在脑科学时代盘点CNS上半年大脑相关研究

在各国相继推出脑科学研究计划时,中科院上海生命科学研究院神经科学研究所所长蒲慕明6月12日透露,“中国脑计划”已通过,并有望在今年启动。趁着大脑研究如火如荼之势,我们来回顾一下2016年上半年与大脑有关的研究成果。

大脑被称为人体中最复杂、最难解的器官。2013年4月2日,美国总统奥巴马宣布启动脑科学计划(BRAIN Initiative)。随即欧盟委员会宣布将“人脑工程”列入未来新兴技术旗舰(Future and Emerging Technology Flagship)计划。 日本、德国、英国、瑞士等国也都先后推出本国的脑科学研究计划。中科院外籍院士、中科院上海生命科学研究院神经科学研究所所长蒲慕明6月12日透露,“中国脑计划”已通过,并有望在今年启动。趁着大脑研究如火如荼之势,我们来回顾一下这半年顶尖期刊CNS都发表了哪些与大脑有关的研究。

1大脑功能

大脑如何实施其功能的,这是最深奥的部分。在这方面的研究中,这半年最轰动的莫过于科学家们绘制了大脑的语义地图。该研究可以将不同的词汇定位到理解它们的大脑区域!这篇文章因其重要性作为Nature封面被发表。Science上还发表了一篇文章:科学家们探索了大脑的哪些部分参与旅行时的导航,结果发现远比原先知道的海马和网格细胞要广泛和复杂。这两篇文章都是用功能性核磁共振成像来实现的。功能性核磁共振成像(fMRI)是目前应用于脑科学研究最为广泛的一种技术,是通过检测大脑内部的血氧水平依赖(BOLD)信号来找出活跃的脑区。

Nature封面故事:大脑语义地图成功绘制

为了更好地理解大脑如何是处理语言的,加州大学伯克利分校的研究人员运用功能性核磁共振成像(fMRI)来绘制聆听讲故事的人们的大脑地图。运用获得的突破,该小组可以准确地预测参与者听新故事时的神经反应。这些反应在不同的个体之间,竟然惊人地相似。另一个令人吃惊的发现是,所研究的个体的脑半球之间,在语言的理解方面的功能性对称。这篇研究文章在4月27日作为封面故事发表于Nature。读者甚至可以在线体验该图集的一个互动版。

Science:人脑中的“GPS”是怎样工作的

一个隶属于美国多个学术机构的研究团队对一个人构思旅行和实际旅行时大脑的工作方式有了更多的了解。发表在6月10日Science的文章中,研究小组运用志愿者、虚拟现实技术和功能磁共振成像仪来描述他们的研究。科学家此前已经知道,海马参与引导了我们去我们想去的地方(先前的研究,表明网格细胞被用在与海马体交互作用的内嗅区皮质创建一个虚拟地图)。然而结果表明,大脑有一个更复杂的部分和途径的网络参与了导航。

2基因转录

基因表达和转录组是我们熟知的内容,但这半年发表在CNS的两篇这方面的文章有着开创性的意义。Cell上发表了第一次在哺乳动物的大脑中做到对基因表达精确定量并定位检测的文章。作为方法学的革新,它使大脑所有的区域基因表达定位成为可能。Science发表的一篇文章完成了不同的单个脑神经元转录组的首次大规模评估。研究人员发现细胞之间存在大量的转录组多样性,这将促进对正常脑和疾病的认识。

Cell:哺乳动物大脑中的基因表达首次做到精确定量定位

由于小鼠大脑的大小和光学特性,目前还不能在比皮层更深的地方进行光学成像。Cell上5月26日在线发表的文章,第一次在哺乳动物的大脑中做到对基因表达精确定量并定位检测,这种方法能够在大脑所有的区域定位内源性的早期基因表达。

Science:第一个不同的脑神经元大规模转录组完成

Scripps研究所、加州大学圣地亚哥分校和Illumina的团队已经完成了不同的单个脑神经元转录组的首次大规模评估。这项研究于6月24日发表在Science杂志上。他们的研究显示了,人脑细胞用来从DNA到RNA转录遗传信息和产生蛋白的分子有惊人的多样性。研究人员通过从人的大脑中分离单个神经元细胞核进行分析来完成这一壮举。

3大脑与饮食

大脑和饮食是永恒的话题。“吃什么对脑子好?”反之当然还要注意吃什么对脑子不好,这是学生家长天天琢磨的,并希望得到科学指导的问题。饮食对大脑的影响,反过来是大脑对饮食的影响,其中的机制更是和“减肥”热门话题密切相关。两个不同方向的影响在这半年内在Cell上均有文章发表。

Cell:高脂肪膳食让大脑挨饿

德国科隆马克斯普朗克代谢研究所领导的一个研究团队报道了,给小鼠喂食三天高脂肪食物会导致到达它们大脑中的葡萄糖数量下降。四周之后,小鼠才恢复正常的葡萄糖摄取水平。相关研究结果于4月28日在线发表在Cell上。

Cell:大脑迷走神经如何控制饮食,传递“饱腹感”?

近期,哈佛医学院团队发现脑神经中负责感应“饱腹”、控制营养吸收的迷走神经的分子机制。在胃肠道部位分布有两种不同类型的感应神经元(GPR65和GLP1R),分别独立行使着营养吸收和食物摄取控制两大功能。这有望为减肥、2型糖尿病、胃肠道疾病治疗等药物研发提供重要靶点。

4植入式设备

大脑植入式设备听上去有点让人害怕,但实质上它已经应用在一些神经性疾病的病人中,并取得了比药物更安全的效果。为了进一步提高大脑植入设备的安全性和有效性,科学家做了不少努力。这半年中Nature上就发表了两篇关于大脑植入式设备的文章。一篇是关于新的、更便利的可溶式植入传感器;另一篇是一项治疗实例——让首例瘫痪者植入大脑微芯片“复活”其手臂。

Nature:新型植入式传感器,可在大脑内自行溶解!

当患者受到创伤性脑损伤后,医生需要监测其大脑内外压力防止进一步的脑损伤。但是监测设备过于庞大,需要连接患者、监视器。近期,伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校(UIUC)研究团队近期研发出一种新型的大脑植入芯片,代替了大体积的医疗设备。通过借助无线传感器,大大简化了医疗过程。亮点(1)可以记录、传输大脑温度、压力等生理指标;(2)可溶解。

Nature:植入式大脑微芯片让首例瘫痪者手臂“复活”

4月13日Nature发表了一个四肢瘫痪的人如今成为第一个移植康复技术的被实施者。微芯片从大脑发出信号给肌肉,允许他活动右手和手腕。该技术还提供了大脑如何对损伤反应的新见解

5小头症的原因

自2015年以来,拉丁美洲寨卡病毒暴发,大量新生儿出现小头症。今年2月1日,世界卫生组织将寨卡病毒对孕妇的风险列为值得全球关注的公共卫生危机。随后,各国科学家紧急行动起来应对该危机。在大众的惊慌中,科学家的研究及时解释了,寨卡病毒感染是如何造成小头症等大脑发育缺陷的。

Science揭示感染造成小头症等大脑发育缺陷的原因

由Zika病毒引起的小头症畸形最近成为惊人的头条新闻。越来越多的证据表明,母体免疫激活足以改变大脑的发展,这和自闭症谱系的障碍可能有因果关系。2月26日Science上报道,Choi等发现这个免疫途径的重要组成成分,在母亲免疫系统中有一类特殊细胞,称为T辅助17细胞(TH17),可以改变她子代胎儿的脑发育。

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