研究人员解码DNA 将神经退行性疾病追溯到史前牧民

研究人员解码DNA将神经退行性疾病追溯到史前牧民新研究发现，能显著增加多发性硬化症（MS）患病风险的基因是大约5000年前由从东方迁徙而来的牛羊牧民引入欧洲西北部的。图片来源：SayoStudio通过对古人类DNA进行测序并将其与现代样本进行比较，国际专家小组绘制出了基因和疾病随着人口迁徙而传播的历史图谱。《自然》杂志上发表的四篇开拓性研究论文揭示了这一"令人震惊"的结果，为人们从生物学角度认识衰弱性疾病提供了新的思路。由剑桥大学和哥本哈根大学的EskeWillerslev教授、哥本哈根大学的ThomasWerge教授和加州大学伯克利分校的RasmusNielsen教授领导的大型国际团队参与了这项非凡的研究，来自全球的175名研究人员为研究做出了贡献。科学家们有了以下发现：多发性硬化症等神经退行性疾病的惊人起源为什么今天的北欧人比南欧人高？5000年前的大迁徙是如何将风险基因引入欧洲西北部人口的？携带MS基因在当时是一种优势，因为它可以保护古代农民免受牛羊传染病的侵害已知会增加阿尔茨海默氏症和2型糖尿病等疾病风险的基因可追溯到狩猎采集者身上希望未来的分析能揭示更多有关自闭症、多动症、精神分裂症、躁郁症和抑郁症的遗传标记北欧是世界上多发性硬化症发病率最高的地区。一项新研究发现，能显著增加多发性硬化症（MS）患病风险的基因是大约5000年前由从东方迁徙而来的牛羊牧民引入欧洲西北部的。通过分析在欧亚大陆有记载的地点发现的古人类骨骼和牙齿的DNA，研究人员追溯了多发性硬化症从波罗的海草原（横跨现在的乌克兰、俄罗斯西南部和西哈萨克斯坦地区的部分地区）起源的地理分布。他们发现，与多发性硬化症患病风险相关的基因变异与亚姆纳亚人一起"旅行"--他们是穿过庞迪草原迁徙到欧洲西北部的畜牧者。这些基因变异为亚姆纳亚人提供了生存优势，很可能是通过保护他们免受牛羊的感染。但它们也增加了患多发性硬化症的风险。剑桥大学和哥本哈根大学联合教授、圣约翰学院研究员、古代DNA分析专家兼项目主任埃斯克-威勒斯列夫（EskeWillerslev）教授说："对于亚姆纳亚人来说，携带多发性硬化症风险基因肯定是一个明显的优势，即使他们来到欧洲之后也是如此，尽管这些基因不可否认地增加了他们患多发性硬化症的风险。这些结果改变了我们对多发性硬化症病因的看法，并对治疗方法产生了影响。"标本的年代从中石器时代和新石器时代到青铜时代、铁器时代和维京时期，直至中世纪。数据集中最古老的基因组来自大约3.4万年前的一个人。这些发现为"南北梯度"提供了一种解释，即现代多发性硬化症的病例中，北欧是南欧的两倍。从遗传学的角度来看，亚姆纳亚人被认为是今天西北欧大部分地区居民的祖先。他们对今天南欧人口的遗传影响要弱得多。先前的研究已经确定了233个可增加多发性硬化症患病风险的基因变异。这些变异也受环境和生活方式因素的影响，会使患病风险增加约30%。新研究发现，这种现代多发性硬化症遗传风险特征也存在于数千年前的骨骼和牙齿中。"这些结果让我们所有人都感到震惊。它们为我们了解多发性硬化症和其他自身免疫性疾病的进化提供了一个巨大的飞跃。"剑桥大学动物学系博士后、论文合著者威廉-巴里（WilliamBarrie）博士说："显示我们祖先的生活方式是如何影响现代疾病风险的，恰恰凸显了我们是现代世界中古老免疫系统的接受者。"多发性硬化症是一种神经退行性疾病，人体的免疫系统会错误地攻击大脑和脊髓神经纤维周围的"绝缘体"。这会导致症状复发和长期退化，即所谓的"进展"。多发性硬化症研究报告的共同作者、牛津大学约翰-拉德克利夫医院顾问医生拉尔斯-福格教授说："这意味着我们现在可以了解并寻求治疗多发性硬化症的真正原因：这是早在史前发生的基因适应某些环境条件的结果。"另一位合著者、牛津大学的AstridIversen教授说："在卫生、饮食和医疗选择方面，我们现在的生活与祖先截然不同，再加上我们的进化史，这意味着我们可能比祖先更容易患上某些疾病，包括多发性硬化症等自身免疫性疾病。"研究人员利用灵北基金会提供的资金，在过去五年中建立了一个独特的古代DNA基因库，并对该基因库中的数据进行了分析。这是世界上第一个同类基因库，它已经在远古人类迁徙、脑部疾病发病基因决定的风险特征等领域提供了令人着迷的新见解。研究人员通过分析欧洲和西亚博物馆收藏的近5000名古人类的骨骼和牙齿，生成了从中石器时代、新石器时代到青铜时代、铁器时代、维京时期再到中世纪的DNA图谱。他们将古人类DNA数据与英国生物库（UKBiobank）中40万英国居民的现代DNA数据进行了比较。威勒斯列夫说："建立欧亚大陆过去人类居民的古代DNA基因库是一项浩大的工程，需要与整个地区的博物馆合作。我们已经证明，我们的基因库是一个精确的工具，结合对当今人类DNA数据的分析和其他几个研究领域的投入，可以让我们对人类疾病有新的认识。这本身就很了不起，毫无疑问，它在多发性硬化症研究之外还有很多应用。"研究小组现在计划研究其他神经系统疾病，包括帕金森病和阿尔茨海默病，以及精神疾病，包括多动症和精神分裂症。他们收到了来自世界各地疾病研究人员的请求，希望获得这些古老的DNA资料，并最终打算开放基因库。这项研究得到了灵北基金会800万欧元的资助，并在哥本哈根大学灵北基金会地质学中心进行。灵北基金会研究总监扬-埃格比约格（JanEgebjerg）说："灵北基金会早在2018年就向该项目提供了如此巨额的研究基金，其理由是，如果一切顺利，这将是深入了解脑部疾病遗传结构如何随时间演变的开创性手段。而脑部疾病正是我们特别关注的领域。"编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1428627.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1428627.htm

这种廉价、坚固的纸袋可以重复使用 用旧后还可转变成生物燃料

这种廉价、坚固的纸袋可以重复使用用旧后还可转变成生物燃料纸袋的部分问题是其相对较短的生命周期，它们与湿气不相容，而且在作为脆弱的容器短暂使用后缺乏实际用途。宾夕法尼亚州立大学的研究人员决定应对这些挑战，并已创造出一种有可能使消费者和环境受益的产品。通过一些廉价的加热和化学操作，科学家们创造了一种纸质产品，其强度足以多次重复使用，耐水暴露，并最终可以在最后作为生物燃料的良好来源使用。首席研究员JayaTripathi说："重复使用主要受制于袋子的强度，而典型的纸袋不太可能被重复使用所需的次数，因为它在湿润后的耐用性很低，"他以前在宾夕法尼亚州立大学，现在在加州联合生物能源研究所任职。"使用昂贵的化学工艺来提高湿强度，削弱了纸在商业应用中的生态友好和成本效益的特点，因此有必要探索非化学技术来提高纸袋的湿强度。Tripathi所倡导的技术是热处理，即在缺氧的空间中缓慢加热纸张的纤维素，以增加其湿时的抗拉强度。经过40分钟的高温分解，纸张的湿抗拉强度在392°F（200°C）时达到了1,533%的峰值，并随着温度的升高而稳步下降。她说："我正在研究其他的东西，即研究高温分解如何影响纤维素作为生物燃料基质的葡萄糖产量。但我注意到，随着我们对纤维素进行蒸煮，纸张的强度也在增加。这让我觉得它可能适合于包装，这是一个完全不同的应用。"这种更强的产品可以看到一个纸袋在使用后忍受着湿的和干的，然而，扭结降低了它作为生物燃料产品的效用，大大降低了产品的葡萄糖产量。为了解决这个问题，研究人员用碱性的氢氧化钠溶液处理纸张。纸张从690mg/g的生物质基质（在392°F的火化温度下）变成了933mg/g的10%碱性处理。Tripathi说："通过改用更结实、可重复使用的纸质购物袋，我们可以消除大部分的废物。像我们在这项研究中展示的技术--如果它能够得到完善--包括将破旧的袋子作为生物燃料生产的基质，其影响将是巨大的。"虽然这项实验室研究显示了这种耐用纸模型的前景，但它显然离实际应用还有一段距离。然而，延长纸的生命周期，使其更加耐用，并在废弃后为其找到用途，可以在很大程度上抵消其生产的环境成本，使其成为塑料的可行替代品。"当这些纸制品的主要用途结束时，将其用于次要用途使其更具有可持续性，"研究人员、宾夕法尼亚州立大学农业和生物工程副研究教授DanielCiolkosz说。"这是我们认为社会应该考虑的一个概念"。这项研究发表在《资源、保护和回收》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1355883.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1355883.htm

研究人员发现神经元能在我们说话前预测我们要说什么

研究人员发现神经元能在我们说话前预测我们要说什么麻省总医院（MGH）的研究人员最近进行了一项研究，利用先进的大脑记录方法揭示了人脑中神经元的协作功能，从而使人们能够将自己的想法形成文字，并随后用语言表达出来。这些发现共同提供了一幅详细的地图，显示辅音和元音等语音如何在说话之前就在大脑中呈现，以及在语言生成过程中它们是如何串联在一起的。这项发表在《自然》（Nature）杂志上的研究揭示了大脑神经元对语言生成的影响，这将有助于改善对言语和语言障碍的理解和治疗。资深作者、麻省总医院和哈佛医学院神经外科副教授、医学博士齐夫-威廉姆斯（ZivWilliams）说："虽然说话通常看起来很容易，但我们的大脑在自然说话的过程中会执行许多复杂的认知步骤--包括想出我们想说的话、计划发音动作以及发出我们想要的声音。我们的大脑以惊人的速度完成了这些壮举--在自然语音中大约每秒三个单词，而且错误极少。然而，我们是如何精确地完成这一壮举的一直是个谜"。神经元记录技术的突破威廉姆斯和他的同事利用一种名为"神经像素"（Neuropixels）探针的尖端技术，记录了人脑前额叶皮层单个神经元的活动。他们还发现，大脑中存在着专门负责说话和听力的独立神经元群。在人体中使用Neuropixels探头是MGH的首创。威廉姆斯说："这些探针非常了不起--它们比人类头发丝的宽度还小，却拥有数百个通道，能够同时记录数十甚至数百个单个神经元的活动，因此，使用这些探针可以提供前所未有的新见解，让我们了解人类神经元是如何集体行动的，以及它们是如何共同产生语言等复杂的人类行为的。"威廉姆斯曾与麻省总医院和哈佛医学院神经学教授、医学博士悉尼-卡什（SydneyCash）合作开发这些记录技术，后者也是这项研究的负责人。解码语音要素这项研究显示了大脑中的神经元是如何代表构建口语词汇所涉及的一些最基本要素的--从简单的语音（称为音素）到将其组合成更复杂的字符串（如音节）。例如，"狗"（dog）一词需要辅音"da"，它是通过舌头接触牙齿后面的硬腭产生的。通过记录单个神经元，研究人员发现，某些神经元会在这个音素被大声说出之前变得活跃。其他神经元则反映了构词过程中更复杂的方面，如将音素具体组合成音节。研究人员利用他们的技术表明，可以在个人发音之前可靠地确定他们会说的语音。换句话说，科学家可以在实际说话之前预测辅音和元音的组合。利用这种能力，可以制造出能够产生合成语音的人工假肢或脑机接口，这将使一系列病人受益。这项研究的共同作者阿尔琼-卡纳（ArjunKhanna）说："在多种神经系统疾病中都能观察到语音和语言网络的中断，包括中风、脑外伤、肿瘤、神经退行性疾病、神经发育障碍等等。我们希望更好地了解实现语音和语言的基本神经回路将为开发这些疾病的治疗方法铺平道路。"研究人员希望通过研究更复杂的语言过程来扩展他们的工作，从而研究人们如何选择他们想说的话，以及大脑如何将词语组合成句子，向他人传达个人的思想和情感等相关问题。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1418453.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1418453.htm

日本正在研究可重复使用火箭，但2030年之前不会飞行

日本正在研究可重复使用火箭，但2030年之前不会飞行日本于3月份首次推出了新型旗舰H3火箭，结束了长达10年、耗资近15亿美元的开发工作，以取代已经服役20多年的运载火箭。H3的上级在升空几分钟后未能点火，导致火箭及其地球观测有效载荷坠入太平洋。日本政府官员已经在策划H3火箭的替代品，其目标是将H-2A运载火箭的每次发射成本削减一半，H-2A运载火箭是日本太空计划的主力。但与几乎所有传统火箭一样，H3是基于一次性、消耗性设计。H3设计旨在通过现代化制造技术以及与日本较小的Epsilon火箭系列的硬件通用性来实现这些成本节约。日本内阁府六月发布的太空政策文件概述了该国下一代火箭所需的几项关键技术。其中包括火箭再利用技术、创新材料、甲烷燃料推进装置和现代化生产能力。日本政策制定者表示，取代H3的新型火箭将于2030年代开始飞行。Source:投稿：@ZaiHuaBot频道：@TestFlightCN

研究人员在感知气味的神经元内发现了一种以前未知的细胞成分

研究人员在感知气味的神经元内发现了一种以前未知的细胞成分在电子显微镜放大镜下，带有转导蛋白的囊泡的释放分子生物学系教授斯塔凡-博姆（StaffanBohm）说："找到治疗嗅觉受损的方法的前提是首先了解嗅觉如何工作。"研究人员所发现的是神经细胞内的一个所谓的细胞器，这在以前是没有被观察到的。新发现的细胞器被研究人员命名为"多泡转导体"，这一发现要归功于于默奥大学独特的显微镜基础设施。DevendraKumarMaurya研究人员DevendraKumarMaurya使用了一种被称为相关显微镜的新技术，该技术结合了电子显微镜和共焦显微镜，这样就可以对细胞的内部结构和不同蛋白质的位置进行成像。细胞器是细胞内独特的"工作站"，可与人体的不同器官相比较，即不同的细胞器在细胞内有不同的功能。大多数细胞器在不同的细胞类型中是通用的，但也有一些细胞器具有特定的功能，只出现在某些细胞类型中。嗅觉神经细胞有长长的突起，即纤毛，突入鼻腔，含有结合气味物质的蛋白质，从而启动神经脉冲到大脑。将气味转化为神经脉冲的过程被称为转导，新发现的细胞器只包含转导蛋白。斯塔凡-博姆，于默奥大学分子生物学系教授转导体的作用是既储存又保持转导蛋白相互分离，直到它们被需要。当嗅觉受到刺激时，该细胞器的外膜破裂，释放出转导蛋白，以便它们能够到达神经元的纤毛，从而感知到气味。研究人员还发现，转导体携带一种叫做视网膜色素变性2号的蛋白质，即RP2，它在其他方面被称为调节眼睛感光细胞的转导。如果RP2基因发生突变，就会导致眼睛疾病视网膜色素变性的一个变种，损害眼睛的光敏细胞。"需要进一步研究的一个问题是，转导体是否在视觉中发挥作用，以及它是否存在于由神经递质而非光和气味激活的大脑神经元中。如果是这样，这一发现可能会被证明更加重要，"斯塔凡-博姆说。当研究人员DevendraKumarMaurya使用一种叫做相关显微镜的新技术时，发现了转导体。该技术结合了电子显微镜和共焦显微镜，因此可以同时对细胞的内部结构和不同蛋白质的位置进行成像。对这一发现至关重要的是Devendra的方法开发，它使该技术能够被用于分析组织切片中的完整神经元。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1343173.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1343173.htm

MIT研究人员发现深层神经网络并不会像人类一样看待世界

MIT研究人员发现深层神经网络并不会像人类一样看待世界该研究的资深作者麦克德莫特说：“这篇论文表明，你可以使用这些模型来导出非自然信号，这些信号最终可以对模型中的表征进行诊断。这项测试将成为我们这个领域用来评估模型的一系列测试的一部分。”JenelleFeather博士22岁，现任Flatiron研究所计算神经科学研究中心研究员，是这篇开放获取论文的主要作者，该论文今天发表在《自然神经科学》杂志上。麻省理工学院研究生GuillaumeLeclerc和麻省理工学院Cadence设计系统计算教授AleksanderMądry也是该论文的作者。近年来，研究人员训练了深度神经网络，可以分析数百万个输入（声音或图像）并学习共同特征，使他们能够像人类一样准确地对目标单词或物体进行分类。这些模型目前被认为是生物感觉系统的领先模型。人们相信，当人类感觉系统执行这种分类时，它会学会忽略与物体核心身份无关的特征，例如照射在物体上的光线数量或从什么角度观看物体。这被称为不变性，意味着即使对象在那些不太重要的特征上表现出差异，也会被认为是相同的。“传统上，我们对感觉系统的思考方式是，它们为同一事物的不同示例可能具有的所有变异来源建立了不变性，”Feather说。“有机体必须认识到它们是同一件事，即使它们表现为非常不同的感官信号。”研究人员想知道，经过训练来执行分类任务的深度神经网络是否可能会产生类似的不变性。为了尝试回答这个问题，他们使用这些模型来生成刺激，这些刺激在模型内产生与研究人员给予模型的示例刺激相同的反应。当这些神经网络被要求生成图像或单词并将其与特定输入（例如熊的图片）归为同一类别时，它们生成的大部分内容对于人类观察者来说是无法识别的。右侧是模型分类为“熊”的示例。图片来源：麻省理工学院研究人员他们将这些刺激称为“模型同色异体”，复兴了经典感知研究中的一个想法，即系统无法区分的刺激可以用来诊断其不变性。同色异谱的概念最初是在人类感知研究中发展起来的，用于描述看起来相同的颜色，即使它们是由不同波长的光组成的。令他们惊讶的是，研究人员发现，以这种方式产生的大多数图像和声音看起来和听起来都与模型最初给出的例子完全不同。大多数图像都是一堆看起来随机的像素，声音类似于难以理解的噪音。当研究人员向人类观察者展示图像时，在大多数情况下，人类不会将模型合成的图像分类为与原始目标示例相同的类别。“人类根本无法识别它们。它们看起来或听起来都不自然，而且不具有人们可以用来对物体或单词进行分类的可解释特征，”Feather说。研究结果表明，这些模型以某种方式发展出了自己的不变性，与人类感知系统中发现的不变性不同。这导致模型将成对的刺激视为相同，尽管它们与人类截然不同。研究人员在许多不同的视觉和听觉模型中发现了相同的效果。然而，这些模型中的每一个似乎都发展出了自己独特的不变性。当一个模型的同色异谱显示给另一个模型时，第二个模型和人类观察者一样无法识别同色异谱。“从中得出的关键推论是，这些模型似乎具有我们所说的特殊不变性，他们已经学会了对刺激空间中的这些特定维度保持不变，并且它是特定于模型的，因此其他模型不具有相同的不变性。”研究人员还发现，他们可以通过使用一种称为对抗性训练的方法，使模型的同色异聚体更容易被人类识别。这种方法最初是为了克服对象识别模型的另一个限制而开发的，即对图像引入微小的、几乎难以察觉的变化可能会导致模型误识别它。研究人员发现，对抗性训练涉及在训练数据中包含一些稍微改变的图像，产生的模型的同色异体更容易被人类识别，尽管它们仍然不如原始刺激那么容易识别。研究人员表示，这种改进似乎与训练对模型抵抗对抗性攻击的能力的影响无关。“这种特殊形式的训练有很大的效果，但我们真的不知道为什么会产生这种效果，”Feather说。“这是未来研究的一个领域。”研究人员表示，分析计算模型产生的同色异体可能是一个有用的工具，可以帮助评估计算模型对人类感官知觉系统底层组织的模仿程度。“这是一个行为测试，你可以在给定的模型上运行，看看模型和人类观察者之间是否共享不变性，它还可以用来评估给定模型中不变性的特殊性，这可以帮助发现未来改进我们模型的潜在方法。”...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1393463.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1393463.htm