2024.03.010较高的光照水平可能会提高认知能力由比利时列日大学GIGA-CRC人类成像中心的Islay Campbell和Gilles Vandewalle领导的研究团队揭示了光照亮度对人类认知性能的影响。研究团队利用7特斯拉功能性磁共振成像技术，对26名健康年轻成年人在两种不同的听觉认知任务下的大脑活动进行了观察。这些任务在不同亮度级别的光照下完成。结果发现，在执行任务和情绪任务中，较高亮度的光照显著增加了下丘脑（hypothalamus）后部的活动，而前部和腹部的活动则表现出相反的模式。特别是在需要高水平认知的执行任务中，较高亮度的光照改善了参与者的表现，并且这种表现与下丘脑后部的活动呈现负相关。这表明，下丘脑在光照调节认知性能中的作用可能与其它大脑区域的活动有关。研究发表在eLife上。#光照亮度 #下丘脑活动 #认知性能 #功能性磁共振成像 #光疗法阅读论文：Campbell, I., Sharifpour, R., Aizpurua, J. F. B., Beckers, E., Paparella, I., Berger, A., Koshmanova, E., Mortazavi, N., Read, J., Zubkov, M., Talwar, P., Collette, F., Sherif, S., Phillips, C., Lamalle, L., & Vandewalle, G. (2024). Regional response to light illuminance across the human hypothalamus. eLife, 13. https://doi.org/10.7554/eLife.96576.1对时间的感知会因你所见而扭曲最近发表于Nature Human Behavior的论文指出，图像给人的观感可以决定我们对时间流逝的感知。研究团队对170人设计了一系列实验，测试了不同场景特征如场景大小、复杂度和难忘性对时间感知的影响。通过展示不同特征的196幅图像，并记录48名参与者对这些图像观看时间的感知，发现大型和难忘的场景会使时间感知延长，而复杂的场景则使感知时间缩短。研究还应用了循环卷积神经网络模型来模拟人类视觉系统对图像的处理，发现更难忘的图像在模型中处理速度更快，这种处理速度的提高与时间感知的延长和精确度的提升有关。研究发表在Nature Human Behaviour上。#时间感知 #记忆 #视觉系统 #神经网络模型 #场景特征阅读论文：Ma, A. C., Cameron, A. D., & Wiener, M. (2024). Memorability shapes perceived time (and vice versa). Nature Human Behaviour, 1–13. https://doi.org/10.1038/s41562-024-01863-2环境可能比遗传更能影响元认知能力北京师范大学的研究团队发表了一项关于双胞胎的研究。该研究探讨了遗传和环境如何共同影响人类的认知加工。此项研究利用了自2006年以来建立的北京双胞胎研究（BeTwiSt），旨在深入了解影响认知能力的多种因素。人类的认知能力可以分为两个层次的层级体系。其中，一阶认知能力，如感知和记忆。而二阶认知能力，包括元认知（metacognition）和心理化（mentalizing）。研究团队通过对105对双胞胎（57对同卵和48对异卵）进行一系列元认知任务，来评估环境和遗传因素对认知能力的影响。任务包括对移动点群的方向进行感知判断及对判断置信度的评估。结果显示，即使在不同遗传背景的双胞胎中，拥有更高教育水平和家庭收入的父母所育儿童的二阶认知能力表现出相似性，强调了家庭环境在塑造元认知和心理化（mentalizing）能力中的重要作用。研究强调，环境因素如父母养育方式和文化价值观的传递，对这些高级认知功能的形成有着决定性的影响。研究发表在Cell Reports上。#环境影响 #双胞胎研究 #元认知阅读论文：Jiang, S., Sun, F., Yuan, P., Jiang, Y., & Wan, X. (2024). Distinct genetic and environmental origins of hierarchical cognitive abilities in adult humans. Cell Reports, 43(4). https://doi.org/10.1016/j.celrep.2024.114060大脑健康低强度运动可减少抑郁症英国安格利亚鲁斯金大学的研究团队发现，参与低到中等强度的体育活动可以显著降低抑郁和焦虑的风险。研究团队通过伞形框架对文献进行了系统回顾，分析了全球范围内的研究数据，发现体育活动的增加与抑郁风险的显著降低相关。其中，低强度和中等强度的体育活动具有最大的保护效果。此外，体育活动同样有效地降低了焦虑症的风险。研究发表在Neuroscience and Biobehavioural Reviews。#体育活动 #抑郁 #焦虑 #精神健康 #预防阅读论文：Rahmati, M., Lee, S., Yon, D. K., Lee, S. W., Udeh, R., McEvoy, M., Oh, H., Butler, L., Keyes, H., Barnett, Y., Koyanagi, A., Shin, J. I., & Smith, L. (2024). Physical activity and prevention of mental health complications: An umbrella review. Neuroscience & Biobehavioral Reviews, 160, 105641. https://doi.org/10.1016/j.neubiorev.2024.105641“醉酒”的鱼帮助研究者了解迷幻药作用原理迷幻药物长期以来被认为有助于治疗抑郁、焦虑等心境相关疾病，但其具体作用机制尚不明确。魏茨曼科学研究所研究团队利用自主开发的广域行为跟踪系统和机器学习技术，对斑马鱼幼体进行了详细的行为和神经活动分析。通过对裸盖菇素的应用，他们观察到两种主要行为变化：增强的自发探索和减少应激后的不规则游泳模式，表明裸盖菇素具有刺激性和抗焦虑的双重效果。此外，神经成像显示裸盖菇素通过激活GABA能神经元抑制血清素神经元，揭示了其与人类相似的神经调控机制。这些发现为迷幻药物的行为效应提供了神经机制的直接证据。研究发表在Molecular Psychiatry上。#迷幻药物 #裸盖菇素 #斑马鱼 #GABA能神经元 #血清素系统阅读论文：Braun, D., Rosenberg, A. M., Rabaniam, E., Haruvi, R., Malamud, D., Barbara, R., Aiznkot, T., Levavi-Sivan, B., & Kawashima, T. (2024). High-resolution tracking of unconfined zebrafish behavior reveals stimulatory and anxiolytic effects of psilocybin. Molecular Psychiatry, 1–17. https://doi.org/10.1038/s41380-023-02391-7星形胶质细胞调控精神障碍下异常风险决策中国科学院深圳先进技术研究院屠洁研究员团队探索了星形胶质细胞在调控心理疾病中受损的风险评估中的作用。这些研究揭示了心理疾病中风险评估功能障碍的神经基础，为治疗提供了新的方向。研究者利用单核RNA测序和膜片钳技术结合实时定量单细胞PCR来分析杏仁核基底外侧（BLA）中的神经元。他们发现了一种表达Wolfram综合征1（WFS1）的谷氨酸兴奋性神经元，这些神经元在风险评估中的功能受损。通过光遗传学/化学遗传学方法激活这些星形胶质细胞，并通过D-丝氨酸作用于这些神经元的NMDA受体，成功恢复了神经元的活动，改善了DISC1-N小鼠的风险评估行为。这一发现突显了星形胶质细胞与神经元之间的互动在维持正常风险评估中的重要性。研究发表在Neuron上。#星形胶质细胞 #风险评估 #神经元活动 #光遗传学 #精神疾病阅读论文：Zhou, X., Xiao, Q., Liu, Y., Chen, S., Xu, X., Zhang, Z., Hong, Y., Shao, J., Chen, Y., Chen, Y., Wang, L., Yang, F., & Tu, J. (2024). Astrocyte-mediated regulation of BLAWFS1 neurons alleviates risk-assessment deficits in DISC1-N mice. Neuron, 0(0). https://doi.org/10.1016/j.neuron.2024.03.028孤独如何引起对糖的渴望？加州大学洛杉矶分校的神经压力与适应性研究中心主任、副教授Arpana Gupta领导的研究团队发表了一项关于社交孤立与食物偏好之间关系的研究。此前的研究表明，肥胖与抑郁焦虑有关，而过度进食被认为是应对孤独的一种方式。Gupta团队想要观察与这些情绪和行为相关的大脑通路。该研究招募了93名健康的绝经前女性参与者，通过功能性磁共振成像监测了他们对甜食和咸食的抽象图像的大脑反应。研究发现，与社交孤立相关的大脑改变，特别是对甜食刺激的反应，与食物偏好、肥胖和心理症状之间存在关联。孤立感更强的参与者报告了更高的体脂百分比、较差的饮食质量、增加的不良饮食行为以及更差的心理健康状况。研究还发现，社交孤立导致的大脑反应变化介导了孤立感与不良饮食行为、体脂含量增加以及积极情绪减少之间的关系。该研究发表在 JAMA Network Open 上。#社交孤立 #大脑反应 #不良饮食行为 #肥胖#心理健康阅读论文：Zhang, X., Ravichandran, S., Gee, G. C., Dong, T. S., Beltrán-Sánchez, H., Wang, M. C., Kilpatrick, L. A., Labus, J. S., Vaughan, A., & Gupta, A. (2024). Social Isolation, Brain Food Cue Processing, Eating Behaviors, and Mental Health Symptoms. JAMA Network Open, 7(4), e244855. https://doi.org/10.1001/jamanetworkopen.2024.4855神经技术在人工智能系统中模拟认知退化和衰老随着人工智能技术的快速发展，模拟人类大脑神经退化成为了一个新的研究方向。近日，一组科学家在其最新的研究中提出了一种名为“神经侵蚀”的方法，通过在大型语言模型（LLM）中引入噪声，模拟了神经系统的退化过程。这一方法首次将文本数据用于模拟认知疾病，与传统侧重于视觉数据的研究形成鲜明对比。在该研究中，科学家们使用Meta AI的LLaMA 2模型进行实验，通过逐渐增加高斯噪声，观察模型在处理语言和数学问题时的表现。结果显示，随着噪声水平的增加，模型首先丧失了解决数学问题的能力，随后是语言理解能力的下降。此外，这项研究还揭示了模型认知退化的速率与人类认知退化的相似性，为未来开发能够预测和诊断神经退化疾病的AI系统奠定了基础。#人工智能 #神经退化 #语言模型 #智商测试 #安全性阅读论文：Alexos, A., Tsai, Y.-D., Domingo, I., Pishgar, M., & Baldi, P. (2024). Neural Erosion: Emulating Controlled Neurodegeneration and Aging in AI Systems (arXiv:2403.10596). arXiv. https://doi.org/10.48550/arXiv.2403.10596利用大鼠神经元恢复小鼠嗅觉功能在哥伦比亚大学的Kristin Baldwin教授领导下，研究团队成功地在小鼠大脑中整合了大鼠神经元，通过这些外来的神经元使小鼠恢复了嗅觉功能。研究人员采用种间囊胚补偿（blastocyst complementation）技术，将大鼠的多能干细胞注入小鼠的囊胚中。这些大鼠细胞能够在小鼠大脑中广泛分布并持久存在，且在小鼠的皮层和海马区与小鼠的神经元形成突触连接。当小鼠的嗅觉神经元被基因技术静默或消除时，大鼠神经元不仅恢复了嗅觉信息的处理能力，还恢复了小鼠寻找食物的基本行为，尽管这种恢复的效果略逊于小鼠原有的神经元。这表明，跨物种神经元整合能够在功能上替代受损的神经系统，为治疗相关神经退行性疾病提供了新的可能。研究发表在Cell上。#神经科学 #囊胚互补 #跨物种神经整合 #嗅觉恢复 #神经可塑性阅读论文：Throesch, B. T., Imtiaz, M. K. bin, Muñoz-Castañeda, R., Sakurai, M., Hartzell, A. L., James, K. N., Rodriguez, A. R., Martin, G., Lippi, G., Kupriyanov, S., Wu, Z., Osten, P., Belmonte, J. C. I., Wu, J., & Baldwin, K. K. (2024). Functional sensory circuits built from neurons of two species. Cell, 187(9), 2143-2157.e15. https://doi.org/10.1016/j.cell.2024.03.042DPABINet：一键式脑网络和图论分析平台，使脑科学研究更简便DPABINet是由中国科学院心理研究所的严超赣博士团队开发的先进平台，该平台基于功能磁共振成像（fMRI）数据，旨在简化脑网络的复杂分析。DPABINet继承并扩展了DPARSF/DPABI/DPABISurf平台的设计理念，显著降低了技术门槛，使得无编程背景的用户也能进行高精度的脑网络构建和分析。DPABINet通过集成诸如Brain Connectivity Toolbox、FSLNets、BrainNet Viewer、Circos、SPM、PALM等先进的成像处理模块，利用docker技术提供了一个跨平台、用户友好的界面。该平台的图形用户界面（GUI）允许用户一键完成脑网络的构建、图论分析以及统计分析和结果可视化，无需任何编程知识。此外，DPABINet还增强了对扩散加权成像数据的脑结构网络研究，提供了一个基于DPABIFiber预处理结果的强大分析框架。该平台的推出，显著提高了研究效率和精度，为脑功能障碍的诊断和治疗提供了新的工具。研究发表在 Science Bulletin 上。#DPABINet #脑网络分析 #图论 #功能磁共振成像 #用户友好阅读论文：Yan, C.-G., Wang, X.-D., Lu, B., Deng, Z.-Y., & Gao, Q.-L. (2024). DPABINet: A toolbox for brain network and graph theoretical analyses. Science Bulletin. https://doi.org/10.1016/j.scib.2024.02.038新的稀疏贝叶斯学习方法显著提高肌肉活动重建的准确性随着人工智能技术的飞速发展，特别是在脑机接口（BCI）领域，对于更精确的脑活动解码需求不断增加。最近，一项创新的研究提出了一个新的稀疏贝叶斯学习框架，该框架集成了最大相关性准则（MCC），旨在提高在噪声环境下对肌肉活动的重建准确性。研究团队利用自动相关性决定（ARD）技术和变分推理方法，开发了一种新的稳健回归模型，专门针对脑电图（EEG）和肌电图（EMG）数据的处理。通过引入一个新的偏差误差假设，该方法能够有效应对在实际测量中常见的大噪声干扰，提供了比传统稀疏贝叶斯学习方法更为稳健的性能。在实验部分，研究者不仅使用合成数据集对模型进行了验证，还在真实的肌肉活动重建任务中测试了其效果。结果显示，新方法在各种指标上均优于传统方法，特别是在相关系数和均方根误差方面表现出显著的改进。#稀疏贝叶斯学习 #脑机接口 #肌肉活动重建 #最大相关性准则 #稳健回归阅读论文：Li, Y., Chen, B., Yoshimura, N., Koike, Y., & Yamashita, O. (2024). Sparse Bayesian Correntropy Learning for Robust Muscle Activity Reconstruction from Noisy Brain Recordings (arXiv:2404.15309). arXiv. AI使用低成本脑电图设备估算大脑年龄德雷克塞尔大学创意研究实验室开发了一种新的人工智能方法，利用脑电图估计个体的大脑年龄。研究团队采用了静息状态脑电图记录健康个体的大脑活动，并利用EMOTIV EPOC X头戴设备收集数据。通过机器学习算法训练，建立了一个模型来估计个体的大脑年龄。测试结果表明，模型与实际年龄之间的相关系数达到0.582（校正后为0.963），而一周内重复测试的相关性为0.750（校正后为0.939）。这表明该技术在评估大脑健康和功能方面具有可靠性，可广泛应用于诊所、工作场所和家庭，检测干预措施的效果。研究发表在Frontiers in Neuroergonomics上。#人工智能 #脑电图 #大脑年龄 #健康监测 #神经经济学阅读论文：Kounios, J., Fleck, J. I., Zhang, F., & Oh, Y. (2024). Brain-age estimation with a low-cost EEG-headset: Effectiveness and implications for large-scale screening and brain optimization. Frontiers in Neuroergonomics, 5. https://doi.org/10.3389/fnrgo.2024.1340732新脑瘤预测模型显著提高胶质瘤生存时间预测准确性胶质瘤作为最常见的成人原发性脑瘤，其生存时间预测对治疗策略制定至关重要。针对传统多模态MRI扫描数据处理存在的限制，研究团队开发了一种深度学习模型，提高了预测的准确性和适应性。研究引入了一种端到端的多模态多通道多尺度非局部注意力网络（MMMNA-Net），该网络通过多模态共享主干网络自动提取不同模态输入的低级和高级特征。通过在特征的不同层级应用改进的非局部注意力模块，实现了更有效的特征融合。在特征最高层级，采用全连接层替代全局平均池化，以增强各模态间的相关性。结果表明，相较于其他分类基础的OS预测方法，MMMNA-Net在准确性上有显著提升，即使在部分模态缺失的情况下也能有效工作，准确率提高了8.76%（0.6989 vs. 0.6426）。#胶质瘤 #多模态MRI #深度学习 #特征融合 #生存时间预测阅读论文：Tang, W., Zhang, H., Yu, P., Kang, H., & Zhang, R. (2022). MMMNA-Net for Overall Survival Time Prediction of Brain Tumor Patients. 2022 44th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine & Biology Society (EMBC), 3805–3808. https://doi.org/10.1109/EMBC48229.2022.9871639全脑高分辨率探测GPCR激动剂新工具密歇根大学的研究团队开发了一种新技术，可以在整个大脑中高分辨率地探测GPCR激动剂。该技术有助于深入了解神经信号如何在神经元之间传递及其对疾病治疗的潜在应用。该研究使用名为SPOTall的单链蛋白质基阿片传输指示工具（SPOTIT）平台，不仅能检测阿片类药物，还能检测其他GPCR激动剂，并在细胞上留下荧光标记，实现全脑高分辨率的可视化。研究中，通过改造红色版本的SPOTIT传感器，实现了对多种GPCR激动剂的复合成像。此外，研究团队在小鼠大脑中使用β2肾上腺素受体（B2AR）-SPOTall传感器检测了外源性给予的异丙肾上腺素和肾上腺素，验证了该平台的应用。这项技术为未来研究不同信号通路的交互作用提供了新的方法，有助于为多种神经调节剂同时创建大脑地图。研究发表在 PNAS 上。#GPCR激动剂 #神经元信号 #全脑分析 #高分辨率 #荧光标记阅读论文：Kroning, K., Gannot, N., Li, X., Putansu, A., Zhou, G., Sescil, J., Shen, J., Wilson, A., Fiel, H., Li, P., & Wang, W. (2024). Single-chain fluorescent integrators for mapping G-protein-coupled receptor agonists. Proceedings of the National Academy of Sciences, 121(18), e2307090121. https://doi.org/10.1073/pnas.2307090121新型显微镜技术打开阿尔茨海默病代谢另一扇窗加州大学圣迭戈分校的研究团队，使用创新的成像技术探索了脂质代谢在阿尔茨海默病进程中的作用，发现这一代谢路径可能是病理的关键驱动因素。该研究利用受激拉曼散射显微镜（ SRS）和重水（D2O）标记，直观地观察了tau蛋白病变小鼠大脑和从诱导多能干细胞导出的人类神经元中的脂质代谢。结果显示，脂质滴在这些细胞中积累，并引起氧化应激和炎症反应。关键的腺苷酸激活蛋白激酶（AMPK）在调节脑脂质稳态中起着至关重要的作用，其功能障碍会加剧病理状态。此项发现为开发新的阿尔茨海默病治疗方法提供了可能。研究发表在Cell Metabolism上。#阿尔茨海默病 #脂质代谢 #刺激拉曼散射显微镜 #AMPK #神经病理学阅读论文：Li, Y., Munoz-Mayorga, D., Nie, Y., Kang, N., Tao, Y., Lagerwall, J., Pernaci, C., Curtin, G., Coufal, N. G., Mertens, J., Shi, L., & Chen, X. (2024). Microglial lipid droplet accumulation in tauopathy brain is regulated by neuronal AMPKtau. Cell Metabolism. https://doi.org/10.1016/j.cmet.2024.03.014无需编码专业知识即可使用的脑科学工具亥姆霍兹慕尼黑研究中心和慕尼黑大学医院开发了一种名为DELiVR的新型人工智能工具，能够改进对脑细胞的映射和分析。这项工作使非专业实验室也能进行高级脑部分析，有助于研究与多种疾病相关的脑细胞变化。研究团队首先通过虚拟现实（VR）训练深度学习算法识别三维显微图像中的活跃神经元。通过虚拟现实进行标注，比传统二维方法更快更精确。利用DELiVR，研究者可以自动识别活跃神经元，并将这些信息与脑图谱进行匹配。此外，DELiVR与Fiji（一种开源图像分析软件）无缝集成，形成端到端的工作流程。研究团队还展示了如何使用DELiVR研究癌症对大脑活动的影响，发现了区分导致体重减轻与否的癌症的大脑活动模式。研究发表在Nature Methods上。#人工智能 #脑细胞映射 #虚拟现实 #神经科学 #癌症研究阅读论文：Kaltenecker, D., Al-Maskari, R., Negwer, M., Hoeher, L., Kofler, F., Zhao, S., Todorov, M., Rong, Z., Paetzold, J. C., Wiestler, B., Piraud, M., Rueckert, D., Geppert, J., Morigny, P., Rohm, M., Menze, B. H., Herzig, S., Berriel Diaz, M., & Ertürk, A. (2024). Virtual reality-empowered deep-learning analysis of brain cells. Nature Methods, 1–10. https://doi.org/10.1038/s41592-024-02245-2DeepWMH：精确分割白质高信号的深度学习工具随着神经系统疾病的诊断需求增加，对白质高信号异常（WMHs）的研究日益重要。这些异常是衡量大脑老化和病理变化的重要指标，涉及诸如阿尔茨海默病、帕金森病等多种疾病。传统的WMH分析方法耗时且效率低下。因此，该研究团队开发了一种名为DeepWMH的高效自动化分割工具，以提高临床和科研的效率。DeepWMH工具通过结合深度学习技术和大脑的解剖知识，无需人工标注即可实现WMH的高精度分割。在训练阶段，DeepWMH采用无监督学习策略，通过正常大脑扫描提示潜在的WMH位置，并以此训练模型，使其对标签噪声具有强大的抵抗力。在推断阶段，已训练的模型能够自动进行高质量的WMH分割。在多个数据集上的测试表明，DeepWMH在骰子相似系数（Dice similarity coefficient）和实例级F1得分方面均显著优于其他无标注方法，显示了优越的性能和应用潜力。研究发表在 Science Bulletin 上。#白质高信号异常 #DeepWMH #自动化分割 #深度学习 #神经系统疾病阅读论文：Liu, C., Zhuo, Z., Qu, L., Jin, Y., Hua, T., Xu, J., Tan, G., Li, Y., Duan, Y., Wang, T., Zhang, Z., Zhang, Y., Chen, R., Yu, P., Zhang, P., Shi, Y., Zhang, J., Tian, D., Li, R., … Ye, C. (2024). DeepWMH: A deep learning tool for accurate white matter hyperintensity segmentation without requiring manual annotations for trainingDeepWMH Science Bulletin, 69(7), 872–875. https://doi.org/10.1016/j.scib.2024.01.034AI通过“肠脑轴”改善阿尔茨海默病的治疗克利夫兰诊所的研究团队使用人工智能技术，深入研究肠道菌群代谢物如何通过与人体细胞受体的互作影响阿尔茨海默病的发展。通过结合机器学习和多组学分析，研究团队预测了大约109万对肠道代谢物-受体相互作用，并筛选出与阿尔茨海默病相关的关键受体GPCR。他们采用遗传学导向的门捷列夫随机化和综合人类大脑转录组及蛋白质组数据。特别地，胍基胺（Agmatine）和苯乙胺（Phenethylamine）在实验中被发现能有效降低患者源诱导多能干细胞衍生的神经元中tau蛋白的磷酸化水平，展示了这些代谢物的潜在治疗作用。该研究发表在Cell Reports上。#人工智能 #肠道菌群 #代谢物 #阿尔茨海默病 #GPCR阅读论文：Qiu, Y., Hou, Y., Gohel, D., Zhou, Y., Xu, J., Bykova, M., Yang, Y., Leverenz, J. B., Pieper, A. A., Nussinov, R., Caldwell, J. Z. K., Brown, J. M., & Cheng, F. (2024). Systematic characterization of multi-omics landscape between gut microbial metabolites and GPCRome in Alzheimer’s disease. Cell Reports, 43(5). https://doi.org/10.1016/j.celrep.2024.114128AI技术显著提高帕金森病药物发现的效率剑桥大学的研究团队利用机器学习技术在帕金森病治疗领域取得了突破性进展。他们的研究聚焦于α-突触核蛋白，这是一种与帕金森病密切相关的蛋白质，其异常聚集与疾病的发展有关。研究团队首先使用基于结构的机器学习技术，在化学库中筛查了数百万种化合物，以识别能够结合并阻止α-突触核蛋白聚集的小分子。他们采用迭代方式，将实验数据反馈到机器学习模型中，不断优化抑制剂的选择。经过几轮筛选，研究团队成功识别出了几种比以前的候选药物更有效一百倍的强效化合物。这些新化合物的发现，不仅提高了筛选的效率，还大幅降低了成本。研究发表在Nature Chemical Biology上。#人工智能 #帕金森病 #药物发现 #α-突触核蛋白 #机器学习阅读论文：Horne, R. I., Andrzejewska, E. A., Alam, P., Brotzakis, Z. F., Srivastava, A., Aubert, A., Nowinska, M., Gregory, R. C., Staats, R., Possenti, A., Chia, S., Sormanni, P., Ghetti, B., Caughey, B., Knowles, T. P. J., & Vendruscolo, M. (2024). Discovery of potent inhibitors of α-synuclein aggregation using structure-based iterative learning. Nature Chemical Biology. https://doi.org/10.1038/s41589-024-01580-x整理｜ChatGPT编辑｜丹雀 & 存源追问互动○如果您对本期内容有进一步想要追问的问题或者讨论的内容，欢迎在评论区留言，或者扫描二维码添加追问微信号，发送自我介绍，加入我们的社群参与互动。如需转载，还请留言。