科学家发现脊髓神经机制带来的惊人记忆能力

科学家发现脊髓神经机制带来的惊人记忆能力 日本理化学研究所脑科学中心的竹冈绫（Aya Takeoka）及其团队确定了脊髓中独立于大脑促进运动学习的神经通路。他们的研究结果发表在4月11日的《科学》（Science）杂志上，研究人员发现了两组关键的脊髓神经元，一组是新的适应性学习所必需的，另一组则是学习后回忆适应性的神经元。这些发现可以帮助科学家开发出帮助脊髓损伤后运动恢复的方法。科学家们早就知道，即使没有大脑，脊髓的运动输出也可以通过练习进行调整。这一点在无头昆虫身上得到了最显著的体现，它们的腿仍然可以通过训练来避开外界的提示。到目前为止，还没有人搞清楚这是如何做到的，如果不了解这一点，这种现象就只能是一个怪异的事实。正如武冈解释的那样："如果我们想了解健康人运动自动性的基础，并利用这些知识改善脊髓损伤后的恢复，那么深入了解其潜在机制是至关重要的。在这项研究中，将肢体位置与不愉快经历联系起来的脊髓仅在 10 分钟后就学会了调整肢体位置，并在第二天保留了记忆。而随机接受不愉快经历的脊髓则不会学习。资料来源：理化学研究所在深入研究神经回路之前，研究人员首先开发了一种实验装置，使他们能够在没有大脑输入的情况下研究小鼠脊髓的适应性，包括学习和回忆。每次试验都有一只实验鼠和一只后腿自由悬垂的对照鼠。如果实验鼠的后腿下垂过多，它就会受到电刺激，模仿小鼠想要避免的动作。对照组小鼠在同一时间接受同样的刺激，但与自己的后腿位置无关。即时学习和记忆保持观察仅仅过了 10 分钟，他们就观察到只有实验小鼠进行了运动学习；它们的腿仍然高高抬起，避免了任何电刺激。这一结果表明，脊髓可以将不愉快的感觉与腿部位置联系起来，并调整其运动输出，使腿部避免不愉快的感觉，而这一切都不需要大脑。24 小时后，他们重复了 10 分钟的测试，但将实验小鼠和对照组小鼠颠倒过来。原来的实验小鼠仍然保持着抬腿的姿势，这表明脊髓保留了对过去经历的记忆，从而干扰了新的学习。在脊髓中建立了即时学习和记忆之后，研究小组开始研究使这两种学习和记忆成为可能的神经回路。他们使用了六种类型的转基因小鼠，每种小鼠都有一组不同的脊髓神经元被禁用，并对它们进行了运动学习和学习逆转的测试。他们发现，脊髓顶端的神经元失效后，小鼠后肢无法适应以避免电击，尤其是那些表达Ptf1a基因的神经元。当他们在学习逆转过程中对小鼠进行检查时，发现沉默表达 Ptf1a 的神经元没有任何效果。相反，脊髓底部腹侧的一组表达En1基因的神经元却起了关键作用。当这些神经元在学习回避的第二天被沉默时，脊髓就像从未学习过任何东西一样。研究人员还在第二天通过重复最初的学习条件来评估记忆回忆。他们发现，在野生型小鼠中，后肢比第一天更快稳定地到达回避位置，这表明它们已经记住了。在回忆过程中激发En1神经元可将这一速度提高80%，表明运动回忆能力增强。竹冈说："这些结果不仅挑战了运动学习和记忆仅局限于大脑回路的普遍观点，而且我们还证明了我们可以操纵脊髓运动记忆，这对旨在改善脊髓损伤后恢复的疗法具有重要意义。" ... 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

神经科学家戳破大脑的聪明假象

神经科学家戳破大脑的聪明假象 人们都以为这东西是聪慧和进步的演化产物，可实际上它又混乱无序又容易犯错！ ◎ 编辑推荐 听被科学耽误的单口喜剧演员讲大脑，带你感受好玩儿的脑科学！ 全面戳破大脑的聪明假象，无情揭露大脑的奇葩属性，彻底将大脑请下神坛！ 相信读毕此书，你 会明白，为什么大脑总在给生活添麻烦，以及它如何蠢得让人哭出声来！ ◎ 内容简介 人们普遍认为，科学写作应该崇高、严肃，同时也将大脑视为一种界限模糊的构造，既是连通人类经验与未知世界的桥梁，也是一个不可亵渎的妙物。但作者站在神经科学家的立场，却一直在与此唱反调。在作者看来，大脑确实复杂难懂，也的确非常有趣，但若就此把它特殊化，认为它批评不得，就会很没意思。反倒是大脑那些较为随性、杂乱的特性，与其完全无视，反而更应该重视，甚至大书特书。 因此，本书不仅写作风格诙谐幽默，而且讲的还都是大脑如何经常犯错的糗事，将神经科学与普通日常生活之间的距离大大拉近，令神秘而引人好奇的大脑走下神坛，帮助读者快乐地了解关于大脑想知道的一切。 ◎ 媒体推荐 非常有趣，一场关于现代认知科学和心理学的盛大之旅。 《华尔街时报》（Wall Street Journal） 令人信服，旁征博引，有理有据。信得过的作者，值得读的好书。 威尔士记者、纪录片制作人、电台主持人 乔恩·荣森（Jon Ronson） ◎获奖记录 本书作为一本国际畅销的科普读物已经在25个国家出版，非常适合大众阅读和知识普及。同时，作者在《卫报》上开设的专栏两年来也已经收获了超过1,600万的阅读量，广受各界人士的赞誉。 第十六届“文津图书奖”推荐图书 #脑科学 #科普 #通俗读物

科学家开发出标记技术"NeuM" 可实时监测神经元的变化

科学家开发出标记技术"NeuM" 可实时监测神经元的变化 韩国科学技术院（KIST）脑科学研究所的 Kim Yun Kyung 博士领导的研究团队与浦项科技大学 Chang Young-Tae 教授的团队合作，宣布开发出名为 NeuM 的新一代神经元标记技术。NeuM（神经元膜选择性）可选择性地标记神经元膜，使神经元结构可视化，并可实时监测神经元的变化。韩国科学技术院金润京博士团队的研究人员正在利用下一代神经元标记技术"NeuM"，对神经元进行实时可视化，并检查高分辨率图像。资料来源：韩国科学技术院神经元不断改变其结构和功能，将信息从感觉器官传递到大脑，从而调节思维、记忆和行为。因此，要克服神经退行性疾病，就必须开发能选择性标记活体神经元以进行实时监测的技术。然而，目前常用于观察神经元的基于基因和抗体的标记技术，由于依赖于特定的基因表达或蛋白质，存在准确性低和难以长期追踪的问题。NeuM 是研究小组通过对神经元细胞进行分子设计而开发的，与神经元膜具有极佳的结合亲和力，可对神经元进行长期跟踪和高分辨率成像。NeuM 中的荧光探针利用活细胞的活性与神经元膜结合，在特定波长光的激发下发出荧光信号。这种神经元膜可视化技术允许对神经元终端结构进行详细观察，并对神经元分化和相互作用进行高分辨率监测。选择性标记神经元膜的分子设计。资料来源：韩国科学技术院NeuM 是第一种通过活体神经元的内吞作用对细胞膜进行染色的技术，它对活体细胞具有选择性反应，排除了未内吞的死细胞。此外，研究团队还成功地将神经元的观察时间从短短 6 小时延长至 72 小时，从而能够捕捉活体神经元在较长时间内随环境变化而发生的动态变化。NeuM有望为目前尚无特效疗法的神经退行性疾病的研究和治疗开发提供洞察力。包括阿尔茨海默氏症在内的这些疾病是由于淀粉样蛋白等有毒蛋白质的产生和炎症物质的涌入造成神经元损伤的结果。NeuM 对神经元变化的精确观察可有效促进对候选治疗化合物的评估。金博士表示："此次开发的NeuM可以区分衰老和退化的神经元，成为阐明大脑退化性疾病机制和开发治疗方法的重要工具。"他进一步补充说："未来，我们计划改进 NeuM，通过设计荧光波长来区分绿色和红色等颜色，从而更精确地分析神经元。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

熬夜引发的记忆力衰退是永久的

熬夜引发的记忆力衰退是永久的 或是因为繁重的工作，或是忍不住刷短视频… …熬夜已经成为很多人的生活常态。缺觉引起的最明显的生理改变就是记忆力减退。海马是大脑维持记忆的关键部位。海马神经元之间相互放电可以形成“尖波波纹”（sharp-wave ripples，SWRs），这是对觉醒经历的再激活和重放，利于记忆的形成和巩固。近日，密歇根大学医学院Kamran Diba团队通过大鼠实验发现，睡眠剥夺会使动物的SWRs保持稳定或发生率更高，但“波纹”的能量更低，频率更快。同时，在睡眠剥夺期间，大鼠海马神经元的再激活和重放模式几近消失，就算睡眠恢复后，这些生理机能也难以达到原先水平。换句话说，熬夜缺觉引发的记忆力减退是无法恢复正常的。相关论文于6月12日发表在《自然》（nature）杂志。

睡得好与学得少 新研究发现睡眠状况对学习的影响

睡得好与学得少 新研究发现睡眠状况对学习的影响 想象一下，你是一名学生，现在是期末考试周，你正在准备一场重要的考试：是通宵达旦还是好好休息？许多在考试中昏昏沉沉、目光呆滞的人都知道，睡眠不足会让人格外难以保留信息。密歇根大学的两项新研究揭示了这一现象的原因，以及在睡眠和睡眠剥夺期间大脑内部发生了什么，从而帮助或损害了记忆的形成。特定的神经元可以对特定的刺激进行调谐。例如，迷宫中的老鼠一旦到达迷宫中的特定位置，其神经元就会亮起。这些神经元被称为"位置神经元"，在人体内也很活跃，可以帮助人们在环境中导航。但睡眠时会发生什么呢？麻省大学医学院麻醉学副教授卡姆兰-迪巴（Kamran Diba）博士说："如果该神经元在睡眠期间有反应，你能从中推断出什么呢？"由迪巴和前研究生库罗什-马布迪（Kourosh Maboudi）博士领导的一项研究对海马体中的神经元进行了研究，发现了一种在动物熟睡时可视化与某个位置相关的神经元模式调整的方法。在安宁状态和睡眠期间，海马体会在数小时内每隔几秒钟产生一种名为"尖波涟漪"的电活动。研究人员对这些涟漪的同步性和传播距离感到非常好奇，它们似乎在将信息从大脑的一个部分传播到另一个部分。这些跃迁被认为是神经元形成和更新记忆（包括位置记忆）的过程。在这项研究中，研究小组在老鼠完成一个新迷宫后，测量了老鼠睡眠期间的大脑活动。利用一种名为贝叶斯学习的统计推理，他们首次能够追踪哪些神经元会对迷宫中的哪些位置做出反应。"比方说，一个神经元偏好迷宫的某个角落。在睡眠过程中，我们可能会看到该神经元与其他表现出类似偏好的神经元一起激活。但有时，与其他区域相关的神经元可能会与该细胞共同激活。"迪巴说："我们随后发现，当我们把它放回迷宫时，神经元的位置偏好会发生变化，这取决于它们在睡眠时与哪些细胞一起激活。"通过这种方法，他们可以实时观察神经元的可塑性或表象漂移。该研究还进一步证实了一个由来已久的理论，即睡眠期间神经元的重新激活是睡眠对记忆非常重要的部分原因。鉴于睡眠的重要性，迪巴的团队希望研究在睡眠不足的情况下大脑会发生什么变化。第二项研究同样发表在《自然》杂志上，由迪巴和前研究生巴蓬-吉里（Bapun Giri）博士领导的研究小组比较了神经元再激活的数量即在迷宫探索过程中发射的场所神经元在休息时会自发地再次发射，并比较了睡眠时与失眠时神经元再激活的顺序（量化为重放）。他们发现，参与重新激活和重放迷宫体验的神经元的发射模式在睡眠期间比睡眠不足期间更高。与睡眠不足相对应的是，尖波波纹的出现率相似或更高，但波幅较低，波纹的功率也较低。迪巴说："然而，在几乎一半的病例中，锐波涟漪时迷宫体验的重新激活在睡眠剥夺期间被完全抑制。当睡眠不足的大鼠能够补觉时，虽然再激活功能略有回升，但却无法与正常睡眠的大鼠相比。此外，重放功能也受到了类似的损害，但当失去的睡眠得到恢复后，重放功能就不会恢复了。"由于重新激活和重放对记忆非常重要，因此研究结果证明了睡眠不足对记忆的不利影响。迪巴的团队希望继续研究睡眠过程中记忆处理的性质、为什么需要重新激活记忆以及睡眠压力对记忆的影响。编译来源：ScitechDailyDOI: 10.1038/s41586-024-07397-xDOI: 10.1038/s41586-024-07538-2 ... PC版： 手机版：