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我成功解碼手部運動“神經地圖”

记者23日从中国科学院自动化研究所获悉,该所科研人员主导的研究团队成功解码手部运动的「神经地图」。他们透过观察猕猴抓东西时的脑部活动,首次发现猕猴大脑运动皮质中存在类似定位系统的神经编码机制,能在抓取过程中即时追踪手部

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在三维空间中的位置,就像手机导航显示移动轨迹一样。相关研究成果发表于《自然·通讯》杂志。

人类以及猕猴等灵长类动物的手臂都能灵活完成各种抓取动作,但大脑究竟怎么操控这些动作始终是个谜。 「科学家早就发现,我们大脑里有种叫『位置细胞』的定位器,能帮动物认路。」论文通讯作者、中国科学院自动化所研究员余山说,手部动作是否也有类似的“实时定位系统”,这个问题困扰了科学界很多年。

在这项研究中,研究团队透过在4只猕猴的大脑前运动皮质中植入微电极阵列,记录了它们在自然抓取物品时的神经活动,并透过多个摄影机记录猕猴手部的运动轨迹,最终破解猕猴大脑指挥手部动作的「密码」。

研究发现,当猕猴伸

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手抓东西时,其大脑前运动皮质约1/5的神经元活动会在手伸到特定位置时显著增强。这些神经元能够即时、有效率地「反映」运动中手的位置,仅50个最活跃的神经元就能精准还原手部移动路线,准确度高达80%。新型神经定位系统的工作方式与海马体中用于导航的位置细胞,有异曲同工之妙。

余山表示,这项发现为理解大脑如何控制运动提供了全新的视角,并为脑机介面设计和机器人运动控制带来重要启发。透过解码这些位置神经元的活动,未来可能实现更精准高效的神经义肢控制,同时,可以基于大脑的运动导航原理,设计更灵巧的机械手臂控制演算法。

カテゴリー: 1文娱频道 | 投稿者booty2 16:07 | コメントをどうぞ

視網膜揭示心理健康遺傳風險

瑞士苏黎世大学等领导的一项新研究表明,精神分裂症与中枢神经系统的结构和功能变化有关,包括其最远端的部分——视网膜。该研究有助于未来对精神分裂症进行更好的早期检测和治疗。相关成果发表在新一期《自然·精神卫生》杂志。

视网膜是中枢神经系统的一部分,被认为是大脑的「窗口」

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。因此,大脑的变化也可透过眼睛检测。先前的研究表明,精神分裂症患者不仅受到大脑灰质缺陷的影响,视网膜组织也会出现轻微萎缩(变薄)。然而,视网膜萎缩究竟是在患上精神分裂症之前就已存在,还是继发性后果,一直没有得到解答。

团队此次透过研究精神分裂症多基因风险评分与未确诊精神分裂症个体视网膜形态之间的关联来回答这个问题。研究表明,在控制混杂因素的情况下,较高的精神分裂症多基因风险评分与视网膜整体黄斑变薄有关。

为了调查患有精神分裂症的风险是否已经影响中枢神经系统,团队对数万名健康人进行了检查,然后使用基因评分计算他们患精神分裂症的风险。他们使用了来自英国生物样本库的34939名英国和爱尔兰白人的人口数据。

这项发现的好处在于,与大脑中的变化不同,这种视网膜变化可透过简单、非侵入且廉价的眼部测量来检测。医生使用一种眼部超音波-光学相干断层扫描,可在几分钟内测量视网膜的厚度。

研究的另一个重要发现涉及与大

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脑发炎过程相关的基因变异。神经发炎基因特异的精神分裂症多基因风险评分越高,神经节细胞内丛状层越薄。因此,该研究支持精神分裂症发炎假说,即发炎过程促进了疾病的进展。如果这个假设是正确的,那么发炎可以透过药物来中断,因此这种疾病未来可能会得到更好的治疗。

カテゴリー: 1文娱频道 | 投稿者booty2 16:04 | コメントをどうぞ

免疫彈性是影響健康的關鍵

美国德州大学圣安东尼奥分校团队在新一期《老化细胞》期刊发表的一项研究指出,免疫弹性是促成健康生成(即主动增进健康和福祉的过程)的关键驱动因素。

团队分析了17,500名处于不同人生阶段的个别数据,发现涉及TCF7基因的免疫弹性在促进健康老化和长寿的重要性。该基因对维持免疫细胞的再生潜力至关重要。

研究表明,免疫弹性可对抗老化和死亡的三大主要因素:慢性发炎、免疫系统衰退(免疫老化)和细胞死亡。这种保护机制可减缓生物老化过程,并赋予生存优势。例如,在40岁时,免疫弹性较差的人面临的死亡风险要高出9.7倍,这一风险与免

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疫弹性最佳的55.5岁人群相当,从而导致生存差距达到15.5年。

保持最佳免疫弹性能让人在任何年龄都保持年轻时的免疫力,增强疫苗免疫应答,并显著减轻心血管疾病、阿兹海默症和严重感染的负担。

中年(40至70岁)是长寿的关键窗口期,在此期间,免疫弹性可使死亡率降低69%。然而,70岁以后,恢复力强的人群与恢复力差的人群的死亡率趋于一致,这表明寿命延长存在生物学极限。这些发现强调了尽早进行中年介入以增强免疫弹性,从而最大限度地延长健康寿命的重要性

カテゴリー: 1文娱频道 | 投稿者booty2 08:29 | コメントをどうぞ

柔性腦幹植入物能提供高解析度聽力

北京4月26日电(记者张梦然)瑞士洛桑联邦理工学院软生物电子界面实验室团队开发了一种新型的柔性薄膜听觉脑干植入物(ABI),这项创新成果发表在最新一期《自然·生物医学工程》杂志上。该设备采用嵌入矽胶中的微米级铂电极,形成厚度仅为几十分之一毫米的柔韧阵列,旨在实现更佳的组织接触,从而避免脱靶神经活化并减少副作用。

对于那些耳蜗神经严重受损、无法使用标准人工耳蜗的人来说,ABI是一个有潜力的替代方案。然而,现有的ABI是刚性的,导致与人体组织接触不良,因此医生常常需要关闭大部分电极以防止头晕或面部抽搐等副作用,这使得大多数ABI用户仅能感知模糊的声音,语音清晰度很低。

这次在猕猴身上进行的试验,显示了将这项技术转化为临床应用,并提供更丰富和精确听力的可能性。团队没有局限于手术测试,而是对听力正常的猕猴进行了广泛的行为实验,以此来评估动物区分电刺激模式的能力。

研究中,猕猴被训练执行一项听觉辨别任务:学习按下和释放杠杆,以表示连续音调是否相同或不同。随后,团队逐渐引入来自柔性ABI的刺激,将其与正常音调混合,以弥合听觉与假听之间的差距,最终是要观察猕猴在仅受柔性ABI刺激时,能否检测到从一个

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电极对到另一个电极对的细微变化。结果表明,猕猴处理这些脉冲的方式几乎与处理真实声音的方式相同。

新研发的超薄矽胶设计能够很好地贴合周围组织。此外,柔性阵列的灵活微纳加工特性意味着它可以针对不同的解剖结构进行调整。目前版本包含11个电极,未来的迭代产品会显著增加电极数量。这项成果预示着未来可能出现更安全有效的治疗选择。

カテゴリー: 1文娱频道 | 投稿者booty2 08:26 | コメントをどうぞ

靈長類原始態多能幹細胞培育成功

在最新一期《细胞干细胞》上发表一项开创性研究表示:日本东京科学大学团队在黑猩猩体细胞中建立了原始态诱导多能干细胞(iPSC)培养体系。这不仅揭示了维持这些细胞自我更新能力的关键机制,也首次利用这些细胞培育出黑猩猩的胚芽细胞模型,即早期胚胎发育的模拟结构。这项成果标志着对灵长类动物早期胚胎发育研究迈出了关键一步。

理解细胞在胚胎早期如何分化,是促进再生医学和发育生物学发展的核心议题。多能干细胞(PSC)因具有转化为体内各种细胞类型的潜力,所以在这一领域具有重要价值。然而,由于伦理和技术的双重限制,人类及其它灵长类动物的相

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关研究长期面临困境,进展缓慢。

相较于传统PSC,原始态PSC处于更早的发育阶段,具备更强的分化潜能。虽然人类原始态PSC可以同时形成胚胎组织以及胚外组织(如胎盘和卵黄囊),但小鼠中的同类细胞却不具备这种能力。这引发了科学界的一个重要思考:这种扩展的分化能力究竟是人类独有的,还是在其它灵长类动物中也普遍存在?

这项研究的核心发现之一是抑制多梳抑制复合物2(PRC2)-一种调控基因活性和细胞分化的关键蛋白复合体,对维持黑猩猩原始态iPSC的生长至关重要。经分析发现,即使重编程过程初步成功,若缺乏对PRC2的抑制,这些细胞也无法持续增殖。

团队进一步发现,黑猩猩原始态iPSC在基因表现模式和分化潜能方面与人类细胞高度相似。它们不仅能分化为胚胎组织,还能生成滋养外胚层和下胚层等两种至关重要的胚外组织,而这正是胚胎成功着床和后续发育的基础。基于此,团队成功建构了一个包含胚胎早期发育所需全部三种细胞类型的三系胚芽模型。

此外,团队在培养系统上也取得突破,建立了首个无饲养层的黑猩猩原始态iPSC培养体系。透过使用PRC2抑制剂,他们成功实现了黑猩猩iPSC的长期稳定扩增,摆脱了对外源饲养细胞的依赖。

【总编辑圈点】

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黑猩猩胚芽模型的建立,为科学家提供了一个强大的平台,用于深入探讨哺乳动物早期胚胎发育的分子机制。而随着研究不断深入,此模型将协助生殖生物学、疾病建模、药物筛选及个人化再生医学的发展。可以说,这项成果不仅拓展了我们对生命最初阶段的认知边界,也为未来灵长类干细胞研究开辟了全新的路径。

カテゴリー: 1文娱频道 | 投稿者booty2 08:18 | コメントをどうぞ

深腦影像技術解碼腦幹關鍵結構

北京5月6日电(记者张梦然)日本自然科学研究机构科学家开发出一种创新的深脑成像技术,用于研究大脑中一个关键的脑干结构-孤立管核(NTS)。此成果开启了「脑—身—心」互动研究新窗口,不仅为研究脑—体之间的复杂连结提供了有力工具,也为基础神经科学研究向临床转化搭建了桥梁。相关论文发表于最新一期《细胞报告方法》。

  NTS是透过迷走神经来介导大脑与身体

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器官之间交流的重要枢纽,这个过程对于情绪调节和整体心理健康至关重要。然而,先前传统的成像方法无法在活体动物中对其进行全面观察。而NTS之所以难以研究,是因为它位于小脑下方的深层区域。旧方法为了接近NTS,不得不移除小脑,但小脑也是运动协调的重要中枢,同时被认为参与情绪调节。因此,科学界需要一种既能保留小脑功能、又能观察NTS的新方法。

  此次,团队介绍了一种新的即时NTS影像技术,称为「D-PSCAN」(基于双稜鏡的小脑下脑干结构与神经回路成像)。此技术能够在不干扰小脑功能的前提下,对活体实验对象的NTS神经活动进行高解析度、微创的可视化记录。

  该技术的核心在于,在小脑与脑干之间精确植入由两个微型棱镜组成的装置,从而实现对NTS的广泛而清晰的视野覆盖。团队测试了NTS对迷走神经电刺激的反应。迷走神经负责将来自内脏器官的讯号传递至NTS。他们发现,特定强度的迷走神经电刺激能够活化NTS中的神经元,而不同的刺激参数会导致不同的神经反应模式,包括兴奋性增强或抑制效应。目前,迷走神经电刺激已被用于治疗抗药性癫痫,其在忧郁症等精神和神经系统疾病的应用也在探索中,此次有望优化相关治疗参数。

  团队也研究了NTS在更自然条件下的功能表现:当小鼠摄取食物后,肠道释放的荷尔蒙能够引发NTS的神经活动,这表明NTS在感知和整合来自身体内部讯号方面发挥重要作用。

  深入理解此机制有助于开发针对精神和神经疾病的新型疗法,促进人类心理健康与整体福祉。

  【总编辑圈点】

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  NTS位于延髓背侧,是迷走神经感觉传入的第一级中枢。研究人员很难在活体动物中对其运作机制进行精细探测,因为其位置隐蔽,甚至需要「移开」小脑才方便观察。此次,科研人员采用了一种新的即时NTS成像技术,在小脑与脑干之间精确植入由两个微型棱镜组成的装置,以巧妙的设计获得对NTS清晰的观测视野。研究表明,NTS可以感知和整合来自身体内部讯号。对NTS的深入研究,或有助于脑部、心理疾病的治疗。

カテゴリー: 1文娱频道 | 投稿者booty2 08:17 | コメントをどうぞ

帶狀皰疹疫苗可同時保護心臟健康

韩国科学家进行的一项涵盖百万人的研究发现,带状疱疹疫苗不仅能预防疱疹,还能为心脏健康保驾护航。接种此疫苗可使心血管疾病整体风险降低23%,且保护效果可持续8年之久。相关论文发表于5日出版的《欧洲心脏杂志》。

  韩国庆熙大学医学院团队对127万余名50岁及以上韩国居民进行了长期追踪。自2012年起,他们系统收集了接种者的疫苗资讯、心血管健康数据及年龄、性别、经济状况等影响因素。

  数据分析显示,接种疫苗的人心血管疾病的风险总体降低了23%,其中重大心血管疾病(中风、心脏病发作或心脏病死亡)的风险降低了26%,心脏衰竭的风险降低26%,冠心病的风险降低22%。特别值得注意的是,接种后2—3年保护效果达到峰值,并可持续长达8年。研究也发现,男性、60岁以下族群及具有吸烟、饮酒等不良生活习惯者获益更明显。

  带状疱疹病毒会引发血管损伤、发炎和血栓,这些都是心脏病的原因。疫苗透过预防感染,间接切断了这条致病链。根据统计,未接种族群中有约30%会在一生中罹患带状疱疹。

  团队表示,作为迄今规模最大

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、历时12年的综合性研究,该计画首次系统性地揭示了带状疱疹疫苗与18类心血管疾病之间的关联。但这项研究也存在两点限制:一是研究基于亚洲人群;二是后续还需探讨重组疫苗是否具有同等心脏保护效益。

カテゴリー: 1文娱频道 | 投稿者booty2 08:13 | コメントをどうぞ

超音波3D生物列印實現體內“深層製造”

【总编辑圈点】

美国加州理工学院研究团队近日在医学3D列印领域取得突破性进展。他们开发出一种可在体内直接制造医疗植入物和客制化治疗组织的新技术,无需进行传统侵入性手术。该技术为未来精准医疗开辟了新方向。成果发表于最新一期《科学》杂志。

这项新技术被称为“成像引导深层组织体内超音波列印”(DISP),它结合了聚焦超音波与特制的“超音波墨水”,能够在身体深处精准制造生物材料。研究人员表示,这项技术可望彻底改变个人化医疗的方式,为疾病治疗提供更安全、更精准的解决方案。

目前,3D生物列印技术已在医学界展现出

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巨大潜力。但列印个人化植入物时,大多数现有方法仍需透过手术将列印材料植入体内,有创伤大、风险高等问题。

相较之下,DISP技术采用了一种全新的想法:利用聚焦超音波来触发生物墨水的凝胶化反应,从而在目标部位实现原位列印。这种「超音波墨水」由生物聚合物、成像造影剂以及温敏脂质体组成,可以透过注射或导管输送到体内深层组织。

在DISP系统中,一个自动定位的超音波换能器按照预设的数位模型工作,在指定位置产生局部微热(略高于体温),促使脂质体释放交联剂,进而引发墨水迅速凝胶固化。整个过程不仅精准可控,还能借助成像技术即时监控。

此外,该技术所使用的生物墨水俱有高度可调性。人们可根据需求设计其性能,如增强导电性、实现药物缓释、促进组织黏附,甚至具备即时成像功能,为多种疾病的治疗提供灵活方案。

在实验中,团队成功

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地在小鼠的膀胱肿瘤附近和兔子的深层肌肉组织中,列印出了有载药的功​​能性生物材料,验证了DISP在药物输送、组织修复和生物电子装置构建中的应用潜力。安全评估显示,该技术未引发明显发炎或组织损伤,且凝胶墨水不会在一周内被身体自然清除,有良好的生物相容性。

团队表示,随着技术不断完善,这项创新有望在未来广泛应用于临床,真正实现「体内列印、非侵入性治疗」的愿景。

生物医学领域是3D列印技术的重要用武之地:先在体外列印出与患者身体精准匹配的骨骼、心脏支架等,然后植入患者体内,为实现个人化医疗提供了可能。不过,这种方式依然无法免除患者做手术的痛苦。相比之下,直接在体内实现生物材料精准列印,很好地补上了这块短板。未来,结合人工智慧即时路径规划等技术,医学界可望彻底改变3D列印生物材料体外建构、手术植入的传统模式,推动个人化医疗的发展再上一层楼。

カテゴリー: 1文娱频道 | 投稿者booty2 08:12 | コメントをどうぞ

醫院常見微生物分解醫用塑料

英国《自然》网站5月8日刊发的一项研究称,一种医院常见的致病菌-铜绿假单胞菌能产生分解医用塑胶的特殊酵素。这项发现为解释该病原体在医院环境中顽强的生存能力提供了新线索,同时也为医疗器材安全敲响了警钟。

英国布鲁内尔大学研究团队在病患伤口分离株中发现,绿脓杆菌分泌的Pap1酵素可有效降解聚己内酯(PCL)。这种塑胶具有生物可降解性,因此广泛应用于缝合线、植入物、支架或伤口敷料等医疗装置。

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科学家过去只在环境细菌中发现类似能力,如今在致病菌中也确认了这一特性,或许揭示了医院病原体持续存在的「秘密武器」。

透过基因工程实验,团队将编码此酵素的基因植入大肠杆菌后,观察到PCL液滴的分解现象。而敲除该基因的突变菌株则完全丧失降解塑胶的能力。更令人担忧的是,当接触塑胶时,该菌株的生物膜形成量显著增加,而这种保护性基质正是导致抗生素抗药性增强的「元凶」之一。

雪梨科技大学病原体专家史蒂芬乔尔杰维奇评论称,作为ESKAPE抗药性菌群(包括金黄色葡萄球菌、抗药性肠球菌等六大「超级细菌」)成员,铜绿假单胞菌的这种新能力,暗示其他抗药性病原体可能同样具备降解塑胶的潜能。

这项发现不仅为医院感染防治提供了新思路,也对未来医疗器材研发提出了更高要求。

カテゴリー: 1文娱频道 | 投稿者booty2 08:11 | コメントをどうぞ

編製「細胞家譜」 解碼生命奧秘

 【现象】前不久,人类细胞谱系大科学研究设施在广东广州启动建设。这项设施是国家「十四五」重大科技基础设施,由中国科学院广州生物医药与健康研究院牵头,规划建设周期4.5年。建成后,装置将绘制涵盖发育、疾病、老化三大维度的动态细胞图谱,建构数位细胞人工智慧大模型,为我国再添一个探索生命奥秘的国之重器。

  【点评】

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  解码“人类细胞谱系”,得先从了解细胞开始。细胞是生命的基本单元,人体由约40兆个细胞组成。生命从一个受精卵开始,细胞历经增殖、分化至老化的全生命周期动态演化过程,形成纷繁复杂的细胞谱系。

  既然是“谱系”,就意味着它是一个庞杂的系统。不仅记录细胞的生命历程,还记载细胞所处的位置、可以生成的蛋白质、内部的微细结构等;不仅有成熟的、健康的细胞,还包括发育中的、患病的、衰老中的细胞……当海量数据汇聚在一起,科学家们有望从中揭示生命发育与演变的规律,探究疾病发生的根源。这正是建构人类细胞谱系大科学研究设施的意义。

  大装置,瞄准的是科技创新领域的“大问题”,最终的目标是增进全人类的福祉。大设施,投入巨大、产出也大,当以「算大帐、算长远帐」的视角观之。就拿人类细胞谱系大科学研究设施来说,追踪每个细胞的“前世今生”,编制详尽的“细胞家谱”,一个重要应用方向是打造“数字生理人”。

  创新药研发有「九死一生」之说,平均耗时10年、耗资巨大,但临床成功率不足10%,一个重要原因是药物研发过程是在动物模型中进行的,不能准确模拟人类生理系统反应。

  透过人类细胞谱系大科学研究设施,用患者细胞讯息打造一个“数位生理人”,预演不同治疗手段在“数字患者”体内的治疗效果,实现“量体裁衣”式精准诊断与治疗,这样的愿景无疑令人期待。以大科学设施为助力,提高新药研发成功率,降低研发成本,缩短研发周期,展现数位科技之于医疗创新的广大应用空间与巨大潜能。

  「数位生理人」也将成为

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我国数位人产业的一支生力军。目前我国与数位人相关的企业达114.4万家,预计2025年数​​位人带动产业市场规模及核心市场规模分别可达6,402.7亿元、480.6亿元,折射出数位人技术领域强劲的发展动能。持续补短板强弱项,札牢资料安全与隐私保护的篱笆,加速人工智慧、虚拟实境等技术突破,才能进一步放大数位人的产业价值,使之更好赋能千行百业、添彩数位生活。

  如果说建造大科学装置是「有形之手」的主动作为,那么数位医疗等新兴产业的蓬勃发展更多体现的是「无形之手」在面对旺盛需求时的自发选择。 「有形之手」与「无形之手」同频共振、形成合力,科技创新与产业创新深度融合、互促共进,能够催生源源不断的创新突破,将带来无可限量的发展福祉。

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