科学家发现防止我们迷路的大脑活动模式

科学家发现防止我们迷路的大脑活动模式 这项研究确定了大脑中精细调整的头部方向信号。这些结果与在啮齿类动物身上发现的神经密码相当，对理解帕金森症和阿尔茨海默氏症等疾病具有重要意义。测量人在运动时的神经活动具有挑战性，因为现有的大多数技术都要求参与者尽可能保持静止。在这项研究中，研究人员利用移动脑电图设备和动作捕捉克服了这一难题。第一作者本杰明-J-格里菲斯博士说："掌握前进方向非常重要。在估计自己的位置和方向时，即使是很小的错误也会带来灾难性的后果。我们知道，鸟类、大鼠和蝙蝠等动物的神经回路可以让它们保持方向，但我们对人类大脑在现实世界中如何管理这一点却知之甚少，令人惊讶。"一组 52 名健康参与者参加了一系列运动跟踪实验，同时通过头皮脑电图记录了他们的大脑活动。通过这些实验，研究人员可以监测参与者在根据不同电脑显示器上的提示移动头部以确定方向时发出的大脑信号。在另一项研究中，研究人员监测了 10 名参与者的信号，这些人已经因癫痫等疾病接受了颅内电极监测。所有任务都会促使参与者移动头部，有时甚至只移动眼睛，脑电图帽和颅内脑电图（iEEG）记录了这些动作产生的大脑信号，前者用于测量来自头皮的信号，后者用于记录来自海马体和邻近区域的数据。在考虑了肌肉运动或参与者在环境中的位置等因素对脑电图记录造成的"混淆"后，研究人员能够显示出一种微调的方向信号，这种信号可以在参与者头部方向发生物理变化之前被检测到。格里菲斯博士补充说："分离这些信号使我们能够真正关注大脑如何处理导航信息，以及这些信号如何与视觉地标等其他线索一起发挥作用。我们的方法为探索这些特征开辟了新的途径，对神经退行性疾病的研究，甚至对改进机器人和人工智能中的导航技术都有意义"。在今后的工作中，研究人员计划将他们的学习成果应用于研究大脑如何在时间中导航，以找出类似的神经元活动是否对记忆起作用。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学家发现嗅觉和化学感应进化过程中的意外转折

科学家发现嗅觉和化学感应进化过程中的意外转折 "想象一下，在一个世界里，成熟的桃子对一只苍蝇来说尝起来和闻起来都像辛辣的醋，而对另一只苍蝇来说却像一阵夏日的气息，"这项研究的主要作者、伦敦玛丽皇后大学遗传学、基因组学和基础细胞生物学讲师罗曼-阿圭略博士解释说。"我们的研究表明，这不仅是可能的，而且实际上很常见。"研究小组分析了六个不同果蝇物种的五个关键气味检测组织的基因表达模式。这种综合方法使他们能够比以往任何时候都更深入地研究嗅觉的分子基础。一个令人惊讶的发现是"稳定选择"的普遍存在，这种力量使大多数基因在不同世代的表达水平保持不变。然而，在这片稳定的海洋中，研究人员发现数千个基因的表达发生了重大变化，形成了不同苍蝇物种独特的嗅觉景观。化感组织转录组的进化。图片来源：Gwénaëlle Bontonou 等人/《自然通讯阿圭略博士说："这就像是在一片千篇一律的汪洋大海中发现了隐藏的多样性岛屿。基因表达的这些变化告诉我们新气味、新敏感性的进化，甚至是利用气味导航世界的新方法。"这项研究还揭示了两性之间耐人寻味的差异。在果蝇和许多其他动物中，雌雄常常通过不同的嗅觉镜头来感受世界。研究人员在黑腹果蝇的前肢发现了令人惊讶的过量雄性偏向基因表达，这表明这些前肢在雄性特异性气味检测中起着至关重要的作用。这些发现为了解性别差异如何演变以及它们如何影响动物行为开辟了令人兴奋的新途径。它对感官系统如何进化的一般原理提供了宝贵的见解，为了解包括人类在内的其他动物如何感知其化学环境提供了线索。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学家发现进化过程中不寻常的新英雄：史前蠕虫搭配黄铁矿

科学家发现进化过程中不寻常的新英雄：史前蠕虫搭配黄铁矿 一项新的研究发现，史前蠕虫在海底的穴居活动释放了氧气，促进了奥陶纪生物大分化。地球上最重要的一次生物多样性爆发3000 万年的爆炸性进化变化催生了无数新物种可能要感谢生命史上最不起眼的生物：蠕虫。根据约翰-霍普金斯大学研究人员发表在《Geochimica et Cosmochimica Acta》杂志上的最新研究成果，史前蠕虫和其他无脊椎动物在海底的挖掘和穴居引发了一连串的事件，向海洋和大气释放了氧气，并帮助启动了大约 4.8 亿年前的奥陶纪生物多样化大事件。地球与行星科学系助理教授、资深作者玛雅-戈麦斯（Maya Gomes）说："想想在今天甚至还不存在的小动物是如何以如此深刻的方式改变进化史的进程的，这真的令人难以置信。"通过这项工作，我们将能够研究早期海洋的化学性质，并重新解释部分地质记录。"为了更好地了解氧气含量的变化如何影响大规模的进化事件，戈麦斯和她的研究小组更新了模型，详细说明了数亿年来氧气增加的时间和速度。他们研究了在一定程度上由挖掘蠕虫造成的沉积物混合与一种名为黄铁矿的矿物之间的关系，黄铁矿在氧气积聚中起着关键作用。黄铁矿在泥土、淤泥或沙子中形成并被掩埋的越多，氧气含量就越高。研究人员在马里兰州切萨皮克湾沿岸的九个地点测量了黄铁矿，这些地点可作为早期海洋条件的代表。即使只有几厘米沉积物混合的地点，黄铁矿的含量也大大高于没有混合的地点和混合程度较深的地点。戈麦斯说，这些发现挑战了以前的假设，即黄铁矿与沉积物混合之间的关系在不同生境和不同时期都保持不变。传统观点认为，随着动物在海底掘洞搅动沉积物，新出土的黄铁矿会暴露在水中并被氧气破坏，这一过程最终会阻止氧气在大气和海洋中积累。混合沉积物被视为氧气水平保持稳定的证据。新数据表明，少量沉积物在含氧量极低的水中混合，会使埋藏在地下的黄铁矿、硫和有机碳接触到足够的氧气，从而启动更多黄铁矿的形成。"这有点像金发姑娘。条件必须恰到好处。你必须有一点混合，让氧气进入沉积物，但又不能太多，以至于氧气破坏了所有的黄铁矿，没有净积累，"文章第一作者、约翰霍普金斯大学博士候选人 Kalev Hantsoo 说。当研究人员将黄铁矿与沉积物混合深度之间的这种新关系应用到现有模型中时，他们发现氧气水平在数百万年中保持相对平稳，然后在古生代期间上升，奥陶纪期间出现急剧上升。研究人员说，额外的氧气很可能促成了奥陶纪生物多样性大事件，当时新物种迅速繁衍。戈麦斯说："一直以来，我们都在思考氧气水平如何与历史上进化力量加快、地球上生命更加多样化的时刻相关联。寒武纪时期也曾发生过大规模的物种分化事件，但新的模型让我们能够排除氧气的影响，而把注意力集中在那个时期可能推动进化的其他因素上。"编译来源：ScitechDailyDOI: 10.1016/j.gca.2024.04.018 ... PC版： 手机版：

神经科学家揭示大脑如何决定记忆内容

神经科学家揭示大脑如何决定记忆内容 最近的研究发现，海马体中的"锐波涟漪"是一种大脑机制，它决定了哪些日常经历会成为永久记忆，闲暇时的显著涟漪会导致睡眠中的记忆巩固。神经科学家在过去几十年中发现，大脑会在当晚的睡眠中将一些日常经历转化为持久记忆。最近的一项研究介绍了一种机制，它能决定哪些记忆足够重要，可以保存在大脑中，直到睡眠将其永久固化。在纽约大学格罗斯曼医学院研究人员的领导下，这项研究围绕着被称为神经元的脑细胞展开，这些神经元通过"发射"或使其正负电荷的平衡发生波动来传输编码记忆的电信号。在一个名为海马体的大脑区域中，大群神经元有节奏地循环发射信号，在几毫秒内产生信号序列，这些信号可以编码复杂的信息。这些向大脑其他部分发出的"呼喊"被称为"尖波涟漪"，代表了 15% 的海马神经元近乎同时发射的信号，因其活动被电极捕捉并记录在图表上时所呈现的形状而得名。过去的研究将波纹与睡眠中记忆的形成联系在一起，而最近发表在《科学》杂志上的这项新研究发现，紧接着5到20个尖锐波纹的白天事件在睡眠中会被更多地重放，从而巩固为永久记忆。而很少或没有尖锐波纹的事件则无法形成持久记忆。该研究的资深作者、纽约大学朗贡卫生院神经科学与生理学系比格斯神经科学教授、医学博士 György Buzsáki 说："我们的研究发现，尖锐波纹是大脑用来'决定'保留和丢弃什么的生理机制。"这项新研究基于一个已知的模式：包括人类在内的哺乳动物会体验世界片刻，然后暂停，再体验一会儿，然后再暂停。研究报告的作者说，在我们关注某件事情之后，大脑计算往往会切换到一种"闲置"的重新评估模式。这种瞬间停顿在一天中都会发生，但最长的空闲期发生在睡眠中。Buzsaki 及其同事之前已经证实，当我们积极探索感官信息或移动时，不会出现锐波纹波，只有在之前或之后的空闲停顿期间才会出现锐波纹波。目前的研究发现，尖锐的波状三角形代表了觉醒后这种停顿期间的自然标记机制，标记的神经元模式会在任务后的睡眠中重新激活。重要的是，我们知道尖锐的波状纹是由海马"位置细胞"按照特定顺序发射的，我们进入的每一个房间和老鼠进入的每一个迷宫臂都是由这种细胞编码的。对于被记住的记忆，同样的细胞会在我们睡觉时高速发射，"每晚回放记录的事件数千次"。这个过程加强了相关细胞之间的联系。在本次研究中，研究小组通过电极跟踪了小鼠连续运行迷宫的过程，这些海马细胞群尽管记录的经历非常相似，但却随着时间的推移而不断变化。这首次揭示了在迷宫运行过程中，涟漪在清醒时暂停，然后在睡眠时重放。当小鼠在每次跑完迷宫后停下来享用含糖食物时，通常会记录到尖锐的波状瘫痪。作者说，小鼠食用奖励后，大脑就会从探索模式切换到闲置模式，从而出现锐波瘫痪。通过使用双面硅探针，研究小组能够在迷宫运行期间同时记录动物海马中的多达 500 个神经元。这反过来又带来了挑战，因为独立记录的神经元越多，数据就会变得异常复杂。为了获得对数据的直观理解、可视化神经元活动并形成假设，研究小组成功地减少了数据的维数，在某种程度上就像把三维图像转换成平面图像一样，而且没有失去数据的完整性。第一作者、布扎基实验室的研究生杨婉楠（Winnie）博士说："我们努力将外部世界排除在外，研究哺乳动物大脑先天和潜意识中将某些记忆标记为永久记忆的机制。为什么会进化出这样一个系统仍然是个谜，但未来的研究可能会揭示出一些设备或疗法，它们可以调整尖锐的波纹，从而改善记忆，甚至减少对创伤事件的回忆"。编译来源：ScitechDaily参考文献:《海马体锐波涟漪对记忆经验的选择》，作者：Wannan Yang、Chen Sun、Roman Huszár、Thomas Hainmueller、Kirill Kiselev 和 György Buzsáki，2024 年 3 月 28 日，《科学》。DOI: 10.1126/science.adk8261 ... PC版： 手机版：

科学家搞清楚大脑如何清除垃圾

科学家搞清楚大脑如何清除垃圾 大脑有约 1700 亿个细胞，它们在执行例行任务时会产生大量垃圾。为了保持健康，大脑需要清理掉垃圾。但它是如何清理清除垃圾的？两个研究团队在《自然》期刊上发表了三篇论文，详细描述了大脑的垃圾清理系统。这项研究将有助于科学家更好的理解、治疗和预防脑部疾病。研究发现，睡眠时慢电波会将细胞周围液体从大脑深处推向表面，然后通过一个复杂分界面将液体中的垃圾吸收到血液中，带到肝脏和肾脏，排到体外。其中一种垃圾是淀粉样蛋白，它会在阿尔茨海默病患者大脑中形成黏性斑块。华盛顿大学研究神经退行性疾病的 Jeffrey Iliff 称，越来越多的证据表明阿尔茨海默病患者大脑垃圾清理系统受损了，如果能恢复清理系统也许有可能预防阿尔茨海默病。 via Solidot

科学家关注蝙蝠群聚交换免疫基因带来病毒耐受性的进化的现象

科学家关注蝙蝠群聚交换免疫基因带来病毒耐受性的进化的现象 德克萨斯农工大学兽医与生物医学科学学院（VMBS）的 Nicole Foley 博士说："了解蝙蝠是如何进化出病毒耐受力的，可能有助于我们了解人类如何才能更好地对抗新出现的疾病。作为基因组学家，我们的工作常常为直接研究病毒传播的科学家的研究奠定基础。他们可能正在开发疾病疫苗或监测易感动物种群。我们相互依赖，才能在下一次大流行中保持领先。"一只正在捕食的鼠耳蝠。图片来源：Nicole Foley 博士/德克萨斯农工大学兽医与生物医学学院由于蝙蝠通常对其携带的疾病具有免疫力，福里和兽医综合生物科学系教授比尔-墨菲博士认为，研究蝙蝠的疾病免疫力可能是预防下一次全球大流行的关键。福里说："由于 COVID-19 大流行，预测和预防疫情爆发成为研究人员和公众的首要任务。有几种蝙蝠对危害人类健康的病毒有耐受性，这意味着它们会成为疾病的贮藏库它们携带病毒，但关键是它们不会出现症状"。长耳鼠耳蝠。图片来源：Nicole Foley 博士/德克萨斯农工大学兽医与生物医学科学学院为了准确揭示蝙蝠是如何进化出对这些致命病毒的耐受力，弗利、墨菲和他们的国际研究伙伴绘制了蝙蝠的进化树图，他们知道这对于试图确定哪些基因可能参与其中至关重要。"鼠耳蝠是哺乳动物中的第二大属，有 140 多个物种，"她说。"它们几乎遍布世界各地，并寄生着多种多样的病毒。鼠耳蝠和其他蝙蝠物种在交配期间也有成群行为，这给弄清物种间的关系增加了困难。"在一起栖息的长耳鼠耳蝠。图片来源：Nicole Foley 博士/德克萨斯农工大学兽医与生物医学学院Foley 说："你可以把群体行为想象成社交聚会；这里有大量的飞行活动、更多的交流和物种间的交融，对蝙蝠来说，这和去夜总会没什么两样。"让研究人员感到复杂的是，蝙蝠群会产生更多的杂交种父母来自不同物种的个体蝙蝠。Foley 说："鼠耳蝠的问题在于种类繁多，大约有 130 种，但它们看起来都非常相似。很难将它们彼此区分开来，而杂交则使区分变得更加困难。如果我们想弄清楚这些蝙蝠是如何进化的，从而了解它们的疾病免疫力，那么能够分辨出谁是谁就非常重要了。"长耳鼠耳蝠。图片来源：Nicole Foley 博士/德克萨斯农工大学兽医与生物医学科学学院有鉴于此，为了绘制出鼠耳蝠之间的真实关系图，弗利和墨菲首先解开了杂交的遗传密码，这样他们就能更清楚地分辨出哪些物种是鼠耳蝠。她解释说："我们与爱尔兰、法国和瑞士的研究人员合作，对60种蝙蝠的基因组进行了测序。这使我们能够弄清DNA中哪些部分代表了物种的真实进化史，哪些部分是杂交产生的。"解决了这部分难题后，研究人员终于能够更仔细地研究遗传密码，看看它如何可能揭示疾病免疫。他们发现，免疫基因是蜂拥时物种间最频繁交换的一些基因。"对于研究人员来说，群聚行为一直是个谜，"Foley 说。"现在我们对这种特殊行为进化的原因有了更好的理解也许是为了促进杂交，这有助于在整个种群中更广泛地传播有益的免疫基因变体。"Nicole Foley 博士和 William Murphy 博士。资料来源：德克萨斯农工大学兽医和生物医学科学学院Foley 和 Murphy 的发现为我们提出了关于杂交在进化中的重要性的新问题。Foley指出："杂交在我们的发现中所起的作用比我们预想的要大得多。这些结果让我们不禁要问，迄今为止，杂交在多大程度上掩盖了基因组学家对哺乳动物进化史的了解。现在，我们希望找出哺乳动物之间发生杂交的其他情况，看看我们能了解它们之间的关系，甚至基因组是如何以及为什么会以这种方式组织起来的。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：