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这些你不得不知的神经元重磅研究进展!

来源:本站原创 2018-03-14 23:05

2018年3月14日讯 /生物谷BIOON /——神经元是人类意识的基本单元,也是我们行动的控制器。小编在此为大家总结了最近关于神经元的重磅研究成果。分享给大家!

【1】Nature:重磅!人大脑海马体到成年时不再产生神经元

DOI:10.1038/nature25975


在过去的20年中,成年人每天能够产生数百个新的神经元的证据让人们燃起了增加神经元产生可能具有治疗作用的希望。科学家们猜测促进神经发生可能会阻止或治疗抑郁症、阿尔茨海默病和其他脑部疾病。但是,在一项新的研究中,来自中国复旦大学、美国加州大学旧金山分校和西班牙瓦伦西亚大学的研究人员发现在早期发育后,神经元的产生急剧下降,到成年时嘎然而止,从而浇灭这样的希望。相关研究结果于2018年3月7日在线发表在Nature期刊上,论文标题为“Human hippocampal neurogenesis drops sharply in children to undetectable levels in adults”。

加拿大多伦多病童医院神经科学家Paul Frankland说,对成年人和猴子大脑中的新产生的神经元进行“彻底搜查(exhaustive search)”获得的这些结果“会让很多人失望”。作为另一位观察人士的哥伦比亚大学神经科学家René Hen补充道,“这让人们对神经发生水平太低而不存在功能上的重要性感到担忧”。不过,他和其他人认为这项研究为错误留下了很多空间。Hen说,大脑组织的处理方式、这些已故患者的精神病史或者他们是否遭受脑部炎症都可能解释着为何这些研究人员不能证实早前的鼓舞人心的研究发现。

1998年,成年人体存在神经发生的首个证据来自于已故癌症患者的大脑,这些已故癌症患者在活着时接受了一种被称作溴脱氧尿苷(bromodeoxyuridine)的化学物注射。这种化学物对新的分裂细胞进行标记,而且在大脑组织中,它出现在海马体---一种参与记忆和学习的海马状结构---内的一些神经元中。在2013年,瑞典卡罗林斯卡研究所的Jonas Frisén实验室通过对来自55名死者的大脑中的单个神经元进行碳年代测定支持了这一点。从神经元年龄来看,该团队计算出人体每天替换齿状回---海马体中参与记忆编码的部分---中的700个神经元。

加州大学旧金山分校的Arturo Alvarez-Buylla自20世纪80年代以来一直在研究大脑产生新细胞的能力,对此持怀疑态度。他以展现神经干细胞壁龛如何不断地再生啮齿动物大脑的部分区域而闻名。不过,这种碳年代测定证据并没有让他相信人类维持着类似的神经干细胞库:这种方法涉及“很多假设和能够受到污染或存在着假阳性的步骤”,他说。

在这项新的研究中,Alvarez-Buylla团队与复旦大学附属中山医院神经内科、脑科学院、医学神经生物学国家重点实验室的杨振纲(Zhengang Yang)课题组以及瓦伦西亚大学卡瓦尼列斯研究所比较神经生物学实验室的Jose Manuel Garcia-Verdugo团队合作,花了5年的时间来收集来自不同年龄段(从出生到77岁)的59个人的大脑组织,这些人已死亡,或者因患有癫痫接受外科手术移除部分大脑组织。他们利用荧光抗体对处于不同成熟状态的细胞特异性的蛋白进行标记。通过电子显微镜,他们还寻找了年轻的神经元所具有的特征性的长而细的简单形状。

这些研究人员发现人体在年轻时有大量的神经干细胞和祖细胞---在出生时,每平方毫米的大脑组织平均含有1618个年轻的神经元,但是这些神经元并未形成一个增殖性的神经干细胞层,而且新的神经元的产生数量在1~7岁之间下降了23倍。到成年时,年轻神经元的供应已完全消失。Alvarez-Buylla说,“我们就是没有观察到其他人声称成年人大脑中存在的神经发生。”

Frisén反驳道,使用的这些抗体标记物是非常不可靠的,这是因为背景荧光能够导致混淆的结果。他补充道,使用相同技术的其他团队已观察到成年时的神经发生。Frankland说,“我认为这场争论将会很激烈。很多事情都取决于此。”

【2】Cell:中间神经元迁移调节异常可能导致大头畸形

DOI:10.1016/j.cell.2018.01.031


在一项新的研究中,来自比利时列日大学的研究人员发现迁移的抑制性中间神经元(inhibitory interneuron)与产生兴奋性神经元(excitatory neuron)的干细胞之间进行交谈。他们发现这种细胞对话控制着大脑皮层的生长,并且破坏这种对话会导致之前已发现的与小鼠自闭症存在关联的皮质畸形。相关研究结果发表在2018年2月22日的Cell期刊上,论文标题为“Cell-Intrinsic Control of Interneuron Migration Drives Cortical Morphogenesis”。

大脑皮层含有兴奋性中间神经元和抑制性中间神经元。兴奋性中间神经元是局部产生的,并通过径向滑行(radial sliding)迁移到大脑皮层内的最终位置。抑制性中间神经元是在大脑皮层的较远区域产生的,通过跳跃性移动(saltatory displacement)沿着切向路径进行迁移。在Laurent Nguyen博士的领导下,这些研究人员鉴定出中间神经元跳跃性移动的生理学作用。通过调节中间神经元的细胞骨架,他们能够增加它们的皮层入侵速率,这接着增加投射神经元(projection neuron)的产生速率。他们也指出,这种变化可能导致大头畸形(macrocephaly),而且也可能导致自闭症等精神障碍的典型症状产生.

Nguyen团队研究员Carla G. Silva说,“更准确地说,中间神经元迁移模式的转变通过清除一种被称为羧肽酶1(CCP1)的酶的活性而成为可能。CCP1基因丧失活性会降低中间神经元的跳跃性移动,将它们的运动转变为滑行的迁移模式,同时无需改变它们的平均迁移速度。”

这项研究证实了中间神经元跳跃性移动的生理功能:这种迁徙模式的特点是在迁移的中间神经元群体的非同步暂停时间。这种迁移的异质性调节着到达发育中的大脑皮层的中间神经元数量,从而限制了与产生兴奋性神经元的干细胞进行对话的中间神经元数量。这种控制调节着兴奋性神经元的产生。当暂停被消除时,更多的中间神经元在同一时间迁移,因而大脑皮层被多余的中间神经元暂时定殖。这导致促进干细胞产生过多的兴奋性神经元的信息大量涌入。Nguyen 解释道,将生物学分析与在群体规模下的细胞运动生物信息学建模相结合使得这一发现成为可能。

【3】Neuron:科学家揭示控制神经元细胞成熟的特殊发育剪接程序

DOI:10.1016/j.neuron.2018.01.020


大脑中的神经元细胞能够通过传递电信号或“引燃”动作电位来实现彼此之间的交流,而这一交流过程需要通过轴突和树突来实现,而传递电信号的这种能力常常是在神经元发育和成熟过程中来获得的,然而指导这一复杂过程的分子机制目前研究人员并不清楚。为了揭示控制神经元发育的复杂机制,来自哥伦比亚大学医学中心的研究人员对一种名为选择性剪接的分子调节机制进行了相关研究,相关研究成果刊登于国际杂志Neuron上。

选择性剪接是一种能通过连接不同组合的编码片段来产生多个转录本的过程,这一过程在神经发育过程中具有高度动态性,主要表现为在成千上万个基因中能够实现戏剧性的切换,从而就能产生特殊发育阶段所需要的一套蛋白质产物。选择性剪接的关键调节子就是Rbfox家族蛋白,其在神经元中非常丰富,此前研究人员将这种家族蛋白同多种神经发育障碍相联系,比如自闭症、精神分裂症和癫痫症等。

这项研究中,研究人员通过研究发现,Rbfox基因的缺失会诱发胚胎样的剪接程序,更重要的是,研究者还发现轴突起始片段(AIS)的装配会被明显打断,AIS是轴突近心端的亚细胞结构,其对于离子通道簇以及神经元引发动作电位非常重要;健康的神经元需要动作电位来与其它细胞进行交流,研究者指出,Rbfox基因能够控制锚定蛋白G基因(Ankyrin-G gene)的剪接,从而编码AIS中的互动中心蛋白质,同时,该基因小片段发生的剪接改变还能使其无法完成组装AIS的正常功能,这或许是因为AIS中锚定蛋白G基因的干扰和异常积累所致。

研究者Zhang表示,我们都知道,Rbfox对于控制RNA剪接非常重要,但我们并不理解其为何会促成神经元的成熟,以及其会控制哪种特殊的细胞表型;如今我们发现了一种重要的表型,这就能帮助我们理解神经元兴奋性是如何被控制的,神经元能通过“引燃”动作电位来沟通交流,如果该过程被干扰,神经元或许就无法合适地发挥自己的角色了。

动作电位也被称之为神经脉冲,其是我们大脑向器官和肌肉所发送的电信息,比如,大脑中的神经能够通过神经网络传递动作电位,促进机体的手臂肌肉收缩以便让我们能够拿起物品。此外本文研究中,研究人员还发现很多包含Rbfox的突触、细胞支架及膜蛋白都能调节可变外显子,Rbfox蛋白能被动态调节来影响神经元活性和损伤,而且其在成年人神经系统的损伤修复及神经元可塑性的调节过程中扮演着关键的角色。

在哺乳动物机体中,Rbfox蛋白主要是由三个单独的基因来制造,这些基因彼此之间都是多余的,由于这种多余性的存在,因此目前研究人员仍然无法实现在体内对Rbfox蛋白进行研究,为了克服这一挑战,研究人员与擅长基因工程技术、基因组分析的科学家们通力合作,最终阐明了Rbfox在控制神经元成熟过程中所扮演的角色。本文研究发现或能帮助研究人员在选择性剪接的水平下理解启动并传播神经元动作电位的分子机制。

【4】PLoS Biol:科学家发现胚胎发育过程中调节运动神经元的网络!

DOI: 10.1371/journal.pbio.2003127


UCLA的研究人员发现了一个调节正在生长的鸡和小鼠胚胎中脊髓运动神经元发育的基因网络。研究人员还回答了一个长久以来无法回答的问题:为什么运动神经元(脊髓用于控制肌肉运动的神经元)比其他神经元更快形成。

这项研究于近日发表在《PLOS Biology》上,共同通讯作者包括UCLA Eli and Edythe Broad再生医学和干细胞研究中心的Bennett Novitch以及来自英国伦敦弗朗西斯·克里克研究所的合作者。该研究可以帮助实现干细胞向运动神经云分化。干细胞来源的运动神经元能够用于治疗病变或者损伤的骨髓,并用于研究神经退行性疾病如肌萎缩性脊髓侧索硬化症和脊髓性肌萎缩。

“这项研究详细解释了胚胎如何产生成熟脊髓中的各种细胞。” UCLA神经生物学Ethel Scheibel教授Novitch说道。“我们和生物学家及计算生物学家一起合作运用新技术为我们了解胚胎发育的精准过程带来了希望。”

脊髓中不同的神经细胞会在胚胎发育过程中由神经前体细胞形成。长久以来我们都知道不同的神经元在胚胎发育的不同时期形成,其中运动神经元是脊髓中最先形成的神经元。然而研究人员并不知道为什么运动神经元会以这种方式发育形成。

研究人员使用最新的分子生物学技术评估了神经元形成过程中基因活动的改变。他们通过一种叫做单细胞转录分析的方法完成了这项任务,该技术可以同时检测单个细胞的所有基因活动。这帮助团队同时检测运动神经元形成过程中涉及的200个基因的活动。为了分析这些数据,研究人员开发了计算机软件重建神经元形成过程中基因活动的变化。

分析结果表明一个叫做Olig2的基因产生的蛋白质通过干扰另一个基因家族(Hes基因)的几个成员的活性促进了运动神经元的形成。Hes基因可以抑制神经元形成。研究人员通过抑制或者增加小鼠胚胎或者鸡胚胎脊髓中Olig2的活性确认了Olig2具有促进运动神经元形成的功能。

“在胚胎发育过程中,神经系统会按照精准的程序形成,每一部分都会在准确的时间和位置形成。我们的研究揭示了运动神经元形成过程中的精准程序。”

【5】PNAS:雌激素或能促进神经母细胞瘤细胞成熟成为神经元样细胞

DOI:10.1073/pnas.1710901115


-近日,刊登在国际杂志PNAS上一篇研究报告中,来自瑞典卡罗琳学院的研究人员通过研究发现,女性雌激素或许在神经母细胞瘤的发生过程中扮演着关键角色,神经母细胞瘤是一种主要影响儿童的癌症类型,研究人员通过研究发现,雌激素疗法和雌激素受体的过表达会促进恶性神经母细胞瘤细胞成熟成为神经元样的细胞,相关研究或为后期研究人员开发治疗神经母细胞瘤的新型疗法提供思路和希望。

神经母细胞瘤主要形成于周围神经系统中,其是幼儿最为常见的一种恶性实体瘤,影响着很多婴儿和幼儿的健康,在某些情况下肿瘤会自行消失,大多数的肿瘤都是极具侵袭性的,而且转移性的肿瘤常常会对现代的化疗、外科手术等产生抗性。最具侵袭性的神经母细胞瘤常常和活性基因MYCN直接相关,该基因能够驱动肿瘤细胞生长和扩散,并且还会抑制细胞的成熟。

研究者Marie Arsenian-Henriksson教授表示,我们的研究尤其对该基因的活性以及其同神经母细胞瘤的关系进行了深入探究,MYCN基因通常被认为是患者预后较差的一种标志物,但其对于疾病的研究和后期新型药物的开发也至关重要。此前研究中,研究人员发现,MYCN的激活能够导致特殊microRNAs的产生,microRNAs是一类能够调节蛋白质活性的小型RNA分子,某些microRNAs就能够使得雌激素受体ERα失活;而本文研究则表明,利用microRNA分子或雌激素疗法联合雌激素受体的过量表达所产生的抑制作用就能够促进携带活性MYCN基因的恶性神经母细胞瘤细胞成熟成为神经元样的细胞,这种细胞的行为和正常细胞非常相似。

随后研究人员对来自患者的肿瘤组织、培养中的人类肿瘤细胞以及神经母细胞瘤小鼠模型的肿瘤组织进行研究,在小鼠机体中,这种神经元样的细胞并不会像原始癌细胞一样快速生长,对来自癌症患者的肿瘤组织进行分析,结果表明,表达高水平雌激素受体的肿瘤组织的患者常常存活率较高。

Arsenian-Henriksson教授说道,我们的数据表明,雌激素或许是一种有效的疗法,其能够有效治疗表达高水平雌激素受体的患者,另外一种可能性的疗法则可以通过下调MYCN基因或上调雌激素受体的表达,随后再利用雌激素进行治疗,此前我们研究发现,下调MYCN的表达就能够引发雌激素受体的高水平表达,相关研究由Lars Hierta纪念基金会等机构提供资助。

【6】Nature:鉴定出控制我们行走或奔跑的“起始神经元”

DOI:10.1038/nature25448


运动(locomotion,也译作移动)构成我们执行的最基本的动作。从迈出第一步开始到我们到达我们的目标为止,这是一个复杂的过程。与此同时,运动以不同的速度进行,从而调节着我们多快地从一个地方到达另一个地方。如今,在一项新的研究中,来自瑞典卡罗林斯卡研究所和丹麦哥本哈根大学的研究人员证实作为中脑中的两个区域,楔形核(cuneiform nucleus,CnF)和脚桥核(pedunculopontine nucleus,PPN)在控制小鼠运动的起始、速度和环境依赖性选择方面发挥着特定的作用。相关研究结果于2018年1月17日在线发表在Nature期刊上,论文标题为“Midbrain circuits that set locomotor speed and gait selection”。

哥本哈根大学神经科学系教授Ole Kiehn说,“我们发现,PPN和CnF中的神经元能够起始运动,而且这两个大脑区域中的神经元活动有助于维持较慢的运动并调节它的速度。然而,仅CnF能够引起高速的逃避运动。相反之下,PPN中的神经元活动有利于缓慢的探索性运动。”

虽然运动的精确协调是由脊髓中的神经回路控制的,但是运动的情景控制(episodic control)归因于来自脑干的激活脊髓中的神经回路的下行信号。

尽管已证实主要的参与者是所谓的谷氨酸能神经元(glutamatergic neuron),但是中脑中的神经回路是复杂的,含有很多不同类型的神经元。基于此,这些研究人员使用包括光遗传学在内的多种先进的技术来研究哪些类型的神经元参与其中,以及相关的神经网络所在的位置。通过使用光和定制药物,他们能让一组选定的神经元激活或灭活,从而研究这如何影响小鼠的运动输出。

这些研究人员鉴定出一群“起始神经元(start neuron)”,并且首次证实中脑中的这两个区域如何共同或分别控制运动速度和选择情景依赖性的运动行为。

Kiehn说,“通过鉴定出中脑中的‘起始神经元’,我们对之前的一项研究(Cell, doi:10.1016/j.cell.2015.10.074)---在那项研究中,我们发现了脑干中的让运动停止的‘停止细胞(stop cell)’---提供补充。总之,起始细胞和终止细胞一起确定了运动的情境性。”

这项研究开创了运动控制的新领域,对理解小鼠的正常脑功能是非常重要的。这些研究人员相信,这些结果可能也会让存在运动障碍的人受益。Kiehn说,“在影响基底神经节---PPN的主要输入源之一---的帕金森病患者中,步态紊乱和步态冻结是非常明显的。如今,通过在大脑中植入精细电极(一种被称为深部脑刺激的技术,已经被用于治疗帕金森病中的一些症状),就可能更加精准地靶向CnF或PPN中的神经回路,从而增加运动能力。在遭受运动起始受到强烈影响的脊髓损伤后,也可能能够尝试类似的方法。”

【7】Cell:重磅!首次发现硒或能有效保护大脑中特殊类型的神经元!

DOI: 10.1016/j.cell.2017.11.048


200年前,瑞典科学家Jons Jacob Berzelius就发现了微量元素硒,当时他以月亮女神的名字Selene来对硒进行命名,除了工业应用外,硒还是人类、许多动物以及一些细菌维持机体健康的必须元素,近日,来自德国环境健康研究中心(Helmholtz Zentrum Munchen)的科学家通过研究首次阐明了为何硒是哺乳动物机体的一种限制因子,相关研究刊登于国际杂志Cell上。

多年以来科学家们一直在调查一种新的细胞死亡方式,即铁死亡(ferroptosis);研究人员发现,酶类GPX4在铁死亡过程中就扮演着重要角色,GPX4在其硒半胱氨酸的氨基酸形式中含有硒;为了能够更好地理解GPX4在铁死亡过程中的作用,研究人员建立了GPX4酶类被修饰的小鼠模型并对该模型进行了深入研究,在其中一种模型中,研究者发现,携带特殊形式GPX4(GPX4中硒替代硫)的小鼠并不会存活超过3周,主要原因可能是小鼠会出现神经并发症。

为了寻找背后的原因,研究人员在小鼠的大脑中鉴别出了一种特殊类型的神经元亚群,当包含硒的GPX4缺失时这种特殊神经元就会消失,深入研究后研究者人员发现,在出生后的发育阶段,当用硒替代硫的酶类GPX4缺失时小鼠大脑中的特殊神经元就会缺失。

此外,研究人员还发现,氧化性应激能够有效诱发铁死亡发生,当细胞处于高代谢活性和较高的神经元活动期间就会出现氧化性应激反应,本文研究首次发现,硒对于机体特殊类型的中间神经元在出生后的发育非常必要,含有硒的GPX4酶能够保护这些特殊的神经元细胞免于氧化性应激压力以及铁死亡发生。

研究者Marcus Conrad表示,本文研究还解释了为何特定的含硒酶对于某些有机体非常必要,包括哺乳动物等,而对于某些有机体则是可有可无的,比如真菌和一些高等植物等;后期研究人员还希望通过更为深入的研究来调查细胞中铁死亡发生的机制,作为一个长期目标,研究人员还想阐明铁死亡在多种疾病状况下所扮演的角色,从而为开发有效缓解或治疗疾病的新型疗法提供新的思路和研究线索,比如癌症或神经变性疾病等。

【8】Cell:利用单细胞RNA测序鉴定嗅觉神经元类型

DOI:10.1016/j.cell.2017.10.019


长期以来,科学家们一直在努力鉴定大脑回路的形成方式,以便他们能够了解让存在问题的神经元重新连接起来.如今,在一项新的研究中,美国斯坦福大学的生物学教授Liqun Luo、生物工程与应用物理系教授Stephen Quake及其团队通过逐个细胞地构建出果蝇嗅觉神经元的详细基因蓝图,从而在这个方向上迈出了重要的一步。相关研究结果发表在2017年11月16日的Cell期刊上,论文标题为“Classifying Drosophila Olfactory Projection Neuron Subtypes by Single-Cell RNA Sequencing”。

这项研究的基础想法是理解相对简单的果蝇大脑中的神经元类型,和鉴定指导果蝇大脑中不同类型的神经元准确地形成连接的分子。随着时间的推移,人们想要采用类似的方法研究人大脑中复杂得多的细胞组成,甚至可能有朝一日修复大脑疾病中的错误连接。

这些研究人员着重研究果蝇大脑嗅觉系统中的细胞。之前的实验研究已证实果蝇的嗅觉系统是一种简单的回路,这就使得它成为一种开发新的遗传技术来探测大脑回路如何相连接的理想测试平台。果蝇大脑的嗅觉中心有50种类型的中枢神经神经元(central processing neuron),它们长出将这50种类型的感觉神经元连接在一起的丝状细丝。每对连接在一起的神经元允许果蝇闻出一组气味,当组合在一起时,果蝇能够检测出厨房中无数的水果气味.为了观察这些细胞表达的全部基因,这些研究人员采用一种由Quake开创的方法,从而能够让人们对细胞中的所有mRNA进行测序。Quake及其合作者开发出的这种单细胞测序技术已经得到了广泛的应用,而且也是国际上开发人细胞类型和小鼠细胞类型的综合图谱的基础。但是作为论文第一作者的博士后研究员Hongjie Li和博士生Felix Horns对这种技术进行调整使得它适用于果蝇,这是因为果蝇具有较小的细胞,而且每个细胞具有更少的mRNA。

最终,这些研究人员想要为人神经系统构建基因蓝图,但是他们的第一步必须是鉴定出人大脑中的细胞组分。这是特别具有挑战性的,这是因为尽管能够通过功能、生理学性质、解剖学特征和基因表达来确定细胞的类型,但是人们很难将这些性质进行统一。两个细胞可能具有相同的功能,但是具有不同的生理学性质。Luo说,“人们一直希望单细胞RNA测序会有助于解决这个问题,但是迄今为止,这并不是件简单的事情。”

鉴于在过去的二十年里,Luo和他的实验室已很好地了解果蝇嗅觉系统的功能、生理学性质和解剖学特征,首先研究这种有机体是有帮助的。尽管人们仍在争论人大脑是否具有1000或10000种细胞类型,但是Luo说,我们已知果蝇嗅觉系统中的细胞类型数量。这就使得这种简单的有机体成为将基因表达与细胞类型难题中的其他部分相关联在一起和开发一种最终研究人类大脑的过程的理想测试平台.

尽管这些研究人员离这个目标还有很长的距离,但是他们的发现已对果蝇的心理产生了一些有趣的见解。例如,他们发现在发育期间,当嗅觉神经元选择连接搭档时,不同神经元类型之间的基因表达是不同的。但是随着果蝇发育成熟,不同神经元类型的基因表达模式变得难以区分。Horns说,“一旦大脑建立连接,果蝇就不需要表达这些有助它们选择连接搭档的基因。因此,成年果蝇具有较低的基因表达多样性。”

最终的目标就是开发新的强大工具来理解在人大脑中建立连接的基因蓝图。Li说,“通过进一步开发这种方法,我们希望有朝一日进行逆向设计,可能甚至修复人大脑中的有缺陷的回路。”

【9】Nature:开发出同时记录上百个神经元电活动的新型硅探头

DOI:10.1038/nature24636

多亏霍华德-休斯医学研究所、艾伦脑科学研究所、盖茨比慈善基金会和韦尔科姆基金会资助的一个重大的Neuropixels项目,想要追踪神经系统中的细胞对话的神经科学家们将很快获得易于使用的同时监控大脑中的数百个不同位点的神经活动的技术。在霍华德-休斯医学研究所珍妮莉亚研究园区的研究人员领导的这个投资550万美元的合作项目中,来自珍妮莉亚研究园区、艾伦脑科学研究所和伦敦大学学院的研究人员在过去的四年里与IMEC(比利时鲁汶市的一个国际纳米电子学研究中心)的工程师们一起制造和测试检测活动物大脑中的神经活动的新型设备。这些被称作神经像素探头(Neuropixels probe, Neuropixels探头)的设备将数百个记录电极放在一个啮齿类动物的大脑大部分区域中以至于研究人员能够在单项实验中收集更多的有意义的数据。预计Neuropixels探头在2018年年中可供研究实验室购买。相关研究结果发表在2017年11月9日的Nature期刊上,论文标题为“Fully integrated silicon probes for high-density recording of neural activity”。

珍妮莉亚研究园区资深研究员Timothy Harris说,利用比人的一根头发还要薄的但长度足以同时进入啮齿类动物大脑的多个区域的一个探头上放置的将近1000个电子传感器,这种新的技术能够极大地加快神经科学研究。他说,“你能够更高保真度地和不那么困难地检测来自多个大脑区域的大量神经元的活动。”

这些研究人员证实这些探头和新的数据分析方法能够被用来追踪多个大脑区域中的数百个或者甚至数千个神经元的活动。当前有400多个原型Neuropixels探头在全世界的研究中心里用于测试。

Neuropixels探头类似于神经科学家们几十年来用于检测活动物大脑中胞外电活动的电生理学探头,但是它们整合了两项关键的进展。这些新的探头大约与小鼠大脑一样长,因此它们能够穿过很多不同的大脑区域并且同时收集来自这些大脑区域的数据。记录电极沿着探头的长度密集地分布着,这就使得研究人员能够更加容易地精确确定大脑活动的细胞来源。最终,每个新的探头都整合了一个几乎完整的记录系统,从而减少了硬件的大小、成本和消除了数百根输出电线。

Neuropixels项目于2013年启动,它的雄心勃勃的目标是大幅度地推进检测大脑电活动的技术发展。尽管一些实验室确实有能力同时记录上百个神经元的活动,但是这些实验具有高昂的成本,在技术上存在困难,而且大多数研究人员使用的电生理学探头有16~64个传感器,从而限制了用户在一次实验中能够监控的神经元数量。

【10】Nat Med:肥胖研究重大突破!科学家发现新型免疫细胞或可控制负责破碎脂肪的神经元

DOI:10.1038/nm.4422


近年来,研究人员对引发肥胖的原因进行了很多研究,有些研究结果就发现了机体神经系统和免疫系统之间的关联,近日,一篇刊登在国际杂志Nature Medicine上的研究报告中,来自葡萄牙古尔班基安科学研究所(Instituto Gulbenkian de Ciencia)的研究人员通过研究发现了一种不可预见的免疫细胞群体或许和在肥胖发病过程中扮演关键角色神经元之间存在一定关联。

这些免疫细胞是巨噬细胞,其是一类主要负责机体中炎性反应产生的白细胞,此前研究人员通过研究发现在肥胖发生过程中巨噬细胞在机体脂肪组织炎症产生上扮演关键角色,但他们并不清楚将巨噬细胞同神经元联系起来的作用机制和脂肪破碎之间的关联,如今研究者Domingos的研究团队通过研究发现,特殊的巨噬细胞能够直接同神经元相互接触来影响对脂肪量减少非常关键的神经元的活化。

此前研究者发现,脂肪组织能够被一系列交感神经元所支配,而这些交感神经元能释放诱导脂肪破碎的去甲肾上腺素;这些交感神经元能够直接直接联系特殊类型的巨噬细胞,而这些巨噬细胞则可以创造交感神经元相关的巨噬细胞(SAMs);此外,研究者还发现,SAMs能够清除去甲肾上腺素,相比瘦弱的小鼠而言,肥胖小鼠机体中含有很多能与神经元相吸附的SAMs,这就意味着,SAMs能够通过降低脂肪中去甲肾上腺素的水平来诱发肥胖,进而抑制随后脂肪含量的降低。

通过在小鼠机体中进行一系列遗传学研究,研究人员阐明了SAM介导的去甲肾上腺素破坏背后所发生的分子机制,这种重要机制主要涉及存在于SAMs上(并非其它免疫细胞)的去甲肾上腺素转运蛋白-Slc6a2;研究者还发现,通过SAMs增强脂肪破碎、能量消耗以及体重降低就能够阻断去甲肾上腺素的这种运输机制,同时研究者对人类神经系统样本进行分析后证实,SAMs和去甲肾上腺素清除相关的分子机器同样存在于人类机体中;研究者Ana Domingos说道,去甲肾上腺素转运蛋白在SAMs中所扮演的角色或许能为我们提供一种靶向方法来克服多种已知药物产生的有害脱靶效应,当然,相关研究结果也为后期开发新型抵御肥胖的疗法提供一定的研究基础和思路。据世界卫生组织2014年数据显示,肥胖是一种严重的疾病,其在全球成年人中大约占到了13%的比例。(生物谷Bioon.com)

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