哈佛大学的科学家们揭示了乌贼和章鱼如何发展出它们聪明的大脑袋

哈佛大学的科学家们揭示了乌贼和章鱼如何发展出它们聪明的大脑袋这不是什么秘密，是什么让它成为可能。头足类动物，包括章鱼、乌贼和墨鱼拥有所有无脊椎动物中最复杂的大脑。然而，它们如何开发这些大型大脑的过程一直是个谜。哈佛大学一个研究这些生物的视觉系统的实验室认为，他们在理解这一过程方面取得了重大进展，因为这些生物的大部分中央处理组织都集中在视觉系统。他们说，这个过程看起来令人惊讶地熟悉。来自FAS系统生物学中心的研究人员描述了他们如何使用一种新的活体成像技术，几乎实时地观察神经元在胚胎中的形成。然后他们能够通过视网膜的神经系统的发展来追踪这些细胞。他们看到的情况让他们感到惊讶。这是本文中产生的实时成像数据的一个例子。眼睛中的细胞膜被标记为荧光染料，使我们能够看到发育过程中的单个细胞行为。资料来源：KristenKoenig他们追踪的神经干细胞的行为与脊椎动物在神经系统发育过程中这些细胞的行为方式极为相似。这表明，尽管脊椎动物和头足类动物在5亿年前就相互分化，但它们不仅在使用类似的机制来制造它们的大大脑，而且这一过程以及细胞的行为、分裂和形状的方式可能基本上布局了开发这种神经系统所需的蓝图。"我们的结论令人惊讶，因为我们对脊椎动物神经系统发育的许多了解长期以来一直被认为是该系的特殊情况，"约翰-哈佛大学杰出研究员和该研究的高级作者克里斯汀-科尼格说。"通过观察这个过程非常相似的事实，它向我们建议的是，这两个独立进化的非常大的神经系统正在使用相同的机制来构建它们。这表明的是，动物在发育过程中使用的那些机制--那些工具--可能对构建大的神经系统很重要。"来自科尼格实验室的科学家们集中研究了一种叫做Doryteuthispealeii的乌贼的视网膜，更简单地说就是一种长鳍乌贼。这种鱿鱼长到大约一英尺长，在西北大西洋中非常多。作为胚胎，它们看起来相当可爱，有着圆圆的大脑袋和大眼睛。研究人员使用了与研究模式生物（如果蝇和斑马鱼）所流行的类似技术。他们创造了特殊的工具，并使用尖端的显微镜，可以每十分钟拍摄一次高分辨率的图像，连续拍摄数小时，以观察单个细胞的行为。研究人员使用荧光染料来标记细胞，以便他们能够绘制和跟踪它们。这种活体成像技术使研究小组能够观察被称为神经祖细胞的干细胞以及它们是如何组织的。这些细胞形成了一种特殊的结构，称为假上皮细胞。它的主要特征是细胞被拉长，所以它们可以密集地排列。研究人员还看到这些结构的细胞核在分裂前后都会上下移动。他们说，这种运动对于保持组织的有序性和生长的持续很重要。这种类型的结构在脊椎动物物种如何发展其大脑和眼睛方面是普遍的。在历史上，它被认为是脊椎动物的神经系统能够增长得如此巨大和复杂的原因之一。科学家们已经在其他动物中观察到这种类型的神经上皮的例子，但是他们在这个例子中观察的乌贼组织在其大小、组织和细胞核的移动方式上与脊椎动物的组织异常相似。这项研究由科尼格实验室的研究助理FrancescaR.Napoli和ChristinaM.Daly领导。接下来，该实验室计划研究头足类动物大脑中不同的细胞类型是如何出现的。科尼格想确定它们是否在不同的时间表达，它们如何决定成为一种类型的神经元而不是另一种，以及这种行动在不同的物种中是否相似。科尼格对摆在面前的潜在发现感到兴奋，他说："这类工作的一个重要启示是，研究生命的多样性是多么有价值。通过研究这种多样性，你实际上可以真正回到关于甚至我们自己的发展和我们自己的生物医学相关问题的基本想法。你可以真正谈论这些问题。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1337677.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1337677.htm

科学家揭示灵长类动物大脑之间的差异 - 人类、猿类和猴类

科学家揭示灵长类动物大脑之间的差异-人类、猿类和猴类了解使人类大脑与众不同的分子差异可以帮助科学家研究其发展中的中断。一项新的研究调查了人类和非人类灵长类动物如黑猩猩、恒河猴和狨猴之间前额叶皮层细胞的差异和相似之处--前额叶皮层是大脑的最前端区域，这个区域在高级认知功能中起着核心作用。该研究最近发表在《科学》杂志上，由包括威斯康星大学麦迪逊分校神经科学教授AndreSousa在内的一个研究小组进行。这些物种之间的细胞差异可能阐明了它们的进化步骤，以及这些差异如何与人类所见的自闭症和智力障碍等疾病有关。在华盛顿大学麦迪逊分校韦斯曼中心研究大脑发育生物学的索萨决定与他作为博士后研究员工作的耶鲁大学实验室合作，从研究和分类前额叶皮质的细胞开始。研究人员分析了来自四种密切相关的灵长类动物的前额皮层细胞（每个大脑中的阴影区域）的遗传物质，以描述细胞类型和遗传学方面的微妙差异。图像来源：威斯康星大学麦迪逊分校"我们正在对背外侧前额叶皮层进行分析，因为它特别有趣。这个皮层区域只存在于灵长类动物中。它不存在于其他物种中，"Sousa说。"它与高度认知方面的几个相关功能有关，如工作记忆。它也被牵涉到一些神经精神疾病中。因此，我们决定做这项研究，以了解人类在这个大脑区域的独特之处。"Sousa和他的实验室从人类、黑猩猩、猕猴和狨猴的组织样本中收集了60多万个前额皮质细胞的遗传信息。他们分析了这些数据，将细胞分为不同的类型，并确定不同物种间类似细胞的差异。不出所料，绝大部分的细胞是相当类似的，因为这些物种在进化上相对接近。安德烈-索萨索萨和他的合作者在前额叶皮层中发现了五种在所有四个物种中都不存在的细胞类型。他们还发现某些细胞类型的丰度存在差异，以及不同物种间类似细胞群的多样性。当比较黑猩猩和人类时，差异似乎很大--从他们的身体外观到他们的大脑能力。但是在细胞和基因水平上，至少在前额叶皮层中，相似之处很多，而不同之处则很少。"我们的实验室真的想知道人类的大脑有什么独特之处。显然，从这项研究和我们以前的工作来看，它的大部分实际上是相同的，至少在灵长类动物中是如此，"Sousa说。研究人员发现的细微差异可能是确定其中一些独特因素的开始，而这些信息可能导致在分子水平上对发育和发育障碍的启示。"我们想知道在人类和其他灵长类动物之间的进化分裂之后发生了什么，"Sousa说。"这个想法是在一个基因或几个基因中发生了突变，这些基因现在的功能略有不同。但是，如果这些基因与大脑发育有关，例如，某种细胞产生的数量，或细胞与其他细胞的连接方式，它是如何影响神经元回路和它们的生理特性？我们想了解这些差异如何导致大脑中的差异，然后导致我们可以在成年人身上观察到的差异"。该研究的观察是在成年人的大脑中进行的，在大部分发育完成之后。这意味着，这些差异可能是在大脑发育过程中发生的。因此，研究人员的下一步是研究发育中的大脑样本，并将他们的调查范围扩大到前额叶皮层之外，以便有可能找到这些差异的起源地和时间。希望这些信息将导致一个更强大的基础，在此基础上进行发育障碍研究。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1332685.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1332685.htm

关于大脑衰退的真相：新的研究揭示了令人惊讶的发现

关于大脑衰退的真相：新的研究揭示了令人惊讶的发现临床技术专家DorienvanBlooijs和神经学家FransLeijten与乌特勒支大学和梅奥诊所的同事合作，对我们大脑处理速度的老化过程进行了研究。更快的连接研究人员发现，除其他事项外，我们大脑中的连接变得越来越快：从4岁儿童的每秒2米到30至40岁的人的每秒4米。换句话说，是翻了一番。只有在这个年龄段之后才会放慢速度。"我们的大脑继续发展的时间比我们想象的要长得多，"vanBlooijs说。研究人员还看到大脑区域之间的差异。额叶，即我们大脑中负责思考和执行任务的前部，比负责运动的区域发展得更久。研究人员表示，由于以前的研究，我们已经知道这一点，但现在我们有了具体的数据，速度的发展不是一条直线，而是一条曲线。大脑地图研究人员通过使用一些癫痫患者在准备进行癫痫手术时被放置在大脑（颅骨下）的电极网进行精确测量而获得了这些数据。该网格由60-100个电极组成，可以测量大脑活动。"通过使用短电流刺激电极，我们可以看到哪些大脑区域反应不正常。因此，我们可以创建一个地图，说明在癫痫手术中哪些区域应该和不应该被切除，"Leijten说。事实上，这些数据还可以让研究人员了解到一些关于我们的大脑如何工作的知识，这是一个新的见解。"我们已经收集这些数据大约20年了，"Leijten说。"直到几年前，我们才意识到我们可以用未受影响的区域作为健康人脑的模型。如果你在一个区域刺激一个电极，另一个区域就会发生反应。这让你知道这两个区域是相连的。然后你可以测量反应发生需要多长时间。如果你知道两个不同脑区之间的距离，你可以计算出信号传输的速度。"更好的计算机模型这项研究的结果提供了关于我们中枢神经系统的重要信息。科学家们长期以来一直试图绘制我们大脑中的连接。有了这些信息，专家们可以为我们的大脑制作更真实的计算机模型。为了使这些模型发挥作用，除了有关连接的信息外，还需要有关这些连接速度的精确数值。"我们现在第一次有了这些数字，"Leijten解释说，"有了我们的数据，研究人员可以制作新的和更好的计算机模型，增加我们对大脑的了解。我们期望我们的工作不仅能推动癫痫研究，也能推动对其他大脑疾病的研究"。开放进步随着这次在《自然-神经科学》上的发表，所有的数据都已经可以公开访问。这被称为开放科学，它意味着全世界的研究人员都可以使用这些数据。通过参与研究，患者为进步做出了贡献。我们获得的知识可以用来更好地治疗未来的病人。VanBlooijs将在今年年底获得博士学位。她说："这些数据有很多可能性，比我们能做的更多。我很好奇，看看全世界所有有创造力的人将会想出什么样的研究。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1360413.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1360413.htm

科学家揭示了创伤是如何改变大脑的

科学家揭示了创伤是如何改变大脑的罗切斯特大学德尔蒙特神经科学研究所的ZVR实验室由助理教授本杰明-苏亚雷斯-吉梅内斯博士领导，致力于了解这些变化背后的机制，以及大脑如何学习其环境，预测潜在威胁，并识别安全。"我们正在学习更多关于暴露于创伤的人如何学习区分什么是安全的和什么是不安全的。他们的大脑让我们了解到在受创伤暴露影响的特定机制中可能出现的问题，特别是当涉及到情感时，"苏亚雷斯-吉梅内斯说，他作为哥伦比亚大学欧文医学中心教授尤瓦尔-内里亚博士实验室的博士后研究员开始这项工作。他们的研究最近发表在《通信生物学》(CommunicationsBiology)上，确定了暴露于创伤的人（有或没有精神病症，包括创伤后应激障碍、抑郁症和焦虑症）的显著性网络的变化涉及大脑中用于学习和生存的机制。使用fMRI，研究人员记录了参与者的大脑活动，因为他们看着不同大小的圆圈--只有一种大小与小冲击（或威胁）有关。伴随着显著性网络的变化，研究人员发现了另一个差异--这个差异是在暴露于创伤的复原力组中。他们发现接触过创伤而没有精神病态的人的大脑正在通过参与执行控制网络--大脑的主导网络之一--来补偿其大脑过程的变化。哥伦比亚大学临床神经生物学助理教授苏亚雷斯-吉梅内斯（Suarez-Jimenez）是本文的共同第一作者，他与ZhuXi博士一起说："知道当某人受到创伤时在大脑中寻找什么，可以大大推进治疗。在这种情况下，我们知道大脑中哪里发生了变化，以及一些人如何围绕这种变化开展工作。它是复原力的一个标志"。加入情感元素威胁的可能性可以改变暴露在创伤中的人的反应--研究人员发现创伤后应激障碍（PTSD）患者的情况就是如此，正如《抑郁与焦虑》杂志最近的一项研究所述。苏亚雷斯-吉梅内斯、他的其他合著者和资深作者尼利亚发现，当不涉及情绪时，创伤后应激障碍患者可以完成与没有接触过创伤的人相同的任务。然而，当由威胁引起的情绪被添加到类似的任务中时，那些患有创伤后应激障碍的人更难区分其中的差异。研究小组使用了与其他实验相同的方法--不同的圆圈大小，其中一个大小与冲击形式的威胁有关。使用fMRI，研究人员观察到患有PTSD的人在海马体--大脑中负责情感和记忆的区域--和显著性网络--一种用于学习和生存的机制之间的信号传递较少。他们还检测到杏仁核（另一个与情绪有关的区域）和默认模式网络（当某人不关注外部世界时激活的大脑区域）之间的信号传递较少。这些发现反映了创伤后应激障碍患者无法有效区分圆圈之间的差异。"这告诉我们，创伤后应激障碍患者只有在有情绪成分的情况下才会有分辨的问题。在这种情况下，是厌恶；我们仍然需要确认对其他情绪如悲伤、厌恶、快乐等是否如此，"苏亚雷斯·吉梅内斯说。"因此，可能是在现实世界中，情绪使他们的认知能力超载，无法区分安全、危险或奖励。它对危险的概括性过强。""综合来看，这来自一项由NIMH资助的研究带来的两篇论文的发现，旨在揭示创伤、创伤后应激障碍和复原力的神经和行为机制，有助于扩展我们关于创伤对大脑影响的知识，"这项研究的首席PI尼利亚说。"创伤后应激障碍是由对恐惧处理和反应至关重要的大脑区域的显著功能障碍驱动的。我在哥伦比亚大学的实验室和罗切斯特的吉梅内斯博士实验室致力于推进神经生物学研究，这将有助于开发新的和更好的治疗方法，能够有效地针对异常的恐惧回路。"苏亚雷斯-吉梅内斯将继续探索大脑机制和与之相关的不同情绪，在他的实验室中借助虚拟现实技术，使用更多的真实情况。他想了解这些机制和变化是否是特定于威胁的，以及它们是否扩展到与环境相关的过程。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1339411.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1339411.htm

新研究揭示了最近发现的动物源性病毒是如何进入人类细胞的

新研究揭示了最近发现的动物源性病毒是如何进入人类细胞的科学家们已经阐明了最近从动物传染给人类的一种高度传染性病毒进入人类细胞的过程。昆士兰大学的ArielIsaacs博士和YuShangLow博士成功揭示了Langya病毒的融合蛋白的结构。这种病毒于2022年8月在中国东部的人类中首次被发现。艾萨克斯博士说，这种病毒引起发烧和严重的呼吸道症状，与致命的尼帕和亨德拉病毒属于同一类病毒。他介绍说："我们正处于亨氏病毒属的一个重要关头，因为我们可以期待更多的从动物到人的外溢事件。重要的是我们要了解这些新出现的病毒的内部运作，这就是我们工作的意义所在"。研究团队在昆士兰大学的低温电子显微镜前，从左至右为ArielIsaacs博士、DanielWatterson副教授、NaphakModhiran博士和刘宇翔博士。资料来源：昆士兰大学该团队利用昆士兰大学的分子钳技术将朗亚病毒的融合蛋白固定住，在昆士兰大学的显微镜和微分析中心用低温电子显微镜揭开原子结构。了解其结构以及它是如何进入细胞的，是开发疫苗和治疗方法以对抗Henipavirus感染的关键一步。目前还没有针对它们的治疗方法或疫苗，它们有可能导致大范围的爆发。该项目高级研究员DanielWatterson副教授说，他们还看到Langya病毒的融合蛋白结构与致命的Hendra病毒相似，后者于1994年首次在昆士兰东南部出现。"这些都是可以引起严重疾病的病毒，如果我们没有适当的准备，就有可能失去控制，"Watterson博士说。"我们通过COVID-19看到了世界对大范围的病毒爆发是多么没有准备，我们希望为下一次爆发做好准备。"研究人员现在将致力于开发广谱人类疫苗和治疗Henipaviruses，如Langya、Nipah和Hendra。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1368595.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1368595.htm

Science：新的成像方法揭示了氧气在大脑中的旅程

Science：新的成像方法揭示了氧气在大脑中的旅程发表在《科学》(Science)杂志上的一项新的生物发光成像技术，创造了非常详细、视觉上引人注目的小鼠大脑中氧气运动的图像。这种方法很容易被其他实验室复制，它将使研究人员能够更精确地研究缺氧的形式，比如中风或心脏病发作时大脑部分缺氧。这项研究已经深入了解了为什么久坐不动的生活方式会增加患阿尔茨海默病等疾病的风险。“这项研究表明，我们可以连续监测大脑大范围内氧浓度的变化，”罗切斯特大学和哥本哈根大学转化神经医学中心的联合主任MaikenNedergaard说。MaikenNedergaard说:“这为我们提供了一个更详细的图像，实时了解大脑中发生了什么，使我们能够识别以前未被发现的暂时缺氧区域，这反映了血液流动的变化，可能引发神经功能障碍。”萤火虫和偶然的科学这种新方法使用了发光蛋白，这是在萤火虫中发现的生物发光蛋白的化学表亲。这些已被用于癌症研究的蛋白质，利用一种病毒向细胞传递指令，以酶的形式产生发光蛋白质。当这种酶遇到它的底物furimazine时，化学反应就会产生光。像许多重要的科学发现一样，利用这个过程来成像大脑中的氧气是偶然发现的。哥本哈根大学转化神经科学中心的助理教授FelixBeinlich最初打算用发光蛋白来测量大脑中的钙活性。很明显，蛋白质生产过程中出现了错误，导致了长达数月的研究延迟。当FelixBeinlich等待制造商的新一批产品时，他决定继续进行实验，以测试和优化监测系统。这种病毒被用来向星形胶质细胞传递产生酶的指令，星形胶质细胞是大脑中普遍存在的支持细胞，维持神经元的健康和信号功能，这种底物被直接注射到大脑中。这些记录揭示了生物发光强度波动的活动，研究人员怀疑这反映了氧气的存在和浓度，后来证实了这一点。FelixBeinlich说:“在这种情况下，化学反应依赖于氧气，所以当有酶、底物和氧气时，系统就开始发光。”虽然现有的氧气监测技术只能提供大脑一小块区域的信息，但研究人员可以实时观察到小鼠的整个大脑皮层。生物发光的强度与氧气的浓度相对应，研究人员通过改变动物呼吸的空气中的氧气量来证明这一点。光强度的变化也与感觉处理相对应。例如，当一股空气刺激老鼠的胡须时，研究人员可以看到大脑相应的感觉区域亮了起来。“缺氧口袋”可能预示着老年痴呆症的风险大脑在没有氧气的情况下无法存活很长时间，中风或心脏病发作后迅速造成的神经损伤就证明了这一点。但是，当大脑的一小部分短暂缺氧时会发生什么呢?直到Nedergaard实验室的研究小组开始仔细研究新的录音，这个问题才被研究人员提出。在监测小鼠的过程中，研究人员观察到，大脑的特定微小区域会间歇性地变暗，有时会持续几秒钟，这意味着氧气供应被切断。氧气通过一个由动脉和毛细血管组成的巨大网络在大脑中循环，毛细血管渗透到脑组织中。??通过一系列实验，研究人员能够确定氧气被拒绝是由于毛细血管阻塞，当白细胞暂时阻塞微血管并阻止携带氧气的红细胞通过时，就会发生这种情况。研究人员将这些区域命名为“缺氧口袋”，与小鼠活动时相比，它们在静息状态下的大脑中更为普遍。毛细血管停滞被认为随着年龄的增长而增加，并在阿尔茨海默病模型中观察到。MaikenNedergaard说:“我们可以研究一系列与大脑缺氧相关的疾病，包括阿尔茨海默氏症、血管性痴呆和长期COVID，以及久坐不动的生活方式、衰老、高血压和其他因素如何导致这些疾病。”“它还提供了一种工具来测试不同的药物和运动类型，这些药物和运动可以改善血管健康，减缓痴呆症的发展。”...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1426507.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1426507.htm