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

令人惊讶的发现揭示了运动的大脑回路早在附肢和骨架出现之前就已进化

令人惊讶的发现揭示了运动的大脑回路早在附肢和骨架出现之前就已进化根据发表在《神经科学杂志》上的这项研究，研究结果表明，昆虫、甲壳动物、甚至像哺乳动物这样的脊椎动物并没有创造一套完全独立的神经回路来控制分段身体部位的运动，而是调整了一个神经元网络，一个模块，在更简单的生物体内指导运动和姿势。领导这项新研究的伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校分子和综合生理学教授RhanorGillette说："海蛞蝓可能仍然有那个模块，一个被称为'A群'的小型神经元网络，到目前为止有23个神经元被确认。"他说："我们在这项研究中解决的问题是，我们在海蛞蝓和更复杂的生物之间看到的相似性是否是独立进化的，或者那些具有分割的身体部分和附属物的生物是否可能从一个软体的双边共同祖先那里继承了它们的基本神经回路，"。为了回答这个问题，Gillette和他的同事，即前研究生科林-李和杰弗里-布朗对海蛞蝓的运动进行了录像，并将这些数据与记录的对刺激海蛞蝓大脑中的神经和特定神经元的反应相结合。从左起，博士生ColinLee、分子和综合生理学教授RhanorGillette和他们的同事发现了指导海蛞蝓运动的神经回路与更复杂的动物如哺乳动物之间的相似之处。"我们研究的掠食性海蛞蝓Pleurobrancheacalifornica使用其脚上的纤毛来爬行，在分泌的粘液中划动，"Gillette说。"对于朝向或远离刺激的姿势，它只需缩短其身体的一侧，并通过疯狂的摇摆游泳逃离其他捕食者--所有这些都是由A群驱动的。"Gillette实验室以前的研究表明，Pleurobranchaea每次在野外遇到另一种生物时都会进行成本效益计算。如果它非常饥饿，控制其攻击和进食行为的神经元处于高度兴奋状态，它几乎会去追逐任何闻起来像食物的东西。在其他情况下，它将什么也不做，甚至主动回避刺激。"如果它不需要食物，并能避开被其吸引的其他鱼，这是一个好主意，"Gillette说。"所有这些行为都涉及A群如何与行动选择相协调。"Gillette说，在哺乳动物中，一个特殊的后脑模块被称为网状系统，它能翻译来自高级大脑区域的动作选择的具体指令，用于姿势和运动。然后该区域将运动指令下发到脊髓，以最终传输给肌肉。特别是，网状系统依靠产生血清素的关键神经元来控制姿势和运动的身体运动。新的研究发现海蛞蝓的A群中类似的产生血清素的神经元正在驱动追赶、回避和逃跑等行为。在它们的相对简单性方面，海蛞蝓在许多方面类似于今天复杂动物的预期简单祖先。在复杂动物的神经系统中发现的行动选择、将选择转化为运动指令以及运动模式生成的所有主要电路模块在较简单的软体海蛞蝓中也是可以识别的。这项研究提供了第一个证据，表明在具有复杂身体和行为的动物中驱动运动的电路"在较简单的腹足类软体动物中具有密切的功能相似性，并且可能具有共同的继承性。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1358371.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1358371.htm

新的大脑地图揭示了乌贼善于伪装的奥秘

新的大脑地图揭示了乌贼善于伪装的奥秘QBI马歇尔实验室的主要作者Wen-SungChung博士说："我们对乌贼大脑的大部分了解都是基于一个单一物种，即夜间活动的欧洲普通乌贼。我们想通过关注选定的在白天活动的乌贼来填补这一知识的空白，并进一步与地中海和印度太平洋地区的其他物种进行比较。"来自昆士兰大学昆士兰大脑研究所的研究小组利用大体解剖学和磁共振成像（MRI）来监测大脑视觉和学习区域的改变，并将他们的发现与其他乌贼物种的发现进行比较，以开发一个全面的大脑连接图。Chung博士说："我们发现的是涉及化学感觉功能和身体图案控制的神经元网络，这使乌贼能够用于觅食和其伪装。我们还发现，大脑的适应性反映了它们日常生活中对生态和栖息地的要求。"大脑结构图也可以帮助研究人员了解乌贼大脑的进化途径，并反过来可能获得对我们自己大脑进化的洞察力。Chung博士说："这项研究与我们最近在章鱼和乌贼的大脑中的发现一起，增加了我们对乌贼大脑的了解。它表明，大脑结构可以用来研究头足类动物的进化历史。而通过了解其他动物的大脑结构和网络，我们可以开始感知更多塑造我们大脑的力量。"该研究由澳大利亚研究委员会、全球海军研究办公室和墨西哥国家科学技术委员会（ConsejoNacionaldeCienciayTecnología-CONACYT）资助。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1344427.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1344427.htm

新研究揭示了令人惊讶的甲烷排放源：松林、河流和溪流

新研究揭示了令人惊讶的甲烷排放源：松林、河流和溪流包括威斯康星大学麦迪逊分校淡水生态学家在内的一个国际研究小组对全球流动水域甲烷排放的速率、趋势和原因进行了深入研究。他们的研究发表在《自然》杂志上，加深了我们对甲烷预测和气候变化模型的理解。此外，他们的研究结果还强调了潜在的土地管理调整和恢复项目，这些项目可以减少进入大气的甲烷量。新研究证实，河流和溪流确实产生了大量甲烷，并在气候变化动态中扮演着重要角色。但这项研究也揭示了一些令人惊讶的结果，即甲烷是如何产生的，又是在哪里产生的。华盛顿大学麦迪逊分校湖沼学中心教授、《自然》报告的合著者艾米丽-斯坦利说："我们预计热带地区的甲烷排放量最高，因为甲烷的生物生产对温度高度敏感。她说，相反，他们的研究小组发现，热带地区的甲烷排放量与北方森林--北半球以松树为主的森林--和北极苔原栖息地中寒冷得多的溪流和河流的甲烷排放量相当。"事实证明，温度并不是驱动水生甲烷排放的主要变量。相反，研究发现，"无论纬度或温度如何，溪流和河流中甲烷的排放量主要受与之相连的周围栖息地的控制"，斯坦利说。北方森林和高纬度极地地区的河流和溪流通常与泥炭地和湿地相连，而亚马逊河和刚果河流域的茂密森林也为流经它们的水域提供了富含有机物的土壤。这两个系统都会产生大量甲烷，因为它们通常会导致微生物喜欢的低氧条件，而微生物在分解所有有机物的同时也会产生甲烷。然而，并非所有高甲烷含量的河流和溪流都是自然排放的。在世界部分地区，淡水甲烷排放主要由城市和农村社区的人类活动控制。报告的第一作者、瑞典农业科学大学和西班牙布拉内斯高级研究中心的博士后研究员杰拉德-罗歇（GerardRocher）说："人类正在积极改变世界各地的河流网络，一般来说，这些改变似乎有利于甲烷排放。"被人类严重改造过的栖息地--如农田排水沟、废水处理厂下方的河流或混凝土雨水渠--通常也会造成富含有机物、缺氧的环境，从而促进甲烷的大量产生。罗切尔认为，人类参与的重要性可以被视为一个好消息。他说："这一发现的意义之一是，淡水保护和恢复工作可以减少甲烷排放。"减缓肥料、人畜粪便或过量表土等污染物流入河流和溪流，将有助于限制导致淡水系统甲烷高产的成分。从气候变化的角度来看，更需要担心的是人类创造的产生甲烷的环境，而不是甲烷产生的自然循环。这项研究还表明，科学家团队努力汇编和研究巨大的数据集对于了解气候变化的范围非常重要。这项研究成果需要瑞典农业科学大学、于默奥大学、华盛顿大学麦迪逊分校和世界各地其他机构之间长达数年的合作。他们收集了多个国家河流和溪流中的甲烷测量数据，并采用了最先进的计算机建模和机器学习技术，"大规模扩展"了斯坦利早在2015年就开始与她的研究生们一起编制的数据集。现在，斯坦利说："我们对甲烷的估计更有信心了。研究人员希望他们的研究成果能让人们更好地了解地球大气中甲烷所有来源的规模和空间模式，并希望新数据能改善用于了解全球气候和预测其未来的大型模型。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1379353.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1379353.htm

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：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1430799.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1430799.htm

研究人员发现了大脑进化保守区域的新功能

研究人员发现了大脑进化保守区域的新功能动物如何知道它们在环境中的位置，以及这如何决定它们随后的选择？霍华德-休斯医学研究所Janelia研究基地的研究人员发现，后脑--大脑后部的一个进化保守或"古老"的区域--帮助动物计算它们的位置，并利用这些信息来计算它们接下来需要去的地方。最近发表在《细胞》杂志上的这项新研究发现了"进化保守区域"部分的新功能，这些发现可能适用于其他脊椎动物。这段视频显示了幼年斑马鱼在虚拟现实环境中时的全脑记录。资料来源：MishaAhrens全脑成像揭示了新的网络为了弄清楚动物如何理解它们在环境中的位置，由阿伦斯实验室的博士后杨恩领导的研究人员，将几乎没有半厘米长的半透明小斑马鱼放在一个模拟水流的虚拟现实环境中。当水流出乎意料地转变时，鱼儿最初会被推离航线，然而，它们能够纠正这种运动并回到它们的起点。当斑马鱼在虚拟现实环境中游泳时，研究人员使用Janelia公司开发的全脑成像技术来测量鱼的大脑中正在发生的事情。这种技术使科学家们能够搜索整个大脑，看哪些电路在它们的航向纠正行为中被激活，并分解出所涉及的单个组件。研究人员预计会在前脑看到激活，因为掌管记忆的海马体位于那里，它包含了一个动物环境的"认知地图"。令他们惊讶的是，他们在延髓的几个区域看到了激活，关于动物位置的信息正从一个新确定的电路通过一个叫做下橄榄的后脑结构传递到小脑的运动电路，使鱼能够按自己的意图移动，而当这些通路被阻断时，鱼就无法导航回到它原来的位置。幼年斑马鱼的虚拟现实环境，鱼在模拟水流的情况下穿越二维环境这些发现表明，脑干区域会记住斑马鱼的原始位置，并根据其当前和过去的位置产生一个错误信号。这一信息被转达给小脑，使鱼能够游回它的起点。这项研究揭示了下橄榄和小脑的新功能，已知它们参与了伸手和运动等动作，但没有参与这种类型的导航。新研究的第一作者杨说："我们发现，鱼正试图计算其当前位置和其首选位置之间的差异，并利用这一差异产生一个错误信号。大脑将该错误信号发送到其运动控制中心，因此鱼在被流动无意中移动后可以进行纠正，甚至在许多秒后。"一个新的多区域后脑回路目前还不清楚这些相同的网络是否参与了其他动物的类似行为。但研究人员希望研究哺乳动物的实验室现在将开始研究后脑中用于导航的同源电路。研究人员说，这种后脑网络也可能是其他导航技能的基础，例如当一条鱼游到一个特定的地方避难时。Janelia高级组长MishaAhrens说："这是一个未知的电路，用于这种形式的导航，我们认为它可能是探索和基于地标的导航的高阶海马体电路的基础。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1342259.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1342259.htm