《Nature | 将模型单元映射到视觉神经元揭示了社会行为的群体代码》

  • 来源专题:战略生物资源
  • 编译者: 李康音
  • 发布时间:2024-05-26
  • 2024年5月22日,普林斯顿大学的研究人员在 Nature 期刊发表了题为Mapping model units to visual neurons reveals population code for social behaviour的文章。

    在动物身上观察到的丰富多样的行为是通过感觉处理和运动控制之间的相互作用产生的。为了理解这些感觉运动转换,建立模型不仅可以预测神经对感觉输入的反应,还可以预测每个神经元对行为的因果关系。

    该研究展示了一种新的建模方法,通过预测由十多个神经元细胞类型的系统扰动引起的行为变化,来识别深度神经网络内部单元与真实神经元之间的一对一映射。该研究介绍的一个关键因素是“敲除训练”,它涉及在训练过程中干扰网络,以匹配行为实验中真实神经元的扰动。研究人员应用这种方法来模拟黑腹果蝇雄性在复杂的、视觉引导的社会行为中的感觉运动转换。视觉叶和中央脑交界处的视觉投射神经元形成了一组离散通道,先前的研究表明,每个通道编码一个特定的视觉特征来驱动特定的行为。该研究的模型得出了不同的结论:视觉投射神经元的组合,包括那些涉及非社会行为的神经元,驱动雄性与雌性的互动,形成了丰富的种群行为代码。

    总的来说,该研究的框架将各种神经扰动引起的行为效应整合到一个单一的、统一的模型中,提供了从刺激到神经元细胞类型再到行为的地图,并使未来的大脑接线图能够合并到模型中。

  • 原文来源:https://www.nature.com/articles/s41586-024-07451-8
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  • 《Nat Commun:新模型首次揭示了CRISPR-Cas9的DNA切割行为》

    • 来源专题:生物安全知识资源中心—领域情报网
    • 编译者:hujm
    • 发布时间:2022-03-28
    • 在一项新的研究中,来自荷兰代尔夫特理工大学的研究人员提出了一种基于物理的模型,它建立了一个关于CRISPR-Cas9基因编辑如何运作的定量框架,并允许他们预测在哪里、以何种概率以及为何会发生靶向错误,即脱靶。这项研究使我们首次对当今最重要的基因编辑平台背后的机制有了详细的物理了解。相关研究结果于2022年3月15日发表在Nature Communications期刊上,论文标题为“A kinetic model predicts SpCas9 activity, improves off-target classification, and reveals the physical basis of targeting fidelity”。 CRISPR-Cas9蛋白的发现极大地简化了基因编辑,并带来了找到治愈许多遗传性疾病的希望。然而,在人类治疗中常规和安全地使用这种技术需要极端的精确性和对任何脱靶效应的可预测性。在论文通讯作者、代尔夫特理工大学生物纳米科学系的Martin Depken博士的领导下,这些作者如今展示了一种新的、基于物理的模型,该模型大大改进了现有的关于预测切割DNA的可能位置和可以预测这种情况发生概率的模型。 基于物理的方法来理解Cas9基因编辑 目前用于基因编辑的生物信息学模型的一个很大的局限性在于它们是二元性质的:它们将基因组上的靶标归类为可能被切割或不可能被切割。这些模型只关注非常高概率的靶向错误(脱靶),而会错过许多较低概率的靶向错误,这些较低概率的靶向错误加起来可能构成基因组中的大多数编辑错误。如今,这些作者构建出的这种新的物理模型同时考虑到了高概率和低概率的脱靶;它可以被用来对任何Cas9变体进行物理描述,并预测任何DNA位点发生切割的概率。 Depken解释了他的实验室开发的这种基于物理学的新方法。“在基因编辑中,你希望最大限度地提高在预定位点进行切割的概率,同时尽量减少基因组其他位点的切割数量。因此,从概率的角度来理解切割是至关重要的。从单分子物理学的实验和结构数据中,我们构建出一种可以做到这一点的模型。我们改变了描述基因编辑的方式,从二元选择到完整的概率图。” 提高基因编辑的准确性 通过对为何会发生脱靶提供新的物理见解,这项研究也标志着朝着以更合理的方式设计新的基因编辑平台以及对现有平台进行表征、评估和比较迈出了重要的下一步。通过他们对基因编辑的概率描述,他们还希望通过考虑所有可能的脱靶,帮助改善对基因组编辑的风险评估。 Depken说,“我们如今利用我们的新模型对Cas9进行了基准测试。我们的下一步目标是利用其他高精度的基因编辑平台做同样的事情,以了解它们如何不同以及为何不同。我们希望借此揭示出通往开发更高精度的基因编辑的道路。” 参考资料: Behrouz Eslami-Mossallam et al. A kinetic model predicts SpCas9 activity, improves off-target classification, and reveals the physical basis of targeting fidelity. Nature Communications, 2022, doi:10.1038/s41467-022-28994-2.
  • 《Cell | 人类神经元模型揭示了 tau 传播的调节因子》

    • 来源专题:战略生物资源
    • 编译者:李康音
    • 发布时间:2024-04-10
    • 2024年4月5日,威尔康奈尔医学院的研究人员在Cell杂志上发表题为Human iPSC 4R tauopathy model uncovers modifiers of tau propagation的文章。 Tau病是一种与年龄相关的神经退行性疾病,其机理基础仍然难以捉摸,部分原因是缺乏合适的人类模型。人类多能干细胞可以发育成体内的任何细胞,并可以被诱导成为神经元,以在实验室中模拟脑部疾病。然而,模拟 tau 蛋白在这些年轻神经元中的传播几乎是不可能的,因为 tau 蛋白在衰老的大脑中传播需要几十年的时间。 该研究开发了一种创新的人类神经元模型,该模型能够稳健地模拟 tau 蛋白在大脑中的聚集传播过程,这是阿尔茨海默病和额颞叶失智症中导致认知能力下降的过程。这一新模型帮助科学家们识别出了可能阻断 tau 蛋白传播的新型治疗靶点。