将大脑免疫细胞转化为神经元有助于中风后的康复

将大脑免疫细胞转化为神经元有助于中风后的康复中风或其他脑血管疾病导致脑部血流不畅后，神经元要么受损，要么死亡，造成特有的生理和心理缺陷。现在，日本九州大学的研究人员将大脑的主要免疫细胞小胶质细胞转化为神经元，从而恢复了受中风影响的小鼠的运动功能。该研究的通讯作者中岛健一说："当我们被割伤或骨折时，我们的皮肤和骨骼细胞可以复制，从而治愈我们的身体。但我们大脑中的神经元却不容易再生，因此损伤往往是永久性的。因此，我们需要找到新的方法来安置失去的神经元。"研究人员从之前的研究中得知，在健康小鼠的大脑中，小胶质细胞可以被诱导发育成神经元。中风后，负责清除受损或死亡脑细胞的小胶质细胞向受伤部位移动并迅速复制。该研究的第一作者入江隆说："小胶质细胞数量丰富，而且正好位于我们需要它们的地方，因此它们是理想的转化目标。"研究人员通过暂时阻断右侧大脑中动脉诱导小鼠中风，大脑中动脉是大脑中的主要血管，通常与人类中风有关。一周后，研究人员观察到小鼠的运动功能出现障碍，纹状体中的神经元明显减少，而纹状体是大脑中参与决策、行动规划和运动控制的区域。他们使用慢病毒--一种用作病毒载体的亚类逆转录病毒--将DNA插入中风损伤部位的小胶质细胞。DNA中含有产生NeuroD1的指令，NeuroD1是一种诱导神经元转换的蛋白质。在随后的几周里，这些细胞发育成了神经元。在小胶质细胞中产生NeuroD1蛋白可诱导它们发育成神经元（红色），减少神经元缺失区域（暗斑）。DNA植入三周后，小鼠的运动功能得到改善。到八周时，新诱导的神经元已成功融入大脑回路。当研究人员移除新神经元时，运动功能的改善消失了，这证实了新神经元对小鼠的康复做出了直接贡献。中岛说："这些结果很有希望。下一步是测试NeuroD1是否也能有效地将人类小胶质细胞转化为神经元，并确认我们将基因插入小胶质细胞的方法是安全的。"由于小鼠是在中风后的急性期接受治疗的，此时小胶质细胞已经迁移到损伤部位，因此研究人员下一步计划观察他们是否能在后期阶段让小鼠产生康复效果。该研究发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1391667.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1391667.htm

我们的大脑如何工作？连接实验室培育的脑细胞产生新见解

我们的大脑如何工作？连接实验室培育的脑细胞产生新见解东京大学工业科学研究所的研究人员发现，为实验室培育的"大脑器官"提供与真实大脑类似的连接，可以促进其发育和活动。资料来源：东京大学工业科学研究所神经研究的进展研究大脑发育和功能的确切机制具有挑战性。动物研究受到物种间大脑结构和功能差异的限制，而实验室培育的脑细胞往往缺乏人脑细胞特有的连接。更重要的是，研究人员越来越意识到，这些区域间的连接及其形成的回路，对于我们人类的许多大脑功能非常重要。以前的研究曾试图在实验室条件下创建大脑回路，这推动了这一领域的发展。东京大学的研究人员最近找到了一种方法，可以在实验室培育的"神经器官"（一种实验模型组织，将人类干细胞培育成模仿大脑发育的三维结构）之间建立更多生理连接。研究小组通过轴突束将有机体连接起来，这与活体人脑中各区域的连接方式类似。通过创新增进理解该研究的共同第一作者杜恩基（TomoyaDuenki）说："在实验室条件下生长的单神经器官中，细胞开始显示出相对简单的电活动。当我们用轴索束连接两个神经器官组织时，我们能够看到这些双向连接是如何促进器官组织之间活动模式的产生和同步的，这与大脑内两个区域之间的连接有一定的相似性。"与轴索束相连的大脑器官组织比单个器官组织或使用以前的技术相连的器官组织显示出更复杂的活动。此外，当研究小组使用一种被称为光遗传学的技术刺激轴索束时，类器官的活动也会发生相应的变化，类器官会在一段时间内受到这些变化的影响，这一过程被称为可塑性。研究的资深作者YoshihoIkeuchi解释说："这些发现表明，轴索束连接对于复杂网络的发展非常重要。"值得注意的是，复杂的大脑网络负责许多深层次的功能，如语言、注意力和情感。"鉴于大脑网络的改变与各种神经和精神疾病有关，因此更好地了解大脑网络非常重要。对实验室培养的人类神经回路进行研究，将有助于我们更好地了解这些网络在不同情况下是如何形成并随时间发生变化的，从而改进治疗这些疾病的方法。编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1427023.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1427023.htm

科学家们发现了一种新的日常节奏 使人们了解到大脑活动是如何被微调的

科学家们发现了一种新的日常节奏使人们了解到大脑活动是如何被微调的该结果发表在《PLOS生物学》杂志上，可能有助于解释细微的突触变化如何改善人类的记忆。来自国家神经疾病和中风研究所（NINDS）的研究人员领导了这项研究，该研究所是国家卫生研究院的一部分。"抑制对大脑功能的各个方面都很重要。但二十多年来，大多数睡眠研究都集中在了解兴奋性突触上，"NINDS的高级调查员WeiLu博士说。"这是一项及时的研究，试图了解睡眠和清醒如何调节抑制性突触的可塑性"。Lu博士实验室的博士后WuKunwei调查了小鼠在睡眠和清醒时抑制性突触的情况。从海马体（一个参与记忆形成的大脑区域）的神经元进行的电记录显示了一种以前未知的活动模式。在清醒状态下，稳定的"强直"抑制活动增加，但快速的"阶段性"抑制活动减少。他们还发现，在清醒的小鼠神经元中，抑制性电反应的活动依赖性增强得多，这表明清醒，而不是睡眠，可能在更大程度上加强这些突触。抑制性神经元使用神经递质γ-氨基丁酸（GABA）来减少神经系统的活动。这些神经元在抑制性突触处将GABA分子释放到突触裂隙中，突触裂隙是神经元之间神经递质扩散的空间。这些分子与邻近的兴奋性神经元表面的GABAA受体结合，使其减少发射次数。进一步的实验表明，清醒时的突触变化是由α5-GABAA受体数量增加所驱动的。当受体在清醒小鼠体内被阻断时，活动依赖性的相位电反应的增强就会减弱。这表明，清醒时GABAA受体的积累可能是建立更强大、更有效的抑制性突触的关键，这是一个被称为突触可塑性的基本过程。"当你在白天学习新信息时，神经元受到来自大脑皮层和许多其他区域的兴奋性信号的轰击。"Lu博士说："为了将这些信息转变为记忆，你首先需要调节和完善它--这就是抑制的作用。"先前的研究表明，海马体的突触变化可能是由抑制性中间神经元发出的信号驱动的，这种特殊类型的细胞在大脑中只占大约10-20%的神经元。在海马中有超过20种不同的中间神经元亚型，但最近的研究强调了两种类型，即被称为副白蛋白和体蛋白，它们关键性地参与了突触调节。为了确定哪种神经元负责他们所观察到的可塑性，Lu博士的团队使用了光遗传学，这是一种使用光来打开或关闭细胞的技术，并发现清醒状态导致更多的α5-GABAA受体和来自副白蛋白的更强连接，而不是体蛋白的神经元。人类和小鼠拥有类似的神经回路，是记忆储存和其他基本认知过程的基础。这种机制可能是抑制性输入精确控制神经元之间和整个大脑网络的信息起伏的一种方式。Lu博士说："抑制实际上是相当强大的，因为它允许大脑以一种微调的方式执行，这基本上是所有认知的基础。"由于抑制对大脑功能的几乎每一个方面都至关重要，这项研究不仅有助于帮助科学家了解睡眠-觉醒周期，而且有助于了解植根于大脑节律异常的神经系统疾病，如癫痫。在未来，Lu博士的研究小组计划探索GABAA受体贩运到抑制性突触的分子基础。这项研究的部分资金来自于美国国家疾病预防控制中心的院内研究项目。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1335699.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1335699.htm

反思大脑设计：人类神经元的独特布线挑战了旧有假设

反思大脑设计：人类神经元的独特布线挑战了旧有假设新研究发现，与小鼠的循环互动不同，人类新皮质神经元单向交流效率更高。这一发现可能会通过模仿人类大脑的连通性来促进人工神经网络的发展。记录多达十个神经元活动的多补丁实验装置。图片来源：Charité彭扬帆新皮质是人类智力的关键结构，厚度不足五毫米。在大脑的最外层，200亿个神经元处理着无数的感官知觉，规划着行动，并构成了我们意识的基础。这些神经元是如何处理所有这些复杂信息的呢？这在很大程度上取决于它们之间的"连接"方式。夏里特神经生理学研究所所长约尔格-盖格（JörgGeiger）教授解释说："我们以前对新皮层神经结构的理解主要基于小鼠等动物模型的研究结果。在这些模型中，相邻的神经元经常像对话一样相互交流。一个神经元向另一个神经元发出信号，然后另一个神经元再向它发出信号。这意味着信息经常以循环往复的方式流动"。带有机器人机械手的多通道装置，可在两轮实验之间自动冲洗玻璃移液管。图片来源：Charité彭扬帆人类的新皮质比小鼠的新皮质更厚、更复杂。尽管如此，研究人员之前一直假设--部分原因是缺乏数据--它遵循相同的基本连接原则。盖革领导的夏里特研究小组现在利用极其罕见的组织样本和最先进的技术证明了事实并非如此。在这项研究中，研究人员检查了23名在夏里特接受神经外科手术治疗耐药性癫痫患者的脑组织。在手术过程中，医学上有必要切除脑组织，以便观察其下的病变结构。患者同意将这些组织用于研究目的。神经元的旋转重建。图片来源：CharitéSabineGrosser为了能够观察人类新皮层最外层相邻神经元之间的信号流，研究小组开发出了一种改进版的"multipatch"技术。这样，研究人员就能同时监听多达十个神经元之间的通信。因此，他们能够在细胞停止体外活动前的短时间内进行必要数量的测量，以绘制网络图。他们分析了近1170个神经元之间的通信渠道，以及约7200个可能的连接。他们发现，只有一小部分神经元之间进行了相互对话。"人类的信息往往是单向流动的。它很少直接或通过循环返回起点，"该论文的第一作者彭扬帆博士解释说。他曾在神经生理学研究所从事这项研究，目前在夏里特神经学系和神经科学研究中心工作。研究小组根据人类网络结构的基本原理设计了一种计算机模拟，以证明这种前向信号流在处理数据方面的优势。来自多配接装置的微量移液管接近单个神经元。图片来源：CharitéFranzMittermaier研究人员给人工神经网络布置了一项典型的机器学习任务：从口语数字录音中识别出正确的数字。在这项语音识别任务中，模仿人类结构的网络模型比以小鼠为模型的网络模型获得了更多的正确响应。它的效率也更高，同样的成绩在小鼠模型中需要相当于380个神经元，而在人类模型中只需要150个神经元。"我们在人类身上看到的定向网络结构更强大，也更节省资源，因为更多独立的神经元可以同时处理不同的任务，"彭解释道。"这意味着局部网络可以存储更多信息。目前还不清楚我们在颞叶皮层最外层的发现是否会扩展到其他皮层区域，也不清楚这些发现能在多大程度上解释人类独特的认知能力。"过去，人工智能开发人员在设计人工神经网络时会从生物模型中寻找灵感，但也会独立于生物模型来优化算法。盖格说："许多人工神经网络已经使用了某种形式的前向连接，因为它能为某些任务带来更好的结果。人脑也显示出类似的网络原理，这令人着迷。这些对人类新皮质中具有成本效益的信息处理的洞察，可以为完善人工智能网络提供更多灵感"。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1428037.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1428037.htm

研究人员发现了脂肪细胞跟大脑直接对话的新方式

研究人员发现了脂肪细胞跟大脑直接对话的新方式由斯克里普斯研究所的一个团队领导的一项新研究发现了脂肪细胞和大脑之间的一种新型通信途径。研究结果显示，大脑并不只是通过缓慢响应血液中的荷尔蒙信号来调节脂肪燃烧，而是可以直接向脂肪组织发送信息并影响代谢过程。关于新陈代谢的传统观点认为身体使用各种信号分子如荷尔蒙来调节其能量生产。脂肪组织就像身体的能量储存系统，当我们在大量体力活动或压力大的时候需要利用这些供应来获得额外的燃料时，某些信号会触发交感神经系统开始与这些脂肪细胞对话。到目前为止，人们认为延伸到脂肪组织的神经大多跟这种交感神经系统的途径有关。但了解这种组织中到底有哪些类型的神经元一直是难以研究的。因此，为了获得这项研究的结果，研究小组需要开发全新的成像方法。在这项研究中，部署了两种新的方法：一种被称为HYBRiD，它使脂肪组织变得透明，让研究人员有了一个了解神经元路径的独特窗口；另一种方法被称为ROOT，它使研究人员能准确地研究位于脂肪组织中的某些神经元如何与身体的其他部分沟通。该研究的论文第一作者YuWang介绍称：“这项研究确实是通过这些新方法的结合而实现的。当我们刚开始这个项目时，还没有现成的工具来回答这些问题。”该研究的最大发现是发现了从脊柱分支到脂肪组织的感觉神经元。这些感觉神经元直接跟大脑中一个叫做背根神经节的部分进行交流。“这些神经元的发现首次表明，你的大脑正在积极地调查你的脂肪，而不仅仅是被动地接收关于它的信息，”共同资深作者LiYe说道，“这一发现的影响是深远的。”那么，从这些感觉神经元向大脑发送的是什么类型的信息？对此，研究人员阻断了这些感觉神经元的通讯并发现脂肪组织的代谢活动增加。当感觉神经元的通信被沉默时，交感神经系统启动了并开始将白色脂肪细胞转化为棕色脂肪。这一机制加强了身体的脂肪燃烧过程。研究人员推测，这两个对立的神经信号可能协同工作，以此来维持一种新陈代谢的平衡。交感神经系统将燃烧脂肪的过程打开，而感觉神经元通路则将这一过程关闭。“这告诉我们，大脑向脂肪组织发出的指令并不是一刀切的。它比这更细微，这两类神经元的作用就像燃烧脂肪的油门和刹车，”Li说道。基础性发现往往会导致一大堆需要进一步研究的新问题，而这项研究也不例外。这一发现在现阶段所能明确的是，新发现的感觉神经元通信途径对保持脂肪组织健康至关重要。但从那里开始，问题迅速开始堆积起来。如这些来自脂肪组织的感觉神经元信号如何跟交感神经系统信号进行机械性的互动？或者更有说服力的是，究竟什么样的信息是通过这些脂肪组织的感觉神经元进出大脑的？背根神经节的不同部分是否指导脂肪组织的不同代谢功能？最重要的是，这些途径能否被治疗性地调节，以治疗肥胖症或代谢性疾病？PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1311083.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1311083.htm

与自闭症有关的基因突变被发现会过度刺激脑细胞

与自闭症有关的基因突变被发现会过度刺激脑细胞自闭症，又称自闭症谱系障碍（ASD），是一种复杂的发育障碍，影响交流、社会互动和行为。它的特点是在语言和非语言交流、社会互动和重复行为方面存在困难。该研究小组使用了尖端技术，包括从干细胞中培养人类脑细胞并将其移植到小鼠大脑中，以取得这些发现。科学家们说，这项工作说明了一种研究大脑疾病的新方法的潜力。研究人员在《分子精神病学》(MolecularPsychiatry)杂志上描述了这项研究，他们报告了一种突变--已知导致人类自闭症的基因Neurologin-3中的R451C--被发现在小鼠大脑中移植的人类脑细胞网络中激起了更高层次的交流。科学家们在实验中对这种过度兴奋进行了量化，表现为电活动的爆发，比没有这种突变的脑细胞中的水平高出一倍多。罗格斯大学罗伯特-伍德-约翰逊医学院新泽西州儿童健康研究所神经科学和细胞生物学系副教授、该研究的资深作者庞志平说："我们很惊讶地发现了一种增强，而不是一种缺失。我们的研究揭示了这些特定细胞的这种功能增益，导致大脑神经元网络之间的不平衡，破坏了正常的信息流。"庞说，构成人类大脑的相互连接的细胞网包含了专门的"兴奋性"细胞，它们刺激电活动，并由"抑制性"脑细胞来平衡，它们遏制电脉冲。科学家们发现，由突变引起的过大的电活动爆发使小鼠的大脑失去了平衡。自闭症谱系障碍是一种由大脑差异引起的发育障碍。根据美国疾病控制和预防中心的估计，大约每44名儿童中就有一名被确认患有这种疾病。根据美国国立卫生研究院的国家神经系统疾病和中风研究所的研究表明自闭症可能是在发育早期正常大脑生长中断的结果，这些干扰可能是控制大脑发育和调节脑细胞相互交流方式的基因突变的结果。庞说："自闭症的许多潜在机制是未知的，这阻碍了有效治疗方法的开发。利用人类干细胞产生的人类神经元作为模型系统，我们想了解一个特定的突变如何以及为什么会导致人类的自闭症。"研究人员采用CRISPR技术来改变人类干细胞的遗传物质，以创建一个包含他们想要研究的突变的细胞系，然后衍生出携带这种突变的人类神经元细胞。CRISPR是一种独特的基因编辑技术。在这项研究中，生成的人类神经元细胞，一半带有突变，一半没有突变，然后被植入小鼠的大脑中。在那里，研究人员利用电生理学测量并比较了特定神经元的电活动，电生理学是研究生物细胞电特性的生理学分支。电压变化或电流可以根据研究对象的尺寸，在不同的尺度上进行量化。"我们的发现表明，NLGN3R451C突变极大地影响了人类神经元的兴奋性突触传递，从而引发了可能与精神障碍有关的整体网络属性的变化，"庞说。"我们认为这对该领域来说是非常重要的信息"。他预计为进行这项实验而开发的许多技术将被用于未来对其他大脑疾病基础的科学调查，如精神分裂症。这项研究强调了使用人类神经元作为模型系统来研究精神疾病和开发新型治疗方法的潜力。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1339171.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1339171.htm