麻省理工学院揭示神经系统如何整合环境和状态以控制行为

麻省理工学院揭示神经系统如何整合环境和状态以控制行为麻省理工学院的一项新研究详细介绍了这一方法在一种更简单的动物身上的应用实例。它强调了一个潜在的基本原则,即神经系统如何整合多种因素来指导寻找食物的行为。所有的动物都面临着在制定行为时权衡不同的感官线索和内部状态的挑战,但科学家们对这一情况的实际发生知之甚少。为了深入了解,位于皮考尔学习和记忆研究所的研究小组转向了秀丽隐杆线虫,其明确的行为状态和只有302个细胞神经系统使这个复杂的问题至少是可操作的。他们通过一个案例研究发现,在一个名为AWA的关键嗅觉神经元中,许多状态和感觉信息的来源汇聚在一起,独立地节制着一个关键气味受体的表达。它们对该受体丰度的影响的整合,然后决定了AWA如何指导四处漫游寻找食物。"在这项研究中,我们根据动物所经历的持续状态和刺激,剖析了控制单个嗅觉神经元中单个嗅觉受体水平的机制,"资深作者、麻省理工学院脑与认知科学系李斯特兄弟副教授史蒂文·弗拉维尔说。"了解这种整合如何在一个细胞中发生,将为它如何在其他蠕虫神经元和其他动物中普遍发生指明方向。"麻省理工学院博士后IanMcLachlan领导了这项研究,该研究最近发表在eLife杂志上,该团队在开始时并不一定知道他们会发现什么。事实上,麦克拉克兰、弗拉维尔和他们的团队并没有专门去寻找神经元AWA或被称为STR-44的特定嗅觉化学感受器。相反,这些目标是从他们收集的无偏见的数据中出现的,当时他们研究了当蠕虫在三小时内不进食时与进食充足时相比哪些基因的表达变化最大。作为一个类别,许多化学感觉受体的基因显示出巨大的差异。事实证明,AWA是一个拥有大量此类上调基因的神经元,而两个受体STR-44和SRD-28在这些基因中显得尤为突出。仅这一结果就表明,内部状态(饥饿)影响着感觉神经元中受体的表达程度。麦克拉克兰和他的合著者随后能够表明,STR-44的表达也会根据压力化学品的存在、各种食物的气味以及蠕虫是否得到了吃食物的好处而独立变化。由共同第二作者TalyaKramer(一名研究生)领导的进一步测试揭示了哪些气味会触发STR-44,使研究人员随后能够证明AWA内STR-44表达的变化如何直接影响食物的寻求行为。还有更多的研究确定了这些不同的信号进入AWA的确切分子和电路手段,以及它们如何在细胞内作用以改变STR-44的表达。例如,在一个实验中,麦克拉克兰和弗拉维尔的团队表明,虽然喂养的和饥饿的蠕虫都会朝着受体最喜欢的气味蠕动,如果这些气味足够强烈的话,但只有饥饿的蠕虫(表达更多的受体)可以检测到更微弱的浓度。在另一个实验中,他们发现,尽管饥饿的蠕虫在到达食物源时将放慢速度进食,即使吃饱的蠕虫在旁边游弋,但他们可以通过人为地过度表达STR-44使吃饱的蠕虫表现得像饥饿的蠕虫。这样的实验证明STR-44的表达变化对寻找食物有直接影响。其他实验显示了多种因素对STR-44的拉动。例如,他们发现,当他们添加一种化学品使蠕虫受到压力时,即使在饥饿的蠕虫中也会降低STR-44的表达。后来他们发现,同样的应激物抑制了蠕虫向STR-44所反应的气味蠕动的冲动。因此,就像你可能会避免跟随你的鼻子去面包店,即使在饥饿的时候如果你看到你的前任在那里,会权衡压力来源和饥饿感。该研究显示,它们这样做是基于这些不同的线索和状态如何拉动AWA中STR-44的表达。其他几个实验研究了蠕虫的神经系统将感觉、饥饿和主动进食线索带到AWA的途径。技术助理MalvikaDua帮助揭示了其他食物感应神经元如何通过胰岛素信号和突触连接来影响STR-44在AWA的表达。关于蠕虫是否正在积极进食的线索来自肠道中的神经元,这些神经元使用一种叫做TORC2的分子营养传感器。这些,以及压力检测途径,都作用于FOXO,它是基因表达的调节器。换句话说,所有影响STR-44在AWA中表达的输入都是通过独立推拉同一个分子杠杆来实现的。像胰岛素和TORC2这样的途径不仅存在于其他蠕虫的感觉神经元中,而且也存在于包括人类在内的许多其他动物。此外,在更多的神经元中,感觉受体因禁食而上调,而不仅仅是AWA。这些重叠表明,他们在AWA中发现的整合信息的机制很可能在其他神经元中发挥作用,也许在其他动物中也是如此。这项研究的基本见解可能有助于为研究通过TORC2的肠道-大脑信号如何在人体内发挥作用提供信息。这正在成为优雅动物中肠道到大脑信号传递的主要途径,希望它最终将对人类健康具有转化意义。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1333817.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1333817.htm

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麻省理工学院神经科学家发现逆转阿尔茨海默病的方法

麻省理工学院神经科学家发现逆转阿尔茨海默病的方法麻省理工学院Picower学习和记忆研究所所长、该研究的资深作者Li-HueiTsai说:"我们发现,这种肽的效果非常显著。我们看到了在减少神经变性和神经炎症反应方面的奇妙效果,甚至还能挽救行为缺陷。"随着进一步的测试,研究人员希望该肽最终能被用作治疗阿尔茨海默病和其他形式的痴呆症患者,这些患者有CDK5过度活化。该肽不会干扰CDK1,这是一种与CDK5结构相似的基本酶,而且它与其他用于临床的肽类药物大小相似。Picower研究所的研究科学家Ping-ChiehPao是该论文的主要作者,该论文于4月12日发表在《美国国家科学院院刊》上。在用新肽治疗的小鼠的大脑中(右面两个面板),右上方看到的Tau蛋白(被染成紫色)少了很多。左边的图像显示了用该肽的杂乱版本治疗的小鼠的神经元。在底部的两个面板中,细胞核中的DNA被染成蓝色,显示Tau水平的变化不是由细胞群的显著变化引起的。Tsai在其职业生涯早期就一直在研究CDK5在阿尔茨海默病和其他神经退行性疾病中的作用。作为一名博士后,她发现并克隆了CDK5基因,该基因编码了一种被称为细胞周期蛋白依赖性激酶的酶。其他大多数细胞周期蛋白依赖性激酶都参与控制细胞分裂,但CDK5却不是。相反,它在中枢神经系统的发展中起着重要作用,也有助于调节突触功能。CDK5被一个与之相互作用的较小的蛋白质激活,该蛋白质被称为P35。当P35与CDK5结合时,该酶的结构发生变化,使其能够磷酸化--在其目标上添加一个磷酸盐分子。然而,在阿尔茨海默氏症和其他神经退行性疾病中,P35被裂解成一个较小的蛋白质,称为P25,它也能与CDK5结合,但比P35的半衰期更长。当与P25结合时,CDK5在细胞中变得更加活跃。P25还允许CDK5对其通常目标以外的分子进行磷酸化,包括Tau蛋白。过度磷酸化的Tau蛋白形成神经纤维缠结,这是阿尔茨海默病的特征之一。在以前的工作中,Tsai的实验室已经表明,转基因小鼠被设计为表达P25,会出现严重的神经变性。在人类中,P25与几种疾病有关,不仅包括阿尔茨海默氏症,还包括帕金森病和额颞叶痴呆症。制药公司曾试图用小分子药物来靶向P25,但这些药物往往会产生副作用,因为它们也会干扰其他细胞周期蛋白依赖性激酶,所以没有一种药物在病人身上进行测试。麻省理工学院的团队决定采取一种不同的方法来靶向P25,即使用一种肽而不是小分子药物。他们设计的肽的序列与CDK5的一段称为T环的序列相同,这是CDK5与P25结合的关键结构。整个多肽只有12个氨基酸长--比大多数现有的多肽药物略长,后者是5到10个氨基酸长。Tsai说:"从肽类药物的角度来看,通常越小越好。"我们的多肽几乎在这个理想的分子大小之内。"戏剧性的效果在实验室培养皿中的神经元测试中,研究人员发现,用该肽治疗导致CDK5活性的适度降低。这些测试还表明,该肽并不抑制正常的CDK5-P35复合物,也不影响其他细胞周期蛋白依赖性激酶。当研究人员在CDK5过度活跃的阿尔茨海默病小鼠模型中测试该肽时,他们看到了无数的有益影响,包括减少DNA损伤、神经炎症和神经元损失。这些效果在小鼠研究中比在培养细胞的测试中要明显得多。肽治疗还在不同的阿尔茨海默氏症小鼠模型中产生了巨大的改善,该模型有一个导致神经纤维缠结的Tau蛋白突变形式。治疗后,这些小鼠显示Tau病症和神经元损失都有所减少。除了大脑中的这些影响外,研究人员还观察到行为上的改善。在一项需要学习浏览水迷宫的任务中,用该肽治疗的小鼠比用对照肽(用于抑制CDK5-P25的多肽的干扰版本)治疗的小鼠表现得更好,水迷宫依赖于空间记忆。在这些小鼠研究中,研究人员注射了该肽,并发现它能够穿过血脑屏障,到达海马体和大脑其他部位的神经元。研究人员还分析了用该肽治疗后小鼠神经元中发生的基因表达变化。他们观察到的变化包括大约20个基因的表达增加,这些基因通常由一个叫做MEF2的基因调节器家族激活。Tsai的实验室之前已经表明,MEF2激活的这些基因可以赋予有Tau缠结的人的大脑对认知障碍的恢复力,她假设这种肽治疗可能有类似的效果。斯克里普斯研究中心的神经科学教授斯图尔特-利普顿(StuartLipton)说:"如果证明这种肽抑制剂对目标有选择性,并且相对没有临床副作用,那么最终可能会导致对神经退行性疾病的新的治疗,范围包括阿尔茨海默病、前颞叶痴呆症和帕金森病。"Tsai现在计划在其他涉及P25相关神经退行性疾病的小鼠模型中做进一步研究,如额颞叶痴呆症、HIV诱导的痴呆症和糖尿病相关的认知障碍。她说:"很难准确地说哪种疾病会最受益,所以我认为还需要做更多的工作。"...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1354615.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1354615.htm

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麻省理工学院最新创新成果:可以阻断外周神经疼痛的软光纤

麻省理工学院最新创新成果:可以阻断外周神经疼痛的软光纤科学家们有了一种新工具,可以精确地照亮神经疼痛的根源。麻省理工学院的工程师们开发出了可植入的软纤维,这种纤维能将光线传送到人体的主要神经。当这些神经经过基因改造对光做出反应时,光纤就能向神经发送光脉冲,从而抑制疼痛。光导纤维是柔性的,可随人体伸缩。这种新型纤维是一种实验工具,科学家可以用它来探索动物模型中周围神经疾病的原因和潜在治疗方法。当大脑和脊髓以外的神经受损时,就会出现周围神经痛,导致受影响的肢体刺痛、麻木和疼痛。据估计,美国有超过2000万人患有周围神经病。马萨诸塞大学阿默斯特分校生物医学工程助理教授饶思远(SiyuanRao)说:"目前用于研究神经疾病的设备都是由限制运动的僵硬材料制成的,因此如果涉及疼痛,我们就无法真正研究脊髓损伤和恢复情况。我们的纤维可以适应自然运动,并在不限制受试者运动的情况下完成工作。这可以为我们提供更精确的信息"。麻省理工学院的工程师们设计了一种软水凝胶光纤(如图所示),它可以刺激外周神经,帮助研究人员确定神经相关疼痛的起源和治疗方法。图片来源:研究人员提供"现在,人们有了一种工具,可以在非常动态、自然和无约束的条件下研究与外周神经系统有关的疾病,"22岁的刘欣悦(XinyueLiu)博士补充说,她现在是密歇根州立大学(MSU)的助理教授。今天(10月19日)发表在《自然-方法》(NatureMethods)杂志上的一项研究报告详细介绍了他们团队的新型纤维。Rao和Liu在麻省理工学院的合著者包括化学系研究生AtharvaSahasrabudhe、机械工程和土木与环境工程系教授XuanheZhao、材料科学与工程系教授PolinaAnikeeva,以及密歇根州立大学、马萨诸塞大学阿默斯特分校、哈佛医学院和美国国立卫生研究院的其他教授。将光遗传学扩展到大脑之外这项新研究源于研究小组希望将光遗传学的应用扩展到大脑以外的领域。光遗传学是一种通过基因工程使神经对光做出反应的技术。暴露在光线下可以激活或抑制神经,从而为科学家提供有关神经如何工作以及如何与周围环境相互作用的信息。神经科学家已经在动物身上应用光遗传学来精确追踪一系列脑部疾病的神经通路,包括成瘾、帕金森病、情绪和睡眠障碍--这些信息已经促成了针对这些疾病的靶向疗法。迄今为止,光遗传学主要应用于大脑,这一区域缺乏痛觉感受器,因此可以相对无痛地植入硬质装置。然而,硬质装置仍会损伤神经组织。麻省理工学院的研究小组想知道,这种技术能否扩展到大脑以外的神经。与大脑和脊髓一样,外周系统的神经也会受到一系列损伤,包括坐骨神经痛、运动神经元疾病以及全身麻木和疼痛。光遗传学可以帮助神经科学家确定外周神经疾病的具体原因,并测试缓解这些疾病的疗法。但是,在大脑之外实施这项技术的主要障碍是运动。周围神经不断受到周围肌肉和组织的推拉。如果在外周使用刚性硅装置,就会限制动物的自然运动,并可能造成组织损伤。晶体与光研究人员希望开发出一种能与身体一起工作和运动的替代品。他们的新设计是一种柔软、可伸缩的透明纤维,由水凝胶制成。水凝胶是一种橡胶状、生物相容性高的聚合物和水的混合物,他们调整了水凝胶的比例,以创造出微小、纳米级的聚合物晶体,散布在更像果冻的溶液中。光纤包含两层--内芯和外壳或"包层"。研究小组混合了每一层的溶液,以产生特定的晶体排列。这种排列使每一层都具有特定的、不同的折射率。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1391205.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1391205.htm

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根除实体瘤:麻省理工学院的疫苗为T细胞癌症治疗提供助力

根除实体瘤:麻省理工学院的疫苗为T细胞癌症治疗提供助力通过改造T细胞来消灭癌细胞已在治疗某些类型的癌症(如白血病和淋巴瘤)方面取得了成功。然而,它对实体瘤的治疗效果并不理想。不成功的原因之一是T细胞只针对一种抗原(肿瘤上发现的一种靶蛋白);如果一些肿瘤细胞不表达这种抗原,它们就能逃脱T细胞的攻击。麻省理工学院的研究人员现在找到了克服这一障碍的方法,他们使用一种疫苗来增强工程T细胞(即嵌合抗原受体(CAR)T细胞)的反应,同时还能帮助免疫系统产生靶向其它肿瘤抗原的新T细胞。在对小鼠的研究中,研究人员发现这种方法更有可能根除肿瘤。Underwood-Prescott教授是麻省理工学院生物工程系和材料科学与工程系的教授,同时也是麻省理工学院Koch癌症综合研究所以及MGH、麻省理工学院和哈佛大学Ragon研究所的成员。Irvine是这项研究的资深作者,研究报告于7月5日发表在《细胞》(Cell)杂志上。论文的第一作者是LeyuanMa,她曾是科赫研究所的博士后,现任宾夕法尼亚大学医学院病理学和实验医学助理教授。工程T细胞美国食品和药物管理局已经批准了几种治疗血癌的T细胞疗法。这些疗法以CAR-T细胞为基础,CAR-T细胞被设计成显示能识别癌细胞上特定抗原的受体。为了尝试将这种治疗方法用于胶质母细胞瘤(一种脑癌),研究人员设计了靶向表皮生长因子受体突变版本的CAR-T细胞。然而,并非所有胶质母细胞瘤细胞都表达这种抗原,当受到CAR-T细胞攻击时,一些胶质母细胞瘤细胞会通过停止产生靶抗原来做出反应。在2019年的一项研究中,Irvine和他的同事通过在给小鼠注射工程T细胞后不久向其注射疫苗,增强了CAR-T细胞对胶质母细胞瘤的有效性。这种疫苗携带CAR-T细胞靶向的相同抗原,被淋巴结中的免疫细胞吸收,CAR-T细胞在淋巴结中接触到这种疫苗。在这项研究中,研究人员发现,这种疫苗促进不仅有助于工程CAR-T细胞攻击肿瘤,而且还有另一个意想不到的效果:它有助于产生靶向其它肿瘤抗原的宿主T细胞。这种被称为"抗原扩散"的现象是可取的,因为它能产生T细胞群,这些T细胞群协同工作,可以完全消灭肿瘤并防止肿瘤再生。Irvine说:"这恰恰可以帮助应对实体瘤的抗原异质性,因为如果引导宿主T细胞攻击其他抗原,它们也许就能进来杀死CAR-T细胞无法杀死的肿瘤细胞。"免疫增强在他们的新研究中,研究人员希望探索额外的T细胞反应是如何被激活的。他们使用了2019年研究中相同类型的CAR-T细胞和相同的疫苗,CAR-T细胞被设计为靶向突变的表皮生长因子受体。研究中的小鼠接种了两剂疫苗,间隔一周。研究人员发现,在这些增强的小鼠中,CAR-T细胞发生了新陈代谢变化,从而增加了γ干扰素的产生,而γ干扰素是一种细胞因子,有助于刺激强烈的免疫反应。这有助于T细胞克服肿瘤的免疫抑制环境,肿瘤通常会关闭附近的T细胞。当CAR-T细胞杀死表达靶抗原的肿瘤细胞时,宿主T细胞(而非工程CAR-T细胞)遇到了这些肿瘤细胞的其他抗原,刺激宿主T细胞靶向这些抗原并帮助消灭肿瘤细胞。研究人员发现,如果没有宿主T细胞的反应,即使CAR-T细胞消灭了大部分原始肿瘤细胞,肿瘤也会重新生长。出现这种情况的原因是,接受CAR-T细胞治疗的肿瘤细胞通常会停止产生工程细胞靶向的抗原,从而躲避这些细胞的攻击。根除肿瘤研究人员随后在目标抗原水平不同的肿瘤小鼠中测试了他们的方法。他们发现,即使在只有50%的肿瘤细胞表达靶抗原的肿瘤中,通过CAR-T细胞和宿主T细胞的联合作用,仍能消灭约25%的肿瘤。靶抗原含量较高的肿瘤的成功率更高。当80%的肿瘤细胞表达CAR-T细胞靶向的抗原时,约80%的小鼠的肿瘤被消灭。这项研究中使用的技术已授权给一家名为ElicioTherapeutics的公司,该公司正致力于开发这项技术,以便在患者身上进行潜在测试。在这项研究中,研究人员重点研究了胶质母细胞瘤和黑色素瘤,但他们认为这项技术也有可能用于治疗其他类型的癌症。Irvine说:"原则上,这应该适用于任何你已经生成了靶向CART细胞的实体瘤。"研究人员还在研究如何调整CAR-T细胞疗法,使其能够用于攻击尚未发现靶向抗原的肿瘤。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1370277.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1370277.htm

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麻省理工学院揭幕"质子之舞": 开拓能源新时代

麻省理工学院揭幕"质子之舞":开拓能源新时代麻省理工学院的化学家们首次详细描绘了这些质子耦合电子转移是如何在电极表面发生的。他们的研究成果可以帮助研究人员设计出更高效的燃料电池、电池或其他能源技术。麻省理工学院化学和化学工程教授、该研究的资深作者YogeshSurendranath说:"我们在这篇论文中取得的进展是研究和理解了这些电子和质子如何在表面部位耦合的性质,这与催化反应有关,而催化反应在能量转换装置或催化反应中非常重要。"在他们的研究成果中,研究人员能够准确追踪电极周围电解质溶液pH值的变化如何影响电极内质子运动和电子流动的速度。麻省理工学院研究生诺亚-刘易斯(NoahLewis)是这篇论文的第一作者,论文最近发表在《自然-化学》上。麻省理工学院前博士后RyanBisbey、麻省理工学院研究生KarlWestendorff和耶鲁大学研究科学家AlexanderSoudackov也是这篇论文的作者。质子传递质子耦合电子转移是指一种分子(通常是水或酸)将质子转移到另一种分子或电极表面,从而刺激质子接受者也接受一个电子。这种反应已被广泛应用于能源领域。"这些质子耦合电子转移反应无处不在。它们通常是催化机制中的关键步骤,对于制氢或燃料电池催化等能量转换过程尤为重要,"Surendranath说。在制氢电解槽中,这种方法用于从水中去除质子,并在质子上添加电子以形成氢气。在燃料电池中,当质子和电子从氢气中移出并加入氧气形成水时,就会产生电能。施加电势会导致质子从氢离子(右图)转移到电极表面。利用具有分子定义质子结合位点的电极,麻省理工学院的研究人员为这些界面质子耦合电子转移反应建立了一个通用模型。图片来源:研究人员提供质子耦合电子转移在许多其他类型的化学反应中都很常见,例如二氧化碳还原(通过添加电子和质子将二氧化碳转化为化学燃料)。当质子接受体是分子时,科学家们可以精确控制每个分子的结构,并观察电子和质子如何在分子间传递,因此他们已经对这些反应的发生过程有了很多了解。然而,当质子耦合电子转移发生在电极表面时,这一过程就更难研究了,因为电极表面通常非常异质,质子有可能与许多不同的位点结合。为了克服这一障碍,麻省理工学院的研究小组开发出一种设计电极表面的方法,使他们能够更精确地控制电极表面的组成。他们的电极由石墨烯薄片组成,表面附着有机含环化合物。每个有机分子的末端都有一个带负电荷的氧离子,它可以接受周围溶液中的质子,从而使电子从电路流入石墨表面。Surendranath说:"我们可以创造出一种电极,它不是由各种各样的位点组成,而是由单一类型的非常明确的位点组成的统一阵列,每个位点都能以相同的亲和力结合质子。由于我们拥有这些非常明确的位点,这让我们能够真正揭示这些过程的动力学"。利用这个系统,研究人员能够测量流向电极的电流,从而计算出平衡状态下质子向表面氧离子转移的速率--质子向表面捐赠的速率和质子从表面转移回溶液的速率相等的状态。他们发现,周围溶液的pH值对这一速率有显著影响:最高速率出现在pH值的两端--酸性最强的pH值为0,碱性最强的pH值为14。为了解释这些结果,研究人员根据电极可能发生的两种反应建立了一个模型。在第一种反应中,强酸性溶液中高浓度的氢离子(H3O+)将质子传递给表面的氧离子,生成水。在第二种情况下,水将质子传递给表面氧离子,生成氢氧根离子(OH-),氢氧根离子在强碱性溶液中浓度较高。不过,pH值为0时的速度比pH值为14时的速度快四倍,部分原因是氢离子释放质子的速度比水快。需要重新考虑的反应研究人员还惊奇地发现,这两个反应的速率并不是在中性pH值为7(氢铵和氢氧根的浓度相等)时相等,而是在pH值为10(氢氧根离子的浓度是氢铵的100万倍)时相等。该模型表明,这是因为涉及氢𬭩或水提供质子的前向反应比涉及水或氢氧化物去除质子的后向反应对总速率的贡献更大。研究人员说,关于这些反应如何在电极表面发生的现有模型假定,前向反应和后向反应对总速率的贡献相同,因此新发现表明,可能需要重新考虑这些模型。Surendranath说:"这是默认的假设,即正向和逆向反应对反应速率的贡献相同。我们的发现确实令人大开眼界,因为这意味着人们用来分析从燃料电池催化到氢进化等一切问题的假设可能是我们需要重新审视的。"研究人员目前正在利用他们的实验装置研究向电极周围的电解质溶液中添加不同类型的离子会如何加快或减慢质子耦合电子流的速度。刘易斯说:"通过我们的系统,我们知道我们的位点是恒定的,不会相互影响,因此我们可以读出溶液的变化对表面反应的影响。"编译自//scitechdaily...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1424095.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1424095.htm

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麻省理工学院的超声波贴片可迅速揭示膀胱的充盈程度

麻省理工学院的超声波贴片可迅速揭示膀胱的充盈程度在一项新的研究中,研究人员表明,他们的贴片可以准确地对膀胱进行成像,并确定膀胱的充盈程度。研究人员说,这可以帮助膀胱或肾脏疾病患者更轻松地追踪这些器官是否正常运作。通过改变超声阵列的位置和调整信号的频率,这种方法还可用于监测体内的其他器官。这种设备有可能更早地检测到在身体深处形成的癌症,如卵巢癌。"这项技术用途广泛,不仅可用于膀胱,还可用于身体的任何深层组织。"麻省理工学院媒体实验室副教授、该研究的资深作者卡南-达格德维仁(CananDagdeviren)说:"这是一个新颖的平台,可以对我们体内携带的许多疾病进行识别和表征。"麻省理工学院研究科学家张林、麻省理工学院电子工程与计算机科学研究生科林-马库斯和西安理工大学教授林大斌是描述这项工作的论文的主要作者,该论文最近发表在《自然-电子学》上。达格德维仁的实验室专门从事柔性可穿戴电子设备的设计,最近开发出一种超声波监测器,可以安装在胸罩中,用于筛查乳腺癌。在新的研究中,研究小组采用类似的方法开发了一种可穿戴的贴片,它可以贴在皮肤上,拍摄体内器官的超声波图像。在首次演示中,研究人员决定把重点放在膀胱上,部分灵感来自达格德维仁的弟弟,他几年前被诊断出患有肾癌。在通过手术切除了一个肾脏后,他的膀胱很难完全排空。Dagdeviren想知道,能显示膀胱充盈程度的超声波监测器是否能帮助类似她弟弟这样的病人,或者其他类型的膀胱或肾脏问题患者。一种可穿戴的超声波监视器可以对膀胱进行成像,并确定膀胱的充盈程度。麻省理工学院开发的这款设备可以帮助膀胱或肾脏疾病患者更轻松地追踪这些器官是否正常运作。图片来源:研究人员提供她说:"数百万人正遭受着膀胱功能障碍和相关疾病的折磨,膀胱容量监测是评估肾脏健康状况的一种有效方法,这并不奇怪。"目前,测量膀胱容量的唯一方法是使用传统、笨重的超声波探头,这需要去医疗机构。Dagdeviren和她的同事们希望开发一种可穿戴的替代方法,让患者可以在家里使用。为此,他们制作了一种硅橡胶制成的柔性贴片,内嵌五个超声阵列,这些阵列由研究人员为该设备开发的新型压电材料制成。这些阵列的位置呈十字形,这使得贴片能对整个膀胱进行成像,膀胱充盈时约为12×8厘米。构成贴片的聚合物具有天然粘性,能轻柔地粘附在皮肤上,因此很容易贴上和取下。贴在皮肤上后,内衣或紧身裤可以帮助将其固定到位。研究人员与马萨诸塞州总医院超声研究与转化中心和放射科的合作者共同进行了一项研究,结果表明这种新型贴片可以捕捉到与传统超声探头相当的图像,这些图像可用于跟踪膀胱容量的变化。在这项研究中,研究人员招募了20名不同体重指数的患者。受试者首先在膀胱充盈的情况下进行成像,然后在膀胱部分排空的情况下进行成像,最后在膀胱完全排空的情况下进行成像。新贴片获得的图像质量与传统超声波图像相似,而且超声波阵列对所有受试者都有效,与身体质量指数无关。使用这种贴片不需要超声凝胶,也不需要像使用普通超声探头那样施加压力,因为它的视野足够大,可以覆盖整个膀胱。为了看到图像,研究人员将他们的超声阵列与医疗成像中心使用的同类超声波机连接起来。不过,麻省理工学院团队目前正在研制一种便携式设备,大小与智能手机差不多,可以用来查看图像。"在这项工作中,我们进一步开发出了一条将可适配超声波生物传感器应用于临床的途径,这种传感器能提供有关重要生理参数的宝贵信息。我们小组希望在此基础上开发出一套设备,最终弥补临床医生和患者之间的信息鸿沟,"MGH超声波研究与转化中心主任、MGH放射科影像科学副主任AnthonyE.Samir说,他也是这项研究的作者之一。麻省理工学院团队还希望开发出能用于对体内其他器官(如胰腺、肝脏或卵巢)成像的超声设备。根据每个器官的位置和深度,研究人员需要改变超声波信号的频率,这就需要设计新的压电材料。对于其中一些位于人体深部的器官,该装置可能更适合作为植入物,而不是可穿戴的贴片。达格德维仁说:"无论我们需要可视化什么器官,我们都要回到第一步,选择合适的材料,设计出合适的装置,然后制造出相应的一切,然后再测试装置并进行临床试验。"麻省理工学院工程学院院长、电气工程与计算机科学范内瓦尔-布什(VannevarBush)教授兼本文作者阿南塔-钱德拉卡桑(AnanthaChandrakasan)说:"这项工作可能会发展成为超声波研究的核心重点领域,为未来的医疗设备设计提供新的思路,并为材料科学家、电气工程师和生物医学研究人员之间开展更多富有成效的合作奠定基础。"编译来源:ScitechDaily...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1404951.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1404951.htm

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麻省理工学院发现:人类仍然比人工智能便宜

麻省理工学院(MIT)在一项研究中发现,人工智能目前还无法以经济有效的方式取代大多数工作岗位,这项研究试图打消人们对人工智能在许多行业取代人类的担忧情绪。在对人工智能取代劳动力的可行性进行的首次深入调查中,研究人员对美国各项任务自动化的成本吸引力进行了建模估算,重点关注了使用计算机视觉的工作——比如教师和房地产估价师。研究人员发现,按美元工资计算,只有23%的劳动者可以被有效取代。在其他情况下,由于人工智能辅助视觉识别的安装和操作成本高昂,因此由人类来完成这项工作更为经济划算。去年,在OpenAI的ChatGPT和其他AI工具展示了这项技术的潜力之后,各行各业开始加速采用这种工具。从美国的微软公司和Alphabet公司到中国的和,科技公司推出了各种AI服务。行业领袖警告说,AI发展速度太快了。长期以来,人们一直担心AI对就业的影响。麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室的研究人员指出,“机器将抢走我们的工作”是技术快速变革时期人们经常表达的一种情绪,而随着大语言模型的创建,这种焦虑再次出现了。“但我们发现,由于AI系统的前期成本很高,只有23%的员工‘暴露’在AI计算机视觉中,对企业来说是具有成本效益的。”计算机视觉是AI技术的一个领域,它使机器能够从数字图像和其他视觉输入中获取有意义的信息,其最普遍的应用出现在自动驾驶的物体检测系统中,或者对智能手机上的照片进行分类。麻省理工学院的论文称,和的突出领域——零售、运输和仓储等方面,也是计算机视觉最具效益的领域。论文中一个案例提到,在面包店里,面包师每天都要检查原料的质量控制,但这只占他们工作时间的6%。但安装摄像头和AI系统所节省的时间和工资,远低于这种技术升级的成本。研究人员表示,目前只有3%的视觉辅助任务可以有效、低成本地自动化,但如果数据成本下降,准确性提高,到2030年这一比例可能会上升到40%。国际货币基金组织(IMF)上周发布报告称,人工智能技术将影响全球近40%的就业岗位,相比于新兴市场和低收入国家,发达国家的就业更容易受到人工智能的影响。它还警告说,在大多数情况下,这种技术对全球劳动力市场的潜在影响可能会加剧整体不平等。在上周的达沃斯世界经济论坛上,许多讨论都集中在AI取代劳动力的问题上。InflectionAI和DeepMind的联合创始人MustafaSuleyman表示,AI系统“从根本上说是替代劳动力的工具”。OpenAI首席执行官萨姆·奥特曼声称,AI的能力“有很强的局限性”,人们应该将其视为一种“在某些领域非常有用”的工具,不能完全依赖于AI。标签:#AI#劳动力频道:@GodlyNews1投稿:@GodlyNewsBot

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