█基础认知
脊髓神经元群可以不依赖大脑进行运动学习
大脑活动的波状性：解开大脑与行为之间联系的新视角
深度睡眠的波纹，也可能来源于海马体
梦境中的视觉体验与清醒时有何差异？
创造性心流源于何处？
眨眼不止是湿润眼睛，还有助于增强视觉处理效率
色彩对立信号比你想象中要丰富
动物会数数吗？
█神经生理学
我们如何感知苦味？苦味受体的蛋白质结构
记忆形成中的新生化路径
通过实验室培养的脑组织连接，研究人类神经电路的复杂性
细胞的“垃圾处理”帮助皮肤附近的神经元感知环境
参与注意力控制的大脑区域在哪里？
█神经发育
贫困如何摧毁大脑？
不会老的RNA：LL-RNA在小鼠大脑中终生持续存在
大脑发育过程中存在多种生成神经元的路径
大脑皮层左右-前后-背腹发育
█大脑健康
难治性抑郁症患者情绪处理为何异常？
迷幻药可能会使人格障碍患者的心理健康状况恶化
氯胺酮治抑郁症，并不适用于所有人
经颅直流电刺激可以改善老人的抑郁和焦虑
抗阻训练可改善老人的焦虑和抑郁症状
身体运动可减少与压力相关的大脑活动
全面分析帕金森病分子特征，开启糖组学治疗新篇章
环境毒素，帕金森病的起源和传播的新假设
用粪便改善帕金森病症状，2 期试验结果良好
新的数学模型可预测阿尔茨海默病的个体化疾病进程
新型人类神经元模型如何揭示阿尔茨海默病治疗新靶点？
基因表达改变如何诱发孤独症？
磁共振引导聚焦超声技术在神经疾病治疗中的应用进展
█AI for Brain Science
神经元活动峰值的精确识别：Kilosort软件的最新进展
恢复丢失语音的神经解码
家庭游戏环境如何影响儿童语言使用？
人工智能使视网膜成像速度提高100倍
机器学习解码大脑的自发想法
UMBRAE：大脑信号的统一多模态解码
测试时训练技术，提升抑郁症检测性能
如何构建可靠且富有同情心的抑郁症诊断对话
突破性记忆模型：密集关联记忆模型（CDAM）的研究进展
ChatGPT在生物信息学图形解读中展现潜力
敲击小脑增强大脑对假肢装置的控制
AI模型可准确评估产后女性的PTSD
用大语言模型预测资源匮乏语言中的心理健康问题
果蝇视觉系统中的归一化
基础认知
脊髓神经元群可以不依赖大脑进行运动学习
日本RIKEN脑科学中心的Aya Takeoka及其团队通过对小鼠脊髓的研究，风险脊髓中的神经回路可以独立于大脑进行运动学习和记忆。通过特定的实验设置，研究团队观察到小鼠脊髓在没有大脑输入的情况下通过电刺激学会了避免不愉快的腿部位置。每个测试都有一只实验小鼠和一只后腿自由悬挂的对照小鼠。如果实验小鼠的后腿下垂太多，它就会受到电刺激，模仿小鼠想要避开的东西。对照小鼠同时接受相同的刺激，但与其后腿位置无关。仅仅 10 分钟后，他们就仅在实验小鼠中观察到了运动学习；他们的腿保持高高，避免任何电刺激。
研究进一步通过禁用特定的神经元，确定了脊髓中参与运动学习和记忆的关键神经元群体。背侧抑制性神经元对于调节与肢体位置相关的感觉信息传递，以及增强条件性线索的显著性至关重要，而腹侧的Renshaw细胞则关键于维持已学习的运动适应。研究发表在Science上。
#脊髓 #运动学习 #神经回路 #Renshaw细胞 #自适应行为
阅读论文：
Lavaud, S., Bichara, C., D’Andola, M., Yeh, S.-H., & Takeoka, A. (2024). Two inhibitory neuronal classes govern acquisition and recall of spinal sensorimotor adaptation. Science, 384(6692), 194–201. https://doi.org/10.1126/science.adf6801
大脑活动的波状性：解开大脑与行为之间联系的新视角
探索大脑活动与行为之间的联系，是神经科学领域长久以来的追求。耶鲁大学的Maya Foster和Dustin Scheinost博士的最新研究，提出了一种新颖的视角——将大脑状态视为波状活动的集合。通过综合分析多项实验研究，Foster和Scheinost提出了一种跨时间和空间的、与规模无关的框架，将大脑状态定义为一系列重现且有序的波状大脑活动模式。这种方法强调了大脑活动的序列性和周期性，提出大脑状态不仅仅是静态的快照，而是包含了重复出现的动态模式的集合。例如，完成一个认知任务时，大脑活动可能依次出现四种独特模式，然后这一系列可能会随时间重复。这种视角为理解大脑如何在不同状态之间转换、如何响应环境变化提供了新的理论基础。研究发表在Trends in Cognitive Sciences上。
#大脑活动 #波状性 #大脑状态 #序列性 #周期性
阅读论文：
Foster, M., & Scheinost, D. (2024). Brain states as wave-like motifs. Trends in Cognitive Sciences, 0(0). https://doi.org/10.1016/j.tics.2024.03.004
深度睡眠的波纹，也可能来源于海马体
加州大学欧文分校的生物医学工程研究人员发现，深度睡眠中的慢波和睡眠纺锤波，传统上被认为源自丘脑和皮层之间的脑回路，实际上也与海马体的神经轴突活动有关。
研究团队采用了体外重构海马体亚区和单一轴突通信的新技术，成功记录了单个轴突和这些亚区内单个神经元之间传递的、持续400至1000毫秒的自发纺锤波。值得注意的是，这些纺锤波的传导速度比动作电位慢50至70%，并且它们并不与动作电位相位锁定，这表明纺锤波机制独立于动作电位，可能源自海马体CA3区域的神经元。此外，这些纺锤波以10至16赫兹的频率出现，嵌套在慢波之中，指向了它们在深度睡眠中对记忆巩固的潜在作用。通过这一研究，科学家们提出了一种全新的理解，即记忆巩固过程不仅与丘脑有关，也可能涉及海马体内独立的机制。研究发表在Scientific Reports上。
#深度睡眠 #记忆巩固 #海马体 #睡眠纺锤波 #慢波
阅读论文：
Wang, M., Lassers, S. B., Vakilna, Y. S., Mander, B. A., Tang, W. C., & Brewer, G. J. (2024). Spindle oscillations in communicating axons within a reconstituted hippocampal formation are strongest in CA3 without thalamus. Scientific Reports, 14(1), 8384. https://doi.org/10.1038/s41598-024-58002-0
梦境中的视觉体验与清醒时有何差异？
巴黎索邦大学的团队在一项新研究中，探索了REM睡眠中的视觉系统活动，尤其是梦境中的眼睛闭合体验。研究人员在参与者REM睡眠期间监测他们的梦中视觉体验和眼睑状态。通过特定的面部肌肉和呼吸信号，如快速鼻吸来指示梦中的视觉体验。研究发现，尽管通常在梦中闭眼无视觉体验，但也存在例外，这一发现挑战了清醒时的常规逻辑。此外，研究还观察到，与有视觉体验的梦境相比，无视觉体验的梦境中α波功率降低。这些发现揭示了梦境中视觉皮层的高度活跃性和某种自主性。研究发表在Current Biology上。
#梦境 #REM睡眠 #视觉系统 #睡眠质量 #α波
阅读论文：
Konkoly, K., Al-Youssef, S., Mazurek, C., Mallett, R., Morris, D., Gales, A., Arnulf, I., Oudiette, D., & Paller, K. (2024). Changes in Alpha Power and Visual Content after Closing One’s Dream-Eyes in REM Sleep (SSRN Scholarly Paper 4692171). https://doi.org/10.2139/ssrn.4692171
创造性心流源于何处？
来自德雷克塞尔大学创意研究实验室的最新研究发现，高水平的创造性心流状态与专业技能的深入掌握密切相关。这项由一对夫妇领导的研究，一位是认知神经科学家，另一位是大学写作讲师，他们利用爵士音乐即兴创作任务，通过科学方法揭示了创造性思维的脑部机制。
研究团队招募了32名经验不同的爵士吉他手，通过戴上电极帽记录他们在即兴演奏过程中的脑电波（EEG）。通过核心心流状态量表评估他们的心流状态，再利用SPM12软件分析心流相关的神经活动。结果显示，经验丰富的音乐家在高心流状态时，其大脑的前额叶活动减少，尤其在默认模式网络的后部节点活动也减少，这表明他们的脑部执行控制放松。相比之下，低经验的音乐家则没有显著的脑部活动变化。此外，高经验的音乐家在左半球显示出与心流相关的特定模态活动，而低经验的音乐家则在右半球显示出特定模态的去活化。这些发现表明，创造性心流是通过大量实践与减少认知控制实现的专业特定处理优化。研究发表在Neuropsychologia上。
#心流 #创造性 #爵士即兴 #脑电波 #认知神经科学
阅读论文：
Rosen, D., Oh, Y., Chesebrough, C., Zhang, F. (Zoe), & Kounios, J. (2024). Creative flow as optimized processing: Evidence from brain oscillations during jazz improvisations by expert and non-expert musicians. Neuropsychologia, 196, 108824. https://doi.org/10.1016/j.neuropsychologia.2024.108824
眨眼不止是湿润眼睛，还有助于增强视觉处理效率
美国罗切斯特大学的团队通过对眨眼的研究发现，眨眼不仅仅是为了保持眼睛湿润，眨眼在维持视觉敏锐度和加强大脑信息处理中的重要作用，推翻了传统认为眨眼对视觉有害的观点。
通过使用高分辨率眼动追踪设备观察12名年轻成人在看不同对比度图像时的眼部行为，研究人员发现每次眨眼都能通过调节光线强度来增强视网膜的视觉输入信号。这种增强作用无论是在自发眨眼还是有意识的眨眼中都存在。此外，频谱分析显示，这种感知上的提升主要针对低空间频率的刺激，并且与眨眼相关的亮度变化有助于改善视觉信息的格式化处理。这表明眨眼是大脑处理视觉信息策略的一个计算组成部分，它通过眼部运动来重新格式化空间信息至时间域。研究发表在PNAS上。
#眨眼 #视觉敏感度 #视网膜刺激 #眼动追踪 #视觉信息处理
阅读论文：
Yang, B., Intoy, J., & Rucci, M. (2024). Eye blinks as a visual processing stage. Proceedings of the National Academy of Sciences, 121(15), e2310291121. https://doi.org/10.1073/pnas.2310291121
色彩对立信号比你想象中要丰富
视觉科学中一个长期的问题是如何通过三种视锥细胞类型——长波长敏感（L）、中波长敏感（M）和短波长敏感（S）——的组合来产生我们对颜色的感知。心理物理测量表明，红-绿和蓝-黄对立轴的视锥输入分别为M对L+S和L对M+S。然而，根据适应后的颜色检测阈值的心理物理测量揭示的“颜色空间的基本方向”是L对M和S对L+M。这些基本方向与灵长类动物视网膜中最常见的视锥对立视网膜神经节细胞（RGCs）相匹配。罗切斯特大学的研究团队在其最新研究中采用了自适应光学技术，对这一问题进行了探索。
研究使用自适应光学钙成像技术，对长尾猕猴的视网膜神经节细胞（RGCs）进行了非侵入性的纵向光响应测量。研究团队长期观察了视网膜神经节细胞对光的响应，证实了存在具有非基本色彩对立（非“基本方向”）的L vs. M+S和M vs. L+S神经元，表明视网膜输出的色彩对立信号比传统认为的更为多样化。这些结果不仅挑战了传统的色彩处理模型，还可能对发展新的视觉恢复技术产生重要影响。研究发表在Journal of Neuroscience 上。
#色彩感知 #视网膜神经节细胞 #自适应光学 #神经科学 #视觉恢复技术
阅读论文：
Godat, T., Kohout, K., Parkins, K., Yang, Q., McGregor, J. E., Merigan, W. H., Williams, D. R., & Patterson, S. S. (2024). Cone-Opponent Ganglion Cells in the Primate Fovea Tuned to Non-Cardinal Color Directions. Journal of Neuroscience. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.1738-23.2024
动物会数数吗？
香港城市大学和香港中文大学的科学家合作探讨了老鼠的数字感知能力。此研究提供了一个关键的动物模型，用以研究人类数学能力的神经基础。这项研究突破了长期关于动物是否能够计数的争论，为未来相关神经机制的研究奠定了基础。
通过研发一种新算法和相关分析方法，研究团队成功生成了最小化非数字因素影响的刺激，使得实验中的大鼠能够专注于数字的学习。这些以声音脉冲形式表现的数字训练了没有数字知识的大鼠，结果表明，这些大鼠的数字区分能力主要依赖于它们对数量（numerosity）的感知。实验还发现，在做出食物选择时，老鼠首先依据数量而非大小。此外，通过静默大脑中的后顶叶皮层，可以专门损害老鼠的数量处理能力，而不影响它们对大小的感知。这表明大鼠大脑中存在专门处理数字信息的区域。通过神经网络模型的建立，研究进一步揭示了数量和大小处理的分离机制，为人工智能领域的应用提供了可能。研究发表在 Science Advances 上。
#数字感知 #神经基础 #老鼠模型 #算法开发 #人工智能
阅读论文：
Liang, T., Peng, R.-C., Rong, K.-L., Li, J.-X., Ke, Y., & Yung, W.-H. (2024). Disparate processing of numerosity and associated continuous magnitudes in rats. Science Advances, 10(8), eadj2566. https://doi.org/10.1126/sciadv.adj2566
神经生理学
我们如何感知苦味？苦味受体的蛋白质结构
苦味是基本味觉之一，对于辨别有害物质至关重要。北卡罗来纳大学医学院领导的研究最近解析了苦味受体TAS2R14的蛋白质结构。TAS2R14 是苦味受体 G 蛋白偶联受体 (GPCR) 家族的一员，这些受体附着在 G 蛋白上，可将细胞外信号转化为细胞内信号。与其他苦味受体不同的是，TAS2R14 可以识别100多种不同的苦味味觉物质。
研究人员发现，当这些物质与 TAS2R14 受体接触时，会楔入受体上的变构位点（allosteric site），并使蛋白质改变形状，从而激活其所附着的 G 蛋白。这会触发味觉受体细胞内的一系列生化反应，激活受体并发出信号，随后信号沿着神经纤维，通过面部的脑神经，最终到达大脑的味觉皮层区域，大脑正是在这里处理并感知苦味信号。与此同时，研究人员发现胆固醇可以与 TAS2R14 苦味受体的正构口袋（orthosteric pocket）位点结合，使该苦味受体处于半活化状态，并更容易被味觉物质激活。研究发表在Nature上。
#TAS2R14 #苦味感知 #G蛋白偶联受体 #药物开发 #代谢疾病
阅读论文：
Kim, Y., Gumpper, R. H., Liu, Y., Kocak, D. D., Xiong, Y., Cao, C., Deng, Z., Krumm, B. E., Jain, M. K., Zhang, S., Jin, J., & Roth, B. L. (2024). Bitter taste receptor activation by cholesterol and an intracellular tastant. Nature, 1–8. https://doi.org/10.1038/s41586-024-07253-y
记忆形成中的新生化路径
近期，洛克菲勒大学的Robert B. Darnell教授及其研究团队发表的新研究中，揭示了记忆形成过程中关键的生物化学机制。研究团队通过结合树突靶向的接近标记方法、交联免疫沉淀、核糖体剖析、质谱分析等技术，能够在神经元激活前后捕捉到关键的蛋白质合成时刻。研究人员观察到，在神经元激活时，局部核糖体开始转译mRNA，不仅产生新的蛋白质，还产生了1000种功能未知的小蛋白，称为微肽。此外，研究还发现了一个关键的RNA结合蛋白，该蛋白对于这些微肽的形成至关重要。研究发表在Nature Neuroscience上。
#记忆形成 #树突翻译 #TurboID #脆性X综合征 #神经科学
阅读论文：
Hacisuleyman, E., Hale, C. R., Noble, N., Luo, J., Fak, J. J., Saito, M., Chen, J., Weissman, J. S., & Darnell, R. B. (2024). Neuronal activity rapidly reprograms dendritic translation via eIF4G2:uORF binding. Nature Neuroscience, 1–14. https://doi.org/10.1038/s41593-024-01615-5
通过实验室培养的脑组织连接，研究人类神经电路的复杂性
一支日本和法国科学家团队发表的一项新研究，展示了如何在实验室内培养模拟人脑电路的组织。通过将两个大脑类器官以轴突束相连，研究团队创建了一个体外神经组织模型，以探索大脑皮质区域间连接的重要性。这种连接生成的是比单个或融合的类器官更强烈和复杂的自发振荡。类器官对外部刺激的响应和短期可塑性展示了轴突连接对神经电路功能的关键作用。通过测量突发活动的频率和不同频率下局部场电位（LFP）的振幅，发现这些指标在相连的类器官中显著增加，表明两个类器官可以通过轴突束共享活动，同时保持一定程度的功能分离。
进一步分析揭示，相连的类器官产生的复杂活动模式，反映了组织之间的连接改变了网络特性。通过回顾性光标记，观察到延伸轴突到互连束中的神经元表达了更高水平的神经活动和成熟标记基因，强调了连接与特定细胞群体中发生的成熟之间的关系。此外，研究还展示了相连的大脑类器官对外部光刺激的响应能力，包括短期增强的两种表现形式：持续的突发活动频率升高和对刺激的响应时间缩短。这表明相连的类器官在经历广泛刺激后改变了其突触属性并调整了突发频率。不同的细胞系显示了不同的响应和可塑性模式，这表明需要优化细胞和组织以控制变异性，以便更一致地响应，评估不同类型的可塑性。研究发表在 Nature Communications 上。
#神经类器官 #轴突连接 #大脑电路 #神经活动复杂性 #短期增强
阅读论文：
Osaki, T., Duenki, T., Chow, S. Y. A., Ikegami, Y., Beaubois, R., Levi, T., Nakagawa-Tamagawa, N., Hirano, Y., & Ikeuchi, Y. (2024). Complex activity and short-term plasticity of human cerebral organoids reciprocally connected with axons. Nature Communications, 15(1), 2945. https://doi.org/10.1038/s41467-024-46787-7
细胞的“垃圾处理”帮助皮肤附近的神经元感知环境
约翰霍普金斯医学院的研究团队发现了神经膜蛋白酶体（NMP）在外周神经系统中的存在及其功能。这项研究推翻了以往关于蛋白酶体只是细胞内垃圾处理机的传统观念，揭示了其在神经系统中的新角色。
研究团队首先在小鼠的背根神经节（DRG）神经元上发现了NMP，并利用单细胞RNA测序技术确定了表达NMP的神经元类型。通过在小鼠体内应用生物素-表柔米辛（一种NMP抑制剂），他们观察到对机械和疼痛刺激的反应敏感性明显下降。此外，研究还在体外DRG培养中展示了NMP抑制对细胞内钙信号的影响，表明这些蛋白酶体在神经元间的信号传递中起到关键作用，尤其是在感觉痛觉和瘙痒的过程中。研究发表在Cell Reports上。
#神经膜蛋白酶体 #感知痛觉 #感知瘙痒 #外周神经系统 #生物信号
阅读论文：
Landeros, E. V., Kho, S. C., Church, T. R., Brennan, A., Türker, F., Delannoy, M., Caterina, M. J., & Margolis, S. S. (2024). The nociceptive activity of peripheral sensory neurons is modulated by the neuronal membrane proteasome. Cell Reports, 0(0). https://doi.org/10.1016/j.celrep.2024.114058
参与注意力控制的大脑区域在哪里？
爱荷华大学的Jan Wessel教授及其研究团队探索了深脑刺激技术对帕金森病患者的影响。他们特别研究了大脑中的丘脑下核如何调控注意力和运动控制，旨在解决治疗过程中出现的注意力分散和冲动行为问题。
通过监测帕金森病患者在深脑刺激开启和关闭状态下的脑电活动，研究发现丘脑下核对注意力的调控在深脑刺激开启时受到抑制。使用无线门诊技术记录局部场电位和高密度脑电图，研究表明丘脑下核在分心声音出现时前的活动与视觉注意力的降低有关。进一步的实验则通过改变深脑刺激参数，证实了丘脑下核在注意力抑制中的因果作用。这些发现不仅支持了丘脑下核在抑制注意力中的作用，还揭示了深脑刺激可能引发的注意力相关认知副作用。研究发表在Brain杂志上。
#深脑刺激 #丘脑下核 #注意力控制 #帕金森病 #认知副作用
阅读论文：
Soh, C., Hervault, M., Chalkley, N. H., Moore, C. M., Rohl, A., Zhang, Q., Uc, E. Y., Greenlee, J. D. W., & Wessel, J. R. (2024). The human subthalamic nucleus transiently inhibits active attentional processes. Brain: A Journal of Neurology, awae068. https://doi.org/10.1093/brain/awae068
神经发育
贫困如何摧毁大脑？
Eid Abo Hamza领导的研究团队通过综合分析文献，首次提出了一个统一框架来阐释贫困和低社会经济地位（SES）如何从生物神经学角度影响行为和发展。研究强调，低SES不仅影响日常生活，更深远地影响大脑发展，从儿童时期开始延续至成年。
综合分析现有研究，研究人员探讨了低SES如何通过不良营养、持续压力和环境风险因素影响大脑区域和神经递质的正常发展。研究结果显示，受损的杏仁核功能可能导致心理病理学障碍，而海马体和皮层功能受损则与学习和语言发展的延迟以及学术成绩不佳有关。这些影响反过来加剧了儿童的贫困，形成一个难以打破的恶性循环。研究建议，除了向经济弱势家庭提供经济援助外，应着重解决由贫困和低SES在儿童早期引起的神经异常。研究发表在Reviews in the Neurosciences 上。
#贫困 #社会经济地位 #大脑发展 #代际贫困 #早期干预
阅读论文：
Hamza, E. A., Tindle, R., Pawlak, S., Bedewy, D., & Moustafa, A. A. (2024). The impact of poverty and socioeconomic status on brain, behaviour, and development: A unified framework. Reviews in the Neurosciences. https://doi.org/10.1515/revneuro-2023-0163
不会老的RNA：LL-RNA在小鼠大脑中终生持续存在
在人类大脑的复杂老化过程中，某些神经细胞的组成成分，如RNA，被发现可以持续一生而不被更新。这一发现是由弗里德里希-亚历山大大学埃朗根-纽伦堡（FAU）的神经科学家Tomohisa Toda教授领导的国际研究团队完成。
研究团队利用标记技术，将RNA分子与荧光分子标记，并在小鼠大脑细胞中追踪它们的寿命。结果表明，某些RNA分子（LL-RNA）在动物的整个生命周期内都不会被更换，这在两岁大的小鼠中得到了证实。这些LL-RNA主要位于细胞核内，与染色质紧密相关，对于维持染色质的完整性至关重要。进一步的实验发现，降低LL-RNA的浓度会严重损害染色质的结构完整性，证明了LL-RNA在维护基因组稳定性和神经细胞长期保存中发挥着关键作用。研究发表在Science杂志上。
#RNA #神经细胞寿命 #染色质稳定性 #基因组稳定 #老化过程
阅读论文：
Zocher, S., McCloskey, A., Karasinsky, A., Schulte, R., Friedrich, U., Lesche, M., Rund, N., Gage, F. H., Hetzer, M. W., & Toda, T. (2024). Lifelong persistence of nuclear RNAs in the mouse brain. Science, 384(6691), 53–59. https://doi.org/10.1126/science.adf3481
大脑发育过程中存在多种生成神经元的路径
长期以来，科学界认为大脑皮层的神经元是通过一种相对简单的过程由径向胶质细胞生成的。然而，西班牙国家研究委员会（CSIC）和米格尔·埃尔南德斯大学（UMH）共同建立的神经科学研究所的神经发生和皮层扩展实验室的维克多·博雷尔及其团队的最新研究颠覆了这一观点，揭示了大脑发育过程中存在多种生成神经元的路径。
研究团队通过在貂和人大脑的皮层生发区进行单细胞RNA测序和带有条码的谱系追踪，发现了多种径向胶质细胞类别和它们发起的平行谱系。这些平行谱系最终汇聚成一个共同的新生神经元类别，显示出在不同的生发区和物种（如貂和人）中的重复性和保守性，但在小鼠中并非如此。此外，研究还发现，这些神经元在大脑的回和沟中遵循不同的分化轨迹，并表达与人类大脑皮层畸形相关的不同基因。研究发表在Science Advances上。
#神经发生 #径向胶质细胞 #大脑皮层折叠 #平行谱系 #单细胞RNA测序
阅读论文：
Del-Valle-Anton, L., Amin, S., Cimino, D., Neuhaus, F., Dvoretskova, E., Fernández, V., Babal, Y. K., Garcia-Frigola, C., Prieto-Colomina, A., Murcia-Ramón, R., Nomura, Y., Cárdenas, A., Feng, C., Moreno-Bravo, J. A., Götz, M., Mayer, C., & Borrell, V. (2024). Multiple parallel cell lineages in the developing mammalian cerebral cortex. Science Advances, 10(13), eadn9998. https://doi.org/10.1126/sciadv.adn9998
大脑皮层左右-前后-背腹发育
加州大学圣迭戈分校医学院的研究团队，在Joseph G. Gleeson的领导下，进行了关于人类前脑（forebrain）的细胞起源和发展的深入研究。研究通过分析嵌合变异（mosaic variants）来追踪不同脑细胞的克隆动态，采用了细胞类型特异性嵌合变异条形码分析。
从两位神经典型捐献者的大脑样本中，研究者识别出了不同类型的兴奋性和抑制性神经元，揭示了这些神经元在胚胎发育晚期的谱系分支。研究结果表明，人类大脑中存在一种在其他物种（如小鼠）中从未见过的抑制性神经元（dInNs），特别是DLX1+抑制性神经元（DLX1+ inhibitory neurons），显示出与兴奋性神经元共享的背侧新皮层起源，并在脑内径向扩散。此外，这些细胞在大脑前后轴的扩散限制，先于在背腹轴的扩散限制。该团队的发现不仅揭示了人类大脑在细胞层面上的特殊性，还可能对理解某些脑疾病（如癫痫、精神分裂症或自闭症）的起源提供新的视角。研究成果发表在Nature杂志上。
#人类前脑 #细胞谱系 #镶嵌变异 #抑制性神经元 #克隆动态
阅读论文：
Chung, C., Yang, X., Hevner, R. F., Kennedy, K., Vong, K. I., Liu, Y., Patel, A., Nedunuri, R., Barton, S. T., Noel, G., Barrows, C., Stanley, V., Mittal, S., Breuss, M. W., Schlachetzki, J. C. M., Kingsmore, S. F., & Gleeson, J. G. (2024). Cell-type-resolved mosaicism reveals clonal dynamics of the human forebrain. Nature, 1–9. https://doi.org/10.1038/s41586-024-07292-5
神经/精神病学
难治性抑郁症患者情绪处理为何异常？
近年来，研究者们发现抑郁症患者在处理情绪信息时表现出对负面信息的过度反应。贝勒医学院的研究团队，通过对治疗难治性抑郁症（TRD）患者的杏仁体和前额叶皮层（PFC）进行立体定向脑电图（sEEG）检测，揭示了与这种情绪处理偏见相关的神经机制。
研究中，研究者记录了参与情绪偏见任务的5名TRD患者和12名癫痫患者的杏仁体和前额叶皮层的sEEG信号。通过分析面对快乐和悲伤面孔时的大脑反应，研究发现TRD患者在面对悲伤刺激时杏仁体的早期反应增强，而面对快乐刺激时反应减弱。这种差异指示了TRD患者在自下而上的处理和自上而下的处理之间的失衡。此外，研究还观察到，深脑刺激（DBS）能够改变这些异常的神经反应，显示出对治疗TRD的潜在价值。研究发表在Nature Mental Health 上。
#抑郁症 #神经机制 #情绪处理 #治疗抗拒性抑郁症 #深脑刺激
阅读论文：
Fan, X., Mocchi, M., Pascuzzi, B., Xiao, J., Metzger, B. A., Mathura, R. K., Hacker, C., Adkinson, J. A., Bartoli, E., Elhassa, S., Watrous, A. J., Zhang, Y., Allawala, A., Pirtle, V., Mathew, S. J., Goodman, W., Pouratian, N., & Bijanki, K. R. (2024). Brain mechanisms underlying the emotion processing bias in treatment-resistant depression. Nature Mental Health, 1–10. https://doi.org/10.1038/s44220-024-00238-w
迷幻药可能会使人格障碍患者的心理健康状况恶化
随着精神药物治疗的普及，理解其潜在风险变得尤为重要。伦敦帝国学院的研究团队通过对807名使用精神药物的人进行研究，探讨了这些药物与人格障碍的相互作用及其可能的风险。
研究采用边缘分析方法，重点关注那些在使用精神药物后表现出心理健康显著下降的个体，即心理福利指标（generic index of mental health）比基线预使用水平下降超过一个标准误的参与者。结果发现，总体有16%的参与者属于负面反应者，其中自报有人格障碍诊断史的参与者中，有31%经历了负面反应。多变量回归分析显示，有人格障碍史的个体在使用精神药物后出现不良心理反应的风险增加了四倍以上。研究发表在Journal of Psychopharmacology上。
#精神药物 #人格障碍 #心理健康 #负面反应 #心理治疗
阅读论文：
Marrocu, A., Kettner, H., Weiss, B., Zeifman, R. J., Erritzoe, D., & Carhart-Harris, R. L. (2024). Psychiatric risks for worsened mental health after psychedelic use. Journal of Psychopharmacology, 38(3), 225–235. https://doi.org/10.1177/02698811241232548
氯胺酮治抑郁症，并不适用于所有人
耶鲁大学的研究团队在Alan Anticevic教授的领导下，探索了氯胺酮对治疗难治性抑郁症的影响。尽管氯胺酮显示出治疗潜力，但其对不同个体的效果差异性仍是一个问题。
本研究采用单盲安慰剂对照方法，对40名健康志愿者进行了氯胺酮（Ketamine）治疗。通过功能性磁共振成像（fMRI）技术，研究团队分析了志愿者大脑的功能连接性标记（functional connectivity signatures），发现氯胺酮引起的大脑反应模式比预期的更为多样化。此外，氯胺酮对大脑的主要影响与大脑皮层中两种特定基因的活动模式有关。这两种基因分别与生长抑素（SST）和乳酸钙结合蛋白（PVALB）相关，但这种关系并不适用于所有人。研究还发现，氯胺酮引起的行为变化（如情绪改善等）可以在大脑的不同神经梯度上找到对应，这些梯度在单个受试者层面上是可解析的。此研究发表在eLife上。
#氯胺酮 #抑郁症 #功能性磁共振成像 #基因表达 #个体差异
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Moujaes, F., Ji, J. L., Rahmati, M., Burt, J. B., Schleifer, C., Adkinson, B. D., Savic, A., Santamauro, N., Tamayo, Z., Diehl, C., Kolobaric, A., Flynn, M., Rieser, N., Fonteneau, C., Camarro, T., Xu, J., Cho, Y., Repovs, G., Fineberg, S. K., … Anticevic, A. (2024). Ketamine induces multiple individually distinct whole-brain functional connectivity signatures. eLife, 13, e84173. https://doi.org/10.7554/eLife.84173
经颅直流电刺激可以改善老人的抑郁和焦虑
在寻求治疗老年人抑郁和焦虑的新方法中，佛罗里达大学的研究团队发现，经颅直流电刺激（tDCS）是一种有前景的非药物治疗选择。由亚当·伍兹博士领导的研究团队，通过对近400名老年参与者的研究，探讨了tDCS对改善抑郁和焦虑症状的效果。
研究中，参与者随机分为两组，一组接受12周的tDCS治疗配合认知训练，另一组接受认知训练配合tDCS的安慰剂。tDCS治疗通过在参与者头部放置电极，传递安全且微弱的电流，针对大脑前额叶皮层。研究结果显示，接受tDCS治疗的参与者在治疗后和一年随访时，抑郁和状态焦虑的症状有显著减轻，尤其是那些治疗前有轻度抑郁和中度到重度状态焦虑的参与者。这些发现强调了tDCS在减少老年人心理症状方面的有效性，同时也表明在确定可能最受益于此干预的个体时，需要考虑症状的严重程度。研究发表在Brain Stimulation杂志上。
#经颅直流电刺激 #老年抑郁 #状态焦虑 #非药物治疗 #心理健康
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Hausman, H. K., Alexander, G. E., Cohen, R., Marsiske, M., DeKosky, S. T., Hishaw, G. A., O’Shea, A., Kraft, J. N., Dai, Y., Wu, S., & Woods, A. J. (2024). tDCS reduces depression and state anxiety symptoms in older adults from the augmenting cognitive training in older adults study (ACT). Brain Stimulation: Basic, Translational, and Clinical Research in Neuromodulation, 17(2), 283–311. https://doi.org/10.1016/j.brs.2024.02.021
抗阻训练可改善老人的焦虑和抑郁症状
近年来，随着人口老龄化的加剧，老年人心理健康问题逐渐受到关注。在巴西圣保罗的阿尔伯特·爱因斯坦犹太-巴西教育研究所（IIEPAE）进行的一项研究中，研究员Paolo Cunha及其团队通过系统回顾和元分析的方法，研究了抗阻训练对老年人心理健康的影响，特别是对抑郁和焦虑症状的影响。
研究分析了2023年4月28日之前发表的所有相关研究，通过计算标准化平均差和标准误，采用随机效应模型进行元分析，并针对小样本进行了调整。结果显示，对于抑郁症状和焦虑症状，抗阻训练都有显著的负向效应，即能够显著减少这些症状。对没有心理障碍的老年人，抗阻训练同样有效，而对于有心理障碍的个体，效果更为显著。研究还指出，为了改善心理健康，老年人理想的训练方式是每周进行三次举重训练，每次训练三组，六项练习足以，强调少量但高质量的训练原则。此外，使用训练机器和自由重量对心理健康的好处大于使用弹力带或徒手训练等。研究发表在Psychiatry Research上。
#老年心理健康 #抗阻训练 #抑郁 #焦虑 #元分析
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Cunha, P. M., Werneck, A. O., Santos, L. dos, Oliveira, M. D., Zou, L., Schuch, F. B., & Cyrino, E. S. (2024). Can resistance training improve mental health outcomes in older adults? A systematic review and meta-analysis of randomized controlled trials Psychiatry Research, 333, 115746. https://doi.org/10.1016/j.psychres.2024.115746
身体运动可减少与压力相关的大脑活动
马萨诸塞州总医院的Ahmed Tawakol领导的研究团队，探索了身体活动如何通过影响大脑应激活动降低心血管疾病风险。此研究揭示了身体运动对心理和心血管健康的双重益处，特别是在抑郁症患者中存在显著效果。
研究团队分析了50,359名参与者的数据，其中774人接受了18F-氟脱氧葡萄糖正电子发射断层显像。研究发现，身体运动能显著降低杏仁核与皮层活动比率（AmygAC），从而降低心血管疾病风险。身体活动在抑郁症患者中的心血管益处尤为突出，与无抑郁症的个体相比，其降低心血管风险的效果更大。研究还发现，超出指南推荐的身体运动量能进一步降低有抑郁症患者的心血管事件。研究发表在Journal of the American College of Cardiology上。
#身体活动 #心血管疾病 #大脑应激活动 #抑郁症 #预防医学
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Zureigat, H., Osborne, M. T., Abohashem, S., Mezue, K., Gharios, C., Grewal, S., Cardeiro, A., Naddaf, N., Civieri, G., Abbasi, T., Radfar, A., Aldosoky, W., Seligowski, A. V., Wasfy, M. M., Guseh, J. S., Churchill, T. W., Rosovsky, R. P., Fayad, Z., Rosenzweig, A., … Tawakol, A. (2024). Effect of Stress-Related Neural Pathways on the Cardiovascular Benefit of Physical Activity. Journal of the American College of Cardiology, 83(16), 1543–1553. https://doi.org/10.1016/j.jacc.2024.02.029
全面分析帕金森病分子特征，开启糖组学治疗新篇章
最新研究通过深入研究糖蛋白学，首次在帕金森病的不同阶段识别了疾病分子特征的关键目标，为未来治疗和诊断提供了新的方向。研究团队采用了一种跨学科的方法，结合了糖组学、转录组学和蛋白质组学，全面分析了帕金森病患者黑质-纹状体N-糖组的变化。研究结果表明，与帕金森病相关的神经炎症状态显著变化，例如黑质和纹状体区域的唾液酸化增加了3%，岩藻糖化增加了5%，黑质中的低聚甘露糖N-糖增加了2%。此外，黑质中的唾液酸酶mRNA表达降低，UPR途径上调。体外实验进一步验证了特定糖基化酶变化如何影响细胞功能，为发展针对性的糖组学治疗提供了理论基础。研究发表在PNAS Nexus上。
#帕金森病 #糖组学 #神经退行性疾病 #分子特征 #治疗开发
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Rebelo, A. L., Drake, R. R., Marchetti-Deschmann, M., Saldova, R., & Pandit, A. (2024). Changes in tissue protein N-glycosylation and associated molecular signature occur in the human Parkinsonian brain in a region-specific manner. PNAS Nexus, 3(1), pgad439. https://doi.org/10.1093/pnasnexus/pgad439
环境毒素，帕金森病的起源和传播的新假设
来自丹麦奥胡斯大学医院领导的国际团队发表的最新研究，在探讨帕金森病和Lewy体疾病的起因中，将目光转向了环境毒素，如农药、工业化学品和空气污染，这些都是引发病理改变的可能触发因素。研究人员使用临床评估、活体成像和病理学检查来跟踪病理变化的传播。通过分析嗅觉系统和肠道神经系统的α-突触核蛋白病理变化，研究团队提出了一种新的疾病模型。模型预测，通过鼻子吸入的毒素可能导致嗅觉系统中α-突触核蛋白的病理变化，这些变化随后传播并引发Lewy体疾病的大脑优先亚型。同样，通过口服的毒素可通过肠道引起α-突触核蛋白的病理变化，然后通过副交感和交感途径扩散，最终产生身体优先的亚型。研究发表在Journal of Parkinson’s Disease上。
#环境毒素 #帕金森病 #Lewy体痴呆 #病理学变化 #预防策略
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Dorsey, E. R., De Miranda, B. R., Horsager, J., & Borghammer, P. (2024). The Body, the Brain, the Environment, and Parkinson’s Disease. Journal of Parkinson’s Disease, Preprint(Preprint), 1–19. https://doi.org/10.3233/JPD-240019
用粪便改善帕金森病症状，2 期试验结果良好
在帕金森病中，一种名为α-突触核蛋白的蛋白质会错误折叠并聚集成团块，进而损害大脑中产生多巴胺的神经细胞，引发典型的帕金森症状。当前的治疗方法主要是用药物替代多巴胺，但这些治疗通常会随着时间失去效果，并伴有副作用。研究显示，这些蛋白质团块可能在疾病的非常早期阶段就在肠壁形成，之后通过连接肠道和大脑的迷走神经到达大脑细胞。这一过程可能受到肠道细菌的影响。
为此，根特大学医院神经学部门的Patrick Santens教授领导的团队，联合进行了一项研究，旨在调查将健康供体的肠道细菌通过粪便微生物移植（FMT）转移到患者体内，是否能对帕金森病症状的发展产生显著影响。这项名为GUT-PARFECT的临床研究招募了处于早期阶段的帕金森病患者以及健康的供体，后者将他们的粪便捐赠给根特Stoelgangbank。所有参与的帕金森病患者通过鼻子插入的管子，将粪便混合物直接输送到小肠中。临床研究显示，在12个月后，接受积极治疗的组别在运动症状方面相比安慰剂组显示出显著改善。该研究成果已在eClinicalMedicine杂志上发表。
#帕金森病 #肠道微生物移植 #神经退行性疾病 #治疗创新 #临床研究
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Bruggeman, A., Vandendriessche, C., Hamerlinck, H., Looze, D. D., Tate, D. J., Vuylsteke, M., Commer, L. D., Devolder, L., Raes, J., Verhasselt, B., Laukens, D., Vandenbroucke, R. E., & Santens, P. (2024). Safety and efficacy of faecal microbiota transplantation in patients with mild to moderate Parkinson’s disease (GUT-PARFECT): A double-blind, placebo-controlled, randomised, phase 2 trial. eClinicalMedicine, 71. https://doi.org/10.1016/j.eclinm.2024.102563
新的数学模型可预测阿尔茨海默病的个体化疾病进程
在阿尔茨海默病的研究中，杜克大学医学院与宾夕法尼亚州立大学的科学家合作开发了一种创新的数学模型，以个性化的方法预测疾病进展。这项研究由杜克大学的Jeffrey R. Petrella领导，涵盖了多学科的研究团队，他们使用超过800名参与者的实际数据来构建模型。
该研究通过阿尔茨海默病神经影像学倡议收集的数据，采用了基于淀粉样蛋白级联假说的阿尔茨海默病生物标志物级联模型。模型使用微分方程系统分析四种生物标志物的数据，成功地为每位参与者创建了反映个体疾病特征的14个参数。这些参数能够显著区分不同临床诊断组别，预测未来生物标志物水平的准确性高，大部分受试者的预测误差率低于20%。此外，研究还发现了两种明显的内表型组，显示了不同的生物标志物和疾病进程轨迹。 研究发表在The Journal of Prevention of Alzheimer’s Disease上。
#阿尔茨海默病 #数学模型 #个性化医疗 #生物标志物 #疾病预测
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Petrella, J. R., Jiang, J., Sreeram, K., Dalziel, S., Doraiswamy, P. M., Hao, W., & Alzheimer’s Disease Neuroimaging Initiative. (2024). Personalized Computational Causal Modeling of the Alzheimer Disease Biomarker Cascade. The Journal of Prevention of Alzheimer’s Disease, 11(2), 435–444. https://doi.org/10.14283/jpad.2023.134
新型人类神经元模型如何揭示阿尔茨海默病治疗新靶点？
威尔康奈尔医学院的科学家开发了一种新的人类神经元模型，有效模拟了阿尔茨海默病和额颞叶痴呆中tau蛋白聚集体的传播，这是导致认知衰退的关键过程。
研究团队利用CRISPR技术改造人类干细胞的基因组，使其表达与病理性老化大脑相关的tau形式。通过CRISPRi筛选，他们禁用了一千个基因来探索它们在tau传播中的作用，发现500个具有显著影响的基因。研究中特别发现了UFMylation级联作用在tau传播中的作用。体外和体内抑制UFMylation级联作用可有效阻断Tau传播，为开发新的治疗策略提供了强有力的证据。这项研究发表在Cell期刊上。
#阿尔茨海默病 #tau蛋白 #CRISPR技术 #UFMylation级联作用 #人类神经元模型
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Bravo, C. P., Giani, A. M., Perez, J. M., Zhao, Z., Wan, Y., Samelson, A. J., Wong, M. Y., Evangelisti, A., Cordes, E., Fan, L., Ye, P., Zhu, D., Pozner, T., Mercedes, M., Patel, T., Yarahmady, A., Carling, G. K., Sterky, F. H., Lee, V. M. Y., … Gan, L. (2024). Human iPSC 4R tauopathy model uncovers modifiers of tau propagation. Cell, 0(0). https://doi.org/10.1016/j.cell.2024.03.015
基因表达改变如何诱发孤独症？
孤独症谱系障碍（ASD）的发病机理复杂，与遗传因素紧密相关。在这一领域内，日本的研究团队，包括来自Juntendo大学、RIKEN和东京大学的科学家，发现了KMT2C基因在ASD发展中的重要角色。
研究团队通过创建带有KMT2C基因杂合子移码突变的基因工程小鼠模型，模拟了人类ASD患者的基因状态。通过行为分析，这些小鼠展现了类似于ASD的特征，如社交障碍、灵活性降低和工作记忆损害。进一步的转录组分析揭示，与ASD风险相关的基因在这些小鼠中被上调。通过单细胞RNA测序，研究揭示了特定细胞类型（如径向胶质细胞和未成熟神经元）在ASD风险基因表达中的变化。值得注意的是，研究还测试了vafidemstat——一种LSD1抑制剂，发现它能够显著改善突变小鼠的社交障碍，并通过调整DEGs以恢复正常的转录组状态，展现了治疗ASD的潜力。研究发表在Molecular Psychiatry上。
#孤独症谱系障碍 #KMT2C基因 #转录组分析 #vafidemstat #LSD1抑制剂
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Nakamura, T., Yoshihara, T., Tanegashima, C., Kadota, M., Kobayashi, Y., Honda, K., Ishiwata, M., Ueda, J., Hara, T., Nakanishi, M., Takumi, T., Itohara, S., Kuraku, S., Asano, M., Kasahara, T., Nakajima, K., Tsuboi, T., Takata, A., & Kato, T. (2024). Transcriptomic dysregulation and autistic-like behaviors in Kmt2c haploinsufficient mice rescued by an LSD1 inhibitor. Molecular Psychiatry, 1–17. https://doi.org/10.1038/s41380-024-02479-8
磁共振引导聚焦超声技术在神经疾病治疗中的应用进展
中国人民解放军总医院的研究团队对MRgFUS技术在颅内疾病治疗方面的应用进行了综述，这项技术因其非侵入性、无需全麻等优点而受到关注。通过检索PubMed、Embase和Web of Science数据库，该团队总结了自2013年至2023年间，MRgFUS在治疗基本性震颤、帕金森病、强迫症、重度抑郁障碍等颅内疾病的临床应用。
研究发现，高强度聚焦超声（HIFUS）通过摩擦热引起组织的分子振动，高精度地破坏（消融）目标组织。这项技术在治疗基本性震颤、帕金森病及各种精神障碍如强迫症（OCD）和重度抑郁障碍（MDD）中显示出前景。低强度聚焦超声（LIFUS）结合微泡注射可以暂时打开血脑屏障（BBB），增强药物输送到大脑，但其神经生物学效应仍需进一步研究。研究发表在Meta-Radiology期刊上。
#MRgFUS #颅内疾病 #神经调节 #血脑屏障 #神经影像学
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Lu, H., Zhong, Y., Xiong, Y., Wang, X., Huang, J., Li, Y., & Lou, X. (2024). Magnetic resonance-guided focused ultrasound in intracranial diseases: Clinical applications and future directions. Meta-Radiology, 2(1), 100065. https://doi.org/10.1016/j.metrad.2024.100065
AI for Brain Science
神经元活动峰值的精确识别：Kilosort软件的最新进展
在全球范围内，神经科学家们依赖于Kilosort软件，以分辨出单个神经元的活动峰值，进一步理解大脑如何处理信息。最近，由位于HHMI的Janelia研究园区的Marius Pachitariu领导的研究团队发布了Kilosort的最新版本——Kilosort4，它在处理性能、使用简便性以及准确度上都有显著改进。
Kilosort4的开发受到基于图的聚类算法的启发，显著提升了性能。研究团队开发了一个现实模拟框架，该框架能够使用来自实际实验的电场数据生成非固定的刺激波形和现实噪声，从而在各种模拟条件下测试Kilosort的性能。研究结果表明，几乎所有版本的Kilosort都优于其他算法，特别是Kilosort4在所有测试条件下均表现最佳，能够准确识别即使在高漂移条件下幅度低和空间范围小的神经元。研究发表在Nature Methods上。
#Kilosort4 #神经科学 #算法优化 #数据处理 #神经元识别
阅读论文：
Pachitariu, M., Sridhar, S., Pennington, J., & Stringer, C. (2024). Spike sorting with Kilosort4. Nature Methods, 1–8. https://doi.org/10.1038/s41592-024-02232-7
恢复丢失语音的神经解码
纽约大学的一支跨学科研究团队，采用脑皮层电图（ECoG）技术收集脑部信号，并将这些信号通过深度学习框架转换成语音。该框架包括一个能够将ECoG信号转化为可解释语音参数的解码器，及一个将这些参数转化为频谱图的新型语音合成器。通过48名参与者的实验，研究证实了该方法的高度可复制性和有效性。值得注意的是，该研究还发现右半球在语音解码中的重要作用，为左半球损伤后的治疗提供了新思路。研究成果已发布在Nature Machine Intelligence期刊上。
#神经语音假肢 #深度学习 #电皮质图 #语音合成器 #脑机接口
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Chen, X., Wang, R., Khalilian-Gourtani, A., Yu, L., Dugan, P., Friedman, D., Doyle, W., Devinsky, O., Wang, Y., & Flinker, A. (2024). A neural speech decoding framework leveraging deep learning and speech synthesis. Nature Machine Intelligence, 1–14. https://doi.org/10.1038/s42256-024-00824-8
家庭游戏环境如何影响儿童语言使用？
在Rebecca Waller博士领导的情感、发展、环境及神经遗传学（EDEN）实验室进行的一项新研究探索了家庭游戏环境如何影响父母和孩子间的互动方式。该研究采用计算语言学方法分析了79对父母-孩子（5-6岁）在玩社交情感技能游戏（“社交背景”）和数学游戏（“非社交背景”）时的音频记录。
研究发现，社交背景下父母和孩子更频繁地使用社交情感和认知词汇，而非社交背景下则更多使用数学词汇。此外，社交背景下父母和孩子使用社交情感语言的一致性更强。有行为问题的孩子在社交背景下使用较少的社交情感词汇，具有冷漠无情特质的孩子在两种背景下都使用较少的认知词汇。这些发现不仅揭示了不同游戏环境对孩子语言使用的影响，还突显了在家庭互动中识别儿童行为问题的潜在语言标记。研究发表在Scientific Reports上。
#家庭互动 #语言使用 #行为问题 #社交情感技能 #计算语言学
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Sun, S., Plate, R. C., Jones, C., Rodriguez, Y., Katz, C., Murin, M., Pearson, J., Parish-Morris, J., & Waller, R. (2024). Childhood conduct problems and parent–child talk during social and nonsocial play contexts: A naturalistic home-based experiment. Scientific Reports, 14(1), 1018. https://doi.org/10.1038/s41598-024-51656-w
人工智能使视网膜成像速度提高100倍
美国国立卫生研究院的科学家们利用人工智能显著改进了自适应光学光学相干断层扫描（AO-OCT）技术，这是一种在临床和研究中广泛使用的眼科成像技术。该团队由国家眼科研究所的Johnny Tam博士领导，他们的工作专注于解决使用AO-OCT成像视网膜色素上皮（RPE）细胞时遇到的主要挑战之一：斑点现象。研究团队开发了一种名为并行鉴别器生成对抗网络（P-GAN）的新型AI方法，能够从单个AO-OCT体积中恢复被斑点遮蔽的细胞特征，从而避免了传统上需要采集和平均大量体积以提高图像对比度的做法。通过应用P-GAN，研究人员不仅将RPE细胞的图像对比度提高了3.5倍，而且将可视化这些细胞所需的时间缩短了99倍。研究发表在Communications Medicine上。
#人工智能 #自适应光学 #光学相干断层扫描 #视网膜色素上皮细胞 #成像技术
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Das, V., Zhang, F., Bower, A. J., Li, J., Liu, T., Aguilera, N., Alvisio, B., Liu, Z., Hammer, D. X., & Tam, J. (2024). Revealing speckle obscured living human retinal cells with artificial intelligence assisted adaptive optics optical coherence tomography. Communications Medicine, 4(1), 1–10. https://doi.org/10.1038/s43856-024-00483-1
机器学习解码大脑的自发想法
在Hong Ji Kim和Woo Choong-Wan的领导下，与达特茅斯学院的Emily Finn合作的研究团队，探索了使用功能性磁共振成像和机器学习技术实时预测人脑中自发思维的情感维度的可能性。该研究提供了一种新方法，通过分析个人叙事与大脑活动的关联来研究通常难以捕捉的内部思维流。
通过收集49名参与者在阅读个人故事时的大脑活动数据，研究团队构建了预测模型来解码思维中的自我相关性和情感价值。他们发现，默认模式网络、腹侧注意力网络和前额顶叶网络对预测这些维度尤为重要。前岛叶和中扣带皮层有助于自我相关性预测，左侧颞顶交界处和背内侧前额叶皮层有助于效价预测。此外，模型还成功应用于199名参与者在无任务、静息状态下的自发思维数据，显示出解码日常梦想的潜力。研究发表在PNAS上。
#自发思维 #功能性磁共振成像 #情感维度 #预测模型 #心理健康
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Kim, H. J., Lux, B. K., Lee, E., Finn, E. S., & Woo, C.-W. (2024). Brain decoding of spontaneous thought: Predictive modeling of self-relevance and valence using personal narratives. Proceedings of the National Academy of Sciences, 121(14), e2401959121. https://doi.org/10.1073/pnas.2401959121
UMBRAE：大脑信号的统一多模态解码
近期的一项研究通过使用大脑信号解码技术，成功实现了跨主体的多模态理解能力。这项名为UMBRAE的技术，通过结合自然场景数据集（NSD）和COCO数据集，构建了一个名为BrainHub的新基准测试。研究团队通过这个基准，对脑部字幕和脑部基础任务进行了详尽的测试。
研究中的脑部字幕任务利用了多语言大模型（MLLMs）的强大能力，通过解码脑信号来描述视觉场景。UMBRAE模型在这一任务中表现出色，能够生成与实际视觉输入紧密相关的描述，显著优于传统模型。在脑部基础方面，该技术通过解码来自不同个体的脑信号，准确地恢复出图像中的空间信息，进一步证明了其对细节的高度敏感性和准确性。
这项技术不仅展示了其在多模态解码任务上的优势，还通过跨主体训练策略，显示了其在不同个体间的泛化能力。此外，该研究还探索了弱监督适应新主体的可能性，即使是使用非常有限的数据，也能快速适应新的脑信号模式。
#大脑信号解码 #多模态理解 #脑部字幕 #脑部基础 #弱监督学习
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Xia, W., de Charette, R., Öztireli, C., & Xue, J.-H. (2024). UMBRAE: Unified Multimodal Decoding of Brain Signals (arXiv:2404.07202). arXiv. http://arxiv.org/abs/2404.07202
测试时训练技术，提升抑郁症检测性能
在加拿大达尔豪斯大学和矢量研究所的最新研究中，研究团队通过测试时训练（TTT）技术，显著提升了抑郁症检测模型在面对数据分布变化时的性能。这项研究针对自动化抑郁症评估系统，尤其是在不同的背景噪音、性别偏见及数据收集过程中测试模型的鲁棒性。
研究方法包括使用预训练的音频掩码自编码器（AudioMAE）进行测试时训练，以适应测试样本中的分布变化。研究结果显示，与常规测试模型相比，TTT技术能够有效地减少由环境噪声和数据采集方式带来的分布偏差影响，进而改善模型的准确性和可靠性。
此外，研究还涉及两种不同的数据集，包括内部的抑郁症标记数据集和DAIC-WOZ数据集，这为交叉数据评估提供了支持。通过广泛的实验比较，TTT方法在多种分布变化情景下均表现出较高的性能，验证了其在实际应用中的潜力。
#抑郁症检测 #测试时训练 #音频掩码自编码器 #数据鲁棒性 #自动化评估系统
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Dumpala, S. H., Sastry, C. S., Uher, R., & Oore, S. (2024). Test-Time Training for Depression Detection (arXiv:2404.05071). arXiv. https://doi.org/10.48550/arXiv.2404.05071
如何构建可靠且富有同情心的抑郁症诊断对话
在近日发表的一篇研究论文中，上海交通大学的研究团队提出了一个名为SEO的创新本体定义和生成框架，旨在提高抑郁症诊断对话系统的可靠性和同情心。该研究首次在真实对话场景中正式定义了任务导向聊天（TOC），并通过结合任务导向对话（TOD）和闲聊成分，展现了其在抑郁症诊断中的实际应用潜力。
研究团队通过一系列实验验证了新框架的效果，包括意图预测、对话状态追踪和响应生成等关键任务。实验结果显示，SEO框架显著提升了系统在这些任务上的性能。在意图预测方面，结合BERT模型的分类和生成模型，展现出了较高的准确性和语义理解深度。而在对话状态追踪任务中，专注于捕捉对话状态变化的Res-Track策略，比基线分类器表现更为优越。
更为重要的是，在响应生成任务中，基于SEO标注的D4模型在处理45种不同意图时，表现出了优于原始D4模型的响应生成能力。这一点尤其突显了SEO框架在提高对话系统同情心表达和用户互动质量方面的潜力。
#抑郁症筛查 #对话系统 #SEO本体框架 #情感支持 #任务导向对话
阅读论文：
Lan, K., Ming, C., Yao, B., Chen, L., & Wu, M. (2024). Towards Reliable and Empathetic Depression-Diagnosis-Oriented Chats (arXiv:2404.05012). arXiv. http://arxiv.org/abs/2404.05012
突破性记忆模型：密集关联记忆模型（CDAM）的研究进展
随着神经网络和机器学习领域的迅速发展，研究者们一直在寻找能够更有效处理复杂记忆模式的新方法。传统的神经网络模型虽然在许多应用中表现出色，但在处理连续值记忆模式和复杂动态系统时，仍面临诸多挑战。为了解决这些问题，研究者提出了一种新型的密集关联记忆模型（CDAM），该模型集成了自动关联和异质关联两种机制，能够在统一的框架下处理记忆模式。
CDAM利用任意图结构来语义地链接记忆模式，通过理论和数值分析揭示了四种不同的动态模式：自动关联、窄范围异质关联、宽范围异质关联和中性静息。模型还展示了如何通过调整自动关联和异质关联的平衡，精确控制记忆的回忆范围，这对于处理真实世界数据和复杂序列具有重要意义。
CDAM不仅成功模拟了神经科学实验，还在图像检索和有限自动机模拟中表现出色。此外，该模型在多尺度社区结构提取和视频数据序列记忆方面的应用，展现了其作为一个强大的工具在多个领域的潜力。通过对CDAM的进一步研究，研究者希望能够更深入地理解大脑如何处理和存储复杂的信息。
#密集关联记忆模型 #记忆模式处理 #神经网络 #自动关联 #异质关联
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Burns, T. F. (2024). Semantically-correlated memories in a dense associative model (arXiv:2404.07123). arXiv. https://doi.org/10.48550/arXiv.2404.07123
ChatGPT在生物信息学图形解读中展现潜力
随着大语言模型（LLM）基础的聊天机器人技术的发展，其在生物信息学数据分析中的应用开始显现出前景。尤其是GPT-4V版本引入了图像输入功能，这为科学图形的解读提供了新的可能性。最新研究通过在癌症研究中的应用实例，评估了该技术在解释序列数据分析、多模态网络药物重新定位及肿瘤克隆演化图表中的表现。
结果显示，虽然GPT-4V能够精确识别和解释不同类型的图表，但在颜色感知和视觉元素的量化分析方面存在缺陷。此外，尽管GPT-4V能够起草图例和总结发现，但其在没有详细指导的情况下，仍倾向于依赖直接的图形内容反馈。这表明在使用此技术进行科学图形解读时，严格的校对和专家的参与验证是必不可少的。研究还指出，机器人在处理图表的手动编辑元素时表现不佳，如定位分析和颜色识别，这进一步凸显了其在处理更复杂数据时的限制。研究发表在Npj Precision Oncology上。
#生物信息学 #聊天机器人 #图形解读 #颜色感知 #人机协同
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Wang, J., Ye, Q., Liu, L., Guo, N. L., & Hu, G. (2024). Scientific figures interpreted by ChatGPT: Strengths in plot recognition and limits in color perception. Npj Precision Oncology, 8(1), 1–8. https://doi.org/10.1038/s41698-024-00576-z
敲击小脑增强大脑对假肢装置的控制
近年来，神经假肢技术正在为失能患者提供新的恢复希望。西达赛奈医疗中心的研究团队发表的研究首次揭示了小脑在控制神经假肢设备中的重要性。研究采用了将电极植入大鼠的运动皮层和小脑的方法，通过监听这两个脑区的神经元活动来研究小脑在学习神经假肢控制中的作用。研究发现，在学习过程中，运动皮层（M1）与小脑的局部场电位（LFPs）显示出3至6赫兹的一致性，这种神经同步性对于神经假肢的控制至关重要。此外，通过光遗传学技术抑制小脑中不同神经元群体的活动，研究显示，小脑的活动对于维持管道控制的准确性和学习控制动作至关重要。研究发表在Science Advances上。
#神经假肢 #小脑 #脑机接口 #光遗传学 #神经协调
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Abbasi, A., Rangwani, R., Bowen, D. W., Fealy, A. W., Danielsen, N. P., & Gulati, T. (2024). Cortico-cerebellar coordination facilitates neuroprosthetic control. Science Advances, 10(15), eadm8246. https://doi.org/10.1126/sciadv.adm8246
AI模型可准确评估产后女性的PTSD
由马萨诸塞州总医院的Sharon Dekel领导，与以色列巴伊兰大学的Alon Bartal合作的研究团队，最近完成了一项关于使用人工智能技术筛查产后创伤后应激障碍（CB-PTSD）的研究。这种心理健康问题每年影响全球数百万经历了创伤性分娩的女性。
研究使用基于自然语言处理的机器学习技术，分析了1295名在过去六个月内分娩的18岁以上女性的分娩叙述。通过开发一个利用“text-embeddings-ada-002”（ADA）模型数值向量表示的机器学习模型进行叙述分类，该模型以0.81的F1分数显示出优异的性能，明显优于ChatGPT及其他六个大型文本嵌入模型。研究结果表明，该模型不仅能有效识别CB-PTSD，还可能推广至其他心理健康障碍的评估，进一步提高患者的诊断和治疗效率。研究发表在Scientific Reports上。
#人工智能 #产后创伤后应激障碍 #自然语言处理 #机器学习 #心理健康
阅读论文：
Bartal, A., Jagodnik, K. M., Chan, S. J., & Dekel, S. (2024). AI and narrative embeddings detect PTSD following childbirth via birth stories. Scientific Reports, 14(1), 8336. https://doi.org/10.1038/s41598-024-54242-2
用大语言模型预测资源匮乏语言中的心理健康问题
近期的一项研究聚焦于利用社交媒体数据预测心理健康状况，特别是在资源匮乏的非洲语言——斯瓦希里语中的应用。研究团队采用了两种创新方法：模型无关的元学习和大型语言模型（LLMs）的应用，以填补当前研究的空白。
研究中，团队首先利用带有自监督功能的元学习模型，这一策略显著提升了模型初始化的质量，从而加速了模型对新任务的适应能力和跨语言转移的效率。实验结果显示，该元训练模型在宏观F1评分上显著超越了标准的微调方法，分别在XLM-R和mBERT上领先18%和0.8%。
同时，研究还利用了大型语言模型的上下文学习能力，评估其在斯瓦希里语心理健康预测任务中的表现。通过分析不同的跨语言提示方法，研究发现使用斯瓦希里语的提示比跨语言提示表现更好，但略逊于英语提示。这一发现表明，通过精心设计的提示模板，可以实现有效的跨语言转移和上下文学习。
#心理健康 #人工智能 #跨语言学习 #大型语言模型 #社交媒体数据分析
阅读论文：
Lifelo, Z., Ning, H., & Dhelim, S. (2024). Adapting Mental Health Prediction Tasks for Cross-lingual Learning via Meta-Training and In-context Learning with Large Language Model (arXiv:2404.09045). arXiv. https://doi.org/10.48550/arXiv.2404.09045
果蝇视觉系统中的归一化
由普林斯顿大学的H. Sebastian Seung教授领导的研究团队，深入探讨了果蝇视觉系统中的Dm（远端髓质）神经元类型。研究发现这些神经元通过介导侧向抑制，实现了视觉信号的归一化处理，这一过程对于稳定和优化视觉感知至关重要。
通过详尽的电子显微镜成像和遗传标记技术，研究团队成功描绘了果蝇视觉系统中超过200种细胞类型的详细连接图。特别地，Dm神经元类型显示出高度的规范化功能，这与现代卷积神经网络中普遍存在的归一化处理类似，但其操作范围针对特定的空间尺度。
研究指出，Dm神经元通过其独特的连接方式，能够调控输入信号，使得视觉响应不仅限于直接的视觉刺激，而是包括了邻近细胞的活动，从而增强了整个视觉场的对比度和细节处理能力。这种机制在Dm神经元中表现为多尺度的规范化功能，有助于果蝇在不同的光照和视觉环境下保持视觉处理的稳定性。
值得注意的是，Dm4神经元类型作为一个例外，其独特的结构和功能表明它可能不参与侧向抑制。这种类型的细胞在视觉信号处理中可能扮演了更为独立的角色，其精确的排列和几乎不重叠的连接为视觉系统的精确计算提供了可能。此外，研究还探讨了Dm20神经元的反馈抑制作用以及其他Dm类型间的相互作用，进一步丰富了我们对视觉系统操作机制的理解。
#视觉系统 #神经元多样性 #归一化功能 #果蝇 #神经科学
阅读更多：
Seung, H. S. (2024). Interneuron diversity and normalization specificity in a visual system (p. 2024.04.03.587837). bioRxiv. https://doi.org/10.1101/2024.04.03.587837
整理｜ChatGPT
编辑｜丹雀 & 存源
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