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《Cell | 由两个物种的神经元构建的功能性感觉回路》

  • 来源专题：战略生物资源
  • 编译者： 李康音
  • 发布时间：2024-04-29

  • 2024年4月25日，斯克里普斯研究所等机构的研究人员在Cell杂志发表题为Functional sensory circuits built from neurons of two species的文章。

    再生神经科学的一个核心问题是合成神经回路（如由两个物种构建的回路）能否在完整的大脑中发挥作用。

    该研究应用囊胚互补来选择性地构建和测试种间神经回路。尽管经过了大约1000万到2000万年的进化，大脑大小也存在明显的物种差异，但注入小鼠囊胚的大鼠多能干细胞仍能在整个小鼠大脑中发育和存活。意想不到的是，小鼠大脑皮层和海马体中的大鼠神经元的出生日期被重新编程，从而支持了大鼠与小鼠之间的突触活动。当小鼠嗅觉神经元被基因沉默或杀死时，大鼠神经元会恢复气味处理回路的信息流。此外，大鼠神经元还能挽救寻找食物的原始行为，尽管效果不如小鼠神经元。

    通过揭示小鼠可以利用另一个物种的神经元感知世界，该研究将神经囊胚互补作为一种强大的工具，用于识别大脑发育、可塑性和修复的保守机制。


  • 原文来源：https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(24)00358-1
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  • 《感觉精神疲惫？大脑的这两个区域可能控制人们是放弃还是坚持》
    • 来源专题：人工智能
    • 编译者：高楠
    • 发布时间：2025-07-08
    • 关键要点: 大脑的两个区域可能共同工作，告诉大脑什么时候“感觉”累了。 患有抑郁症和创伤后应激障碍(PTSD)的人经常会出现认知疲劳。 这项研究的结果可能会为医生提供一种更好地评估和治疗经历这种疲劳的人的方法。    在对健康志愿者进行功能性核磁共振成像的实验中，科学家们发现，当大脑“感觉”疲劳并放弃或继续进行脑力劳动时，大脑中两个区域的活动增加，这两个区域共同对大脑做出反应，并可能进行调节。   科学家们表示，这些实验旨在帮助检测大脑疲劳的各个方面，可能为医生提供一种更好地评估和治疗经历巨大精神疲惫的人的方法，包括抑郁症和创伤后应激障碍(PTSD)患者。   一份由国家卫生研究院资助的研究报告于6月11日在线发表在神经科学杂志，详细介绍了18名女性和10名男性健康成年志愿者接受锻炼记忆力任务的结果。   约翰·霍普金斯大学医学院生物医学工程副教授、肯尼迪·克里格研究所研究科学家维克拉姆·奇布博士说:“我们的实验室专注于(我们的思维)如何为努力创造价值。“我们对包括记忆和回忆在内的认知任务的生物学理解不如对物理任务的理解，尽管两者都需要大量的努力。”奇布说，有趣的是，科学家知道认知任务很累，但相对较少了解这种疲劳为什么以及如何在大脑中发展和发挥。   28名年龄在21岁至29岁之间的研究参与者获得了50美元的报酬，并被告知他们可以根据自己的表现和选择获得额外的报酬。所有参与者在实验开始前都接受了基线核磁共振扫描。   对他们工作记忆的测试是在随后对他们的大脑进行核磁共振扫描时进行的，包括依次看屏幕上的一系列字母，并回忆某些字母的位置。在一系列字母中，一个字母越靠后，就越难回忆起它的位置，增加了认知努力。参与者在每次测试后都会得到关于他们表现的反馈，并有机会通过更困难的回忆练习获得更多的报酬(1-8美元)。参与者还被要求在每次测试前后对他们的认知疲劳程度进行自我评估。   总体而言，测试结果发现，当参与者报告认知疲劳时，大脑两个区域的活动和连接性都有所增加:右侧脑岛，大脑深处与疲劳感觉有关的区域，以及大脑两侧控制工作记忆的背侧前额叶皮层。对于每个参与者来说，在认知疲劳期间，大脑两个部位的活动增加了测试开始前基线测量水平的两倍以上。   “我们的研究旨在诱导认知疲劳，并观察人们在感到疲劳时如何改变努力的选择，以及确定大脑中做出这些决定的位置，”Chib说。   值得注意的是，Chib和他的研究小组成员Grace Steward和Vivian Looi发现，为了让参与者发挥更大的认知努力，财务激励需要很高，这表明外部激励会促进这种努力。   “这一结果并不完全令人惊讶，因为我们之前的工作发现，在激励身体努力方面同样需要激励，”Chib说。   “大脑的这两个区域可能在一起工作，决定避免更多的认知努力，除非有更多的激励措施。然而，在认知疲劳的感知和人类大脑的实际能力之间可能存在差异，”Chib说。   Chib说，疲劳与许多神经疾病有关，包括PTSD和抑郁症。“既然我们可能已经确定了健康人认知努力的一些神经回路，我们需要看看疲劳如何在患有这些疾病的人的大脑中表现出来，”他补充道。   Chib说，可能有可能使用药物或认知行为疗法来对抗认知疲劳，目前使用决策任务和功能性MRI的研究可以成为客观分类认知疲劳的框架。   功能磁共振成像利用血流来测量大脑中广泛的活动区域；然而，它并不直接测量神经元激活，也不测量大脑活动中更微妙的细微差别。   “这项研究是在核磁共振扫描仪中进行的，并带有非常特殊的认知任务。奇布说:“看看这些结果如何推广到其他认知努力和现实世界的任务，这将是很重要的。   该项研究的资金由美国国立卫生研究院提供(R01HD097619，R01MH119086)。
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  • 《Cell：重磅！首次揭示大脑血清素系统至少由两组血清素能神经元亚群组成》
    • 来源专题：生物安全网络监测与评估
    • 编译者：yanyf@mail.las.ac.cn
    • 发布时间：2018-12-01
    • 2018年8月29日/生物谷BIOON/---化学信使分子血清素（serotonin，也称作5-羟色胺）与从情绪到运动调节的一切相关。但是迄今为止，人们还远未明确血清素对哺乳动物大脑的影响。科学家们给出了不同的结果。一些人发现血清素能促进快乐。另一些发现它增加焦虑的同时抑制运动，而其他人持相反的观点。 在一项新的研究中，来自美国斯坦福大学的Liqun Luo教授及其团队着重关注脑干中的一个被称作中缝背核（dorsal raphe）的区域，这个区域含有哺乳动物大脑中最大密度的都通过释放血清素传递信号的神经元（大约9000个）。相关研究结果于2018年8月23日在线发表Cell期刊上，论文标题为“Anatomically Defined and Functionally Distinct Dorsal Raphe Serotonin Sub-systems”。 图片来自Cell, doi:10.1016/j.cell.2018.07.043。 这些中缝背核神经元的神经纤维或者说轴突与很多至关重要的执行着一系列功能（包括思考、记忆、情绪和身体功能的调节）的前脑区域形成一个庞大的连接网络。通过注射感染这些区域中的血清素轴突（serotonin axon, 注：血清素能神经元的轴突）的病毒，这些研究人员能够将这些连接追溯到它们在中缝背侧中的原始神经元。 这允许他们构建出脑干中致密的血清素释放神经元（serotonin-releasing neuron, 也称作serotonin neuron，即血清素能神经元）到它们影响的多个前脑区域的神经投射的视觉图谱。这种图谱揭示出在中缝背核中至少存在着两组不同的血清素能神经元，它们与大脑中的皮层和皮层下区域相连。 在一系列行为测试中，这些研究人员还证实这两组血清素能神经元对刺激作出不同的反应。比如，当小鼠接受到喝糖水之类的奖励时，这两组血清素能神经元都会放电，但是它们对轻度的足部电击等惩罚作出相反的反应。 Luo说，“我们如今明白为何一些科学家们认为血清素能神经元被惩罚激活，而另一些人认为它们被惩罚抑制。这两种说法都是对的---它仅取决于你研究哪组血清素能神经元。” 更重要的是，这些研究人员发现血清素能神经元本身比之前想象的更加复杂。投射到皮层区域的血清素能神经元并不仅仅利用血清素传递信息，还会释放出一种叫做谷氨酸的化学信使，这让它们成为大脑中释放两种不同化学物质的少数神经元之一。这就产生一个问题，即人们是否应当称呼它们为血清素能神经元，毕竟神经元是根据它们释放的神经递质命名的。 总之，这些研究结果表明，大脑的血清素系统不是由同质的神经元群组成，而是由许多协同发挥作用的神经元亚群（或者说子系统）组成。Luo团队鉴定出两组神经元亚群，但可能存在着更多组的神经元亚群。 事实上，斯坦福大学医学院精神病学与行为科学教授Robert Malenka及其团队最近在中缝背核中发现了一组投射到伏隔核（nucleus accumbens）的血清素能神经元。
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