首個無需植入便可控制大腦活動的微創光遺傳學技術

2021-01-11 騰訊網

1，Cell | 中樞神經系統水腫如何「治本」——靶向水通道蛋白AQP4的膜定位

來源：BioArt

腦水腫和脊髓水腫通常統稱為中樞神經系統水腫（CNS edema），主要是由外傷、感染、腫瘤生長以及血液供應障礙引起。細胞毒性水腫（Cytotoxic edema）和血管源性水腫（Vasogenic edema）是導致CNS edema形成的兩個重要原因。水通道蛋白Aquaporins（AQPs）作為細胞膜上的控制水運輸的通道蛋白，在細胞毒性水腫的發展過程中扮演重要角色。

5月14日，來自英國阿斯頓大學生命與健康科學學院Roslyn M. Bill教授與伯明罕大學醫學與牙科學院的Alex C. Conner教授和Zubair Ahmed教授共同合作在Cell上發表了題為Targeting Aquaporin-4 Subcellular Localization to Treat Central Nervous System Edema的研究。在這項研究工作中，他們另闢蹊徑——通過靶向AQP4的膜定位，而不是直接抑制AQP4的活性來改善CNS edema，並在脊椎損傷模型的大鼠中取得了成功。

2，Neuron | 馮國平等開發首個無需植入便可控制大腦活動的微創光遺傳學技術

來源：BioArt

近日，美國MIT馮國平課題組和Robert Desimone課題組合作在Neuron雜誌上發表文章An Ultra-Sensitive Step-Function Opsin for Minimally Invasive Optogenetic Stimulation in Mice and Macaques，開發了新型光敏感視蛋白分子——SOUL（Step-function Opsin with Ultra-high Light sensitivity），可以不用插入光源，將光源置於體外，即可激活小鼠腦內任何區域的神經元和獼猴皮層主溝中的神經元。

3，Physics Reports計算網絡生物學長文綜述：數據、模型和應用

來源：集智俱樂部

蛋白-蛋白互作網絡示意圖。節點顏色表示的是基因在不同的生物學過程中的富集，相似功能模塊的基因在網絡上距離相互接近。

生物網絡是網絡科學的重要研究方向，蛋白質網絡等研究已經在新冠肺炎藥物搜索中發揮了作用。近日由阿里巴巴複雜科學研究中心張子柯、美國克利夫蘭醫學中心程飛雄、瑞士弗裡堡大學張翼成等人組成的研究團隊，在物理學頂刊 Physics Reports 發表綜述文章，全面介紹了常見生物網絡類型、網絡結構、分析方法以及生物醫學應用等方面的相關研究。

論文題目：Computational network biology: Data, models, and applications。

4，託烷司瓊可改善精神分裂症患者的認知和P50抑制缺陷

來源：中科院心理所

前期研究證明，每日劑量為5毫克、10毫克和20毫克的託烷司瓊在治療10天後可以顯著改善患者的總體認知缺陷和P50抑制缺陷。中國科學院心理健康重點實驗室張向陽研究組的科研人員開展了一項研究，該研究納入40名精神分裂症非吸菸住院患者，通過比較患者在使用5毫克、10毫克或20毫克託烷司瓊治療一天後，對其認知和感覺門控缺陷的即時影響。

研究採用可重複神經心理狀態評定量表(RBANS)評定認知功能，採用條件-測試P50範式和事件相關電位(ERP)技術記錄P50成分，以此探究精神分裂症患者P50感覺門控與認知功能障礙的關係。研究表明，一天的託烷司瓊治療可以改善患者的認知和P50抑制缺陷，這表明長期使用α7 nAChR激動劑有望治療精神分裂症患者的認知及感覺門控缺陷。研究結果已發表於Neuropsychopharmacology。

5，大腦如何編碼「吝嗇」或「慷慨」行為呢？

來源：腦科學與腦技術

「吝嗇」和「慷慨」的行為，可以歸屬為社會決策行為(Social Decision-Making)，其中「吝嗇」是負向的利他偏好(negative other-regarding preference, negative ORP)；「慷慨」是正向的利他偏好(positive other-regarding preference, positive ORP)。這種對個人和群體都很重要的「吝嗇」和「慷慨」行為，大腦是如何編碼的呢？

美國耶魯大學神經科學系的Steve Chang團隊在今年2月24日發表於《自然神經科學》雜誌的一項新研究為這個問題，給出了很重要的答案。結合活體單細胞電生理技術和行為學，他們在恆河猴上的實驗，發現前扣帶回(Anterior Cingulate Gyrus, ACCg)和杏仁基底外側核(Basolateral Amygdala, BLA)的同步協調關係對於編碼利他偏好行為非常重要，也就是說ACCg-BLA的協調關係在「吝嗇」和「慷慨」行為中扮演很重要的角色。

6，PNAS：社會經濟地位調節了成人與年齡相關的大腦功能網絡組織和解剖結構的差異

來源：思影科技

社會經濟地位（SES）是生活環境的一個重要部分，它評估了物質資源的獲得和社會聲望。以前對社會經濟地位和大腦之間關係的描述主要集中在人一生的早期或者晚期。在本研究中，作者擴展了這項工作，在更大的年齡範圍內（20-89歲）研究社會經濟地位與大腦之間的關係，其中包括研究較少的中年人。

社會經濟地位可以調節與年齡相關的大腦功能網絡組織和皮層結構差異。在中年人（35-64歲）中，較低的SES與靜息態下大腦系統分割（一種有效的功能網絡組織指標）相關。在大腦解剖學中，也發現SES與年齡之間存在類似但相關性並不是那麼高的結果，即較低的SES與中年人的灰質厚度減少有關。但是在年輕人和老年人中，作者發現這兩個群體大腦變化的差異與SES的相關性並不是一致的。在控制生理和心理健康、認知能力和被試的人口統計數據之後，本研究發現SES與大腦功能組織變化仍然相關。關鍵的是，一個人童年時期的社會經濟地位不能解釋現在的社會經濟地位和大腦功能網絡組織之間的關係。

這些發現說明了SES與中年人的大腦功能網絡組織和解剖結構有關，高的SES可能是防止與年齡相關的大腦衰退的一個保護因素。本研究發表在PNAS雜誌。

7，Nature Medicine：AI預測COVID-19病例，準確率近80%

來源：生物探索

日前，英國倫敦國王學院、美國麻薩諸塞州總醫院和健康科學公司ZOE的研究人員此前已經開發出一種人工智慧手機應用程式，允許個人自我報告症狀來有效地預測他們是否患有COVID-19。在最新的發表在《Nature Medcine》期刊上的一項研究中，研究人員分析了3月24日至4月21日期間2618862萬份來自美國（168293）和英國（2450569）用戶的自我報告數據，並根據年齡、性別和BMI調整了結果，以確定與COVID-19相關性最強的獨立症狀。

結果發現，味覺和嗅覺受損、極度疲勞、咳嗽和食欲不振是SARS-CoV-2感染的最佳指標。利用這些信息，研究團隊開發了一個線性模型，可以根據年齡、性別、嗅覺或味覺喪失、嚴重或持續咳嗽、疲勞和食欲不振的組合，來預測是否可能患有COVID-19。他們將該預測模型應用於80萬尚未通過COVID-19檢測的症狀報告者。根據模型發現，大約14萬人可能感染了COVID-19。基於陽性診斷測試結果，該公式在預測APP用戶是否患有COVID-19方面的準確率接近80%。

8，A輪融資4200萬美元，這家僅有5名員工的公司要挑戰「漸凍人症」

來源：創鑑匯

自噬途徑的恢復

5月14日，位於美國麻薩諸塞州的生物技術公司QurAlis宣布完成4200萬美元A輪融資。這家僅有5名員工的公司正在開發精準療法治療致命性的神經疾病—肌萎縮性側索硬化症（ALS），以及其它神經系統疾病患者。

QurAlis公司執行長Kasper Roet博士在與哈佛大學的科學家Kevin Eggan博士和Clifford Woolf博士合作開發新型幹細胞技術的同時，發現了可以戰勝ALS這一嚴重疾病的機會。他們找到了一種使用患者自己的細胞來進行治療的潛在靶向療法。這一療法旨在通過從患者身上獲取皮膚細胞，並將其轉變為幹細胞，然後再將其轉化為與退化細胞相同類型的神經細胞。這些運動神經元與ALS患者攜帶相同的DNA和基因突變，可以在實驗室中用於疾病建模。

前文閱讀

1，腦科學日報|「大腦的方向盤」-Chx10系網狀脊髓神經元

2，腦科學日報|《Nature》子刊：屏狀核通過控制慢波而產生意識

相關焦點

  • 用光遺傳學控制大腦活動,麻省理工科學家再次開發新的工具
    光遺傳學是一種利用光線讓神經元興奮或抑制的方法。通過使大腦內特定類型的神經元表達一種對光線有反應的視蛋白（opsins），科學家們可以利用光來影響神經元活動，從而研究特定類型的神經元或神經環路對行為和認知功能的影響。
  • 《紐約客》萬字長文,講述光遺傳學之父探秘大腦的傳奇故事
    光遺傳學向科學家提供了一種前所未有的方式來洞悉大腦的運轉——它不僅能夠觀察實驗動物腦中精細的神經迴路，還可以直接操縱特定細胞來控制行為。作為神經科學家中少有的實踐精神病學家，Deisseroth把精神疾病作為他光遺傳學研究的主要方向。世界上其他科學家則用此方法來研究神經科學中一些最難解決的謎題，比如大腦中幾千億個神經元及其撲朔迷離的相互連接是如何產生了人的心智——包括思想、心境、行為和情緒等。
  • 光遺傳學技術提高人工耳蝸的精準度
    the Journal of Neural Engineering 2020年10月23日，星期五Bionics Insitute的研究人員已經確定，通過光遺傳學方法將光添加到人工耳蝸提供的現有電刺激中，可以改善神經激活的準確性，從而有可能改善
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    這種被稱為「集成神經光子學」（Integrated Neurophotonics）的新技術，使用可植入大腦內部任何深度的微小的光學微晶片陣列，同時與螢光分子以及光遺傳學結合，分別對神經元進行光學監測且控制其活動
  • 真實版黑客帝國:首個人腦電腦相植入實驗明年開展
    太空探索技術公司創辦者，特斯拉執行長伊隆-馬斯克也是初創公司Neuralink的總裁。他在本周二晚間於舊金山宣布，公司將在明年進行初步實驗，把人腦與電腦相連，這將增強人腦的能力，抵禦人工智慧對人類造成的統治威脅。
  • 馬斯克的大腦植入技術或成終級武器？揭密美國國防部「大腦計劃」
    根據醫學研究最新進展，腦電波數據是可以受到控制的。目前 Neuralink 通過收集超過 15 萬人的數據，證明在大腦中植入晶片是可行的。Neuralink將在「一年內」，2021年就能把腦機接口植入人類的大腦。
  • The Scientist:2015四大技術突破(成像、光遺傳學、單細胞分析...
    儘管這一技術可在無需螢光標記的條件下顯影組織，但它仍然太慢而無法適用於大多數的研究和臨床應用。　　10月30日，Purdue大學的科學家們報告稱，他們利用體內振動光譜成像技術大大提高了收集圖片的速度(從分到秒)。新技術最關鍵的改進是不再需要收集分子振動信號的光譜儀。取而代之的是，這一改進的技術在光子進入組織前會對其進行顏色編碼。
  • 植入晶片後的大腦，還是你的腦嗎？
    Neuralink曾在2019年推出了植入在耳後的第一代腦機接口設備，今天公布的第二代設備更加微型，且無需露在外面——它只有硬幣大小，帶有密集的微型線路，可以置於頭骨下方，只在頭皮留下很小的創口。粗略來說，就我們對大腦的認識而言，現階段我們還不能得知大腦是如何工作的，也無法找到構成自我、靈魂之類的東西在大腦之中的所在。Neuralink公司的聯合創始人弗利普·薩布斯（Flip Sabes）則認為，要實現工程學上的問題，我們無需理解大腦。只要能夠讓神經元和計算機之間進行交流就可以了，其他的問題機器學習會幫我們解決。
  • 埃隆·馬斯克的新大腦植入設備，是炒作 or 科學？
    過去十年，該領域出現爆炸式增長，湧現了多種或是植入大腦，或是植入周圍神經，抑或是像頭盔一般放在大腦外部開展工作的腦機設備。雖說形式各異，可核心思想都一致：腦電波歸根結底就是電信號，既然是電信號，我們就可以用套路去解碼和操縱，如果能夠自如控制這些信號，就可以從外部控制大腦，建構意識。
  • 首個磁動力微型神經刺激器誕生:比一粒米還要小真正做到無創植入
    這種方法避免了無線電波、超聲波、光、甚至磁線圈的缺點，這些都曾被提議用於驅動微型無線植入物，並已被證明會干擾活組織或產生有害的熱量。 為了證明磁電技術的可行性，研究人員在齧齒動物身上證明了植入物的作用，這些齧齒動物是完全清醒的，可以自由地在它們的籠子裡走動。 「進行原理證明的演示真的很重要，因為從桌面演示到可能真正對治療人類有用的演示，是一個巨大的技術飛躍。」
  • 植入體內控制大腦的AI晶片已完成人體試驗
    AI發展十分迅速，已經在多個行業內發揮出超高效率的作用，一些科學家便將AI的發展方向聚焦到人身上。希望通過向人體內植入能夠控制大腦的AI晶片，從而治癒某些大腦疾病。　　很多人可能覺得這與我們的生活還有點遠，但事實卻是，就在上周的時候，科學家對外表示已經完成了初步的人體試驗。
  • 盲人也能「看到」光幻視 新大腦植入技術或助其恢復視力
    本文轉自【網易智能】；5月20日消息，《細胞》雜誌5月14日發表了一項新研究，科學家們通過電流刺激人們大腦，成功誘使他們的大腦看到並不存在的字母。這項實驗在視力正常的人和成年後失去視力的盲人身上都獲得了成功。雖然這項技術仍處於早期階段，但大腦植入物未來可能會被用來刺激大腦，並在一定程度上恢復人們的視力。
  • 腦機接口迎來新進展:一千個新材料電極直接植入大腦,可使用數十年
    來源：鈦媒體鈦媒體4月9日消息，美國杜克大學、西北大學和紐約大學的科研團隊，利用不到一微米厚的二氧化矽電極層，組成1008個電極傳感器的「神經矩陣」(Neural Matrix)，形成柔性神經接口，植入到大腦皮層上，實現機器與人體大腦長期、直接的交互。
  • 靠腦機接口「隔空探物」，大腦植入晶片可實現「心靈感應」
    其根本原因在於我們在處理複雜任務時候已經出現特別多的神經信號，如果是大腦發出的信號太多，甚至相互衝突，那麼這些信號噪音就會越大，我們的植入晶片對於信號的識別就越差，那麼我們對於大腦植入晶片的控制能力也就越差。我們自然希望可以理解大腦每一個信號，但是我們肯定不想要一個無法理解大腦信號的植入裝置。
  • 用「光遺傳」改造基因控制大腦,邵逸夫生命科學與醫學獎頒給了他
    這一技術可應用於治療情緒病和中樞神經病等，有助效治療帕金森症。邵逸夫獎在2002年11月按邵逸夫先生的意願而設立，邵逸夫獎設有三個獎項，分別為天文學、生命科學與醫學、數學科學，每年評選和頒發一次。今年是第17屆。
  • 馬斯克的Neuralink 真的要把腦機接口植入你的大腦了?
    他表示，Neuralink「可以幫助控制激素水平，利用它們來增強我們的能力、減輕焦慮等」。　　此外，馬斯克還在 Twitter 上透露了更多細節。　　推特用戶 @Pranay Pathole 提問：「Neuralink 可以用來重新訓練大腦中與成癮或抑鬱有關的部分嗎？」
  • 西工大腦控技術體驗:可人腦控制控制無人機運行,應用前景廣闊
    其中，想像模式就是大家所說的「意念控制」，無需外加刺激裝置，只通過大腦進行特定任務的想像，激發出相應的腦特徵信號。 據介紹，操作多模式腦控無人機時，視覺刺激控制無人機的上升、下降，事件想像控制無人機左前、右前運動，眨眼控制無人機的懸停。在前不久剛做的一次實驗中，團隊實驗人員就通過這三種模式實現了無人機的跨障礙、繞八字飛行。
  • 大腦晶片「黑科技」,已有上萬人在身體植入
    Neuralink是專注於這一領域的明星公司，該公司一直計劃利用人工智慧技術來增強人類的能力。具體來說，Neuralink正在開發微型處理器，通過比人類的頭髮更細的細線和大腦連接起來。這些傳感器會安裝在大腦顱骨表面，而後將信息傳遞給位於耳後的可穿戴計算機「Link」。採用這種方式，大腦就可以通過APP連接到iPhone上。
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  • 世界首個雙邊植入腦機接口!四肢癱瘓者用意念吃蛋糕
    2020年8月，馬斯克的腦機接口公司曾向世界展示了在豬腦中植入晶片並讀取豬活動時的大腦信號波動。如今，來自約翰斯·霍普金斯大學醫學院和該校應用物理實驗室的研究人員已把更強力的腦機接口技術用在了人身上。他們將腦機接口技術應用在一位四肢癱瘓的人身上，讓他能夠用自己的「大腦意念」同時控制兩支機械臂，拿起餐刀、餐叉切下一塊蛋糕，然後把蛋糕送到自己的口中。什麼是腦機接口？所謂腦機接口，就是在大腦和假肢等外部設備之間建立一條直接傳輸大腦指令的通道，實現在脊髓及運動神經通路損壞但大腦皮層功能尚健全的情況下，腦部的信號也能通過計算機解讀，直接控制外部設備。