2021年5月21日Science期刊精华

2021年5月25日讯/生物谷BIOON/---本周又有一期新的Science期刊（2021年5月21日）发布，它有哪些精彩研究呢？让小编一一道来。

图片来自Science期刊。

1.Science：通过脑-机接口唤起触觉，让一名瘫痪17年的人改善对机械臂的控制
doi:10.1126/science.abd0380; doi:10.1126/science.abi7262

大多数身体健全的人认为他们执行简单日常任务的能力是理所当然的---当他们伸手去拿一杯热咖啡时，他们可以感觉到它的重量和温度，并相应地调整他们的握力，以便没有液体溢出。对手臂和手有充分感觉和运动控制的人，在触摸或抓住物体的瞬间就能感觉到他们已经接触到物体，使他们能够自信地开始移动或提起物体。但是，当一个人操作假肢时，这些任务就会变得更加困难，更不用说用意念控制的假肢了。

在一项新的研究中，来自美国匹兹堡大学等研究机构的研究人员描述了如何通过增加大脑刺激来唤起触觉，从而使操作者更容易操纵大脑控制的机械臂。在实验中，用人工触觉补充视觉，将抓取和转移物体的时间减少了一半，从中位时间20.9秒减少到10.2秒。相关研究结果发表在2021年5月21日的Science期刊上，论文标题为“A brain-computer interface that evokes tactile sensations improves robotic arm control”。

研究参与者Nathan Copeland是世界上第一个不仅在他的大脑运动皮层，而且也在他的躯体感觉皮层（somatosensory cortex）中植入微小电极阵列的人，其中躯体感觉皮层是大脑中处理身体感觉信息的区域。电极阵列使他不仅能用意念控制机械臂，还能接收触觉反馈，这与人体的脊髓完好无损时的神经回路运作方式相似。

双向BCI系统概述，图片来自Science, 2021, doi:10.1126/science.abd0380。

在一场车祸导致他的手臂使用受限后，瘫痪了17年的Copeland参加了一项临床试验，旨在测试感觉运动微电极脑-机接口(BCI)，并植入了由贝莱德微系统公司(Blackrock Microsystems)开发的四个微电极阵列，通常也被称为犹他阵列（Utah arrays）。

这篇论文是在早期研究---首次描述了使用微小的电脉冲刺激大脑的感觉区域以唤起人们的手的不同区域的感觉，即使他们因脊髓损伤而失去肢体感觉---的基础上迈出的重要一步。在这项新的研究中，这些作者将从大脑读取信息来控制机械臂的运动与将信息写回去提供感觉反馈结合起来。

2.Science：经验重放与高效的非局部学习相关联
doi:10.1126/science.abf1357

从直接经验中学习很容易---我们总是可以使用试错法，但我们如何从非直接（非局部）经验中学习呢？为此，我们需要额外的机制来连接时间和空间。在啮齿类动物中，据推测海马体重放（hippocampal replay）可促进这一功能。Liu等人使用人类脑磁图结合一个新的基于模型的、以视觉为导向的多路径强化记忆任务，测量了高时间分辨率的大脑信号。该任务旨在区分受试者体内的局部与非局部学习事件。他们发现，人类内侧颞叶的反向顺序重放支持非局部强化学习，并且是解决复杂信用分配问题（如价值学习）的基本机制。

3.Science：从结构上揭示MC4R受体启动饱腹信号的激活机制
doi:10.1126/science.abf7958; doi:10.1126/science.abi8942

黑色素皮质素受体4（MC4R）在调节食物摄入方面发挥着作用：它被一种刺激性激素激活会抑制食欲，而与一种天然拮抗剂结合则会促进食欲。作为对最近MC4R在非活性构象下的结构的补充，Israel等人提出了MC4R与Setmelanotide（一种控制体重的药物）及其G蛋白信号搭档结合在一起时的结构。这项研究揭示了MC4R的激活机制，并解释了为什么setmelanotide作为一种有效的激动剂起作用，而结构类似的化合物SHU9119则是一种抑制剂。该结构还为MCR4突变对体重调节障碍的贡献提供了新见解。

4.两篇Science指出SARS-CoV-2在巴西蔓延
doi:10.1126/science.abh2644; doi:10.1126/science.abh1558

尽管有广泛的初级保健服务网络，巴西在SARS-CoV-2大流行期间遭受了深重的打击。Castro等人利用巴西各州卫生局的每日数据，分析了2020年2月至10月期间COVID-19病例和死亡病例在该国的传播模式。在病例明显出现之前发生的聚集性死亡表明存在未减轻的传播。SARS-CoV-2在巴西流通了一个多月而未被发现，它从圣保罗向北传播。在马瑙斯，在2020年中期的短暂缓解之后，传播达到了前所未有的水平。Faria等人追踪了一个新的名为P.1的更具侵袭性的SARS-CoV-2变种的进化，该变种有17个突变，包括刺突蛋白中的三个（K417T、E484K和N501Y）。经过一段时间的加速进化，这种变种在2020年11月期间在巴西出现。加上P.1的出现，严重的地方不平等和政治动荡加速了这种疾病的传播，这妨碍了联邦政府的迅速反应。

图片来自Science, 2021, doi:10.1126/science.abh2644。

5.Science：活胚胎成像揭示基因表达的空间异质性
doi:10.1126/science.abc3483

在发育过程中，对基因表达的精确控制建立了可重复的模式，导致了器官在正确的时间和地点形成。发育模式的出现主要在转录水平上被研究，但这些转录物的命运却很少被关注。Dufourt等人使用SunTag标记方法对活体果蝇胚胎中单个信使RNA（mRNA）分子的翻译动态进行成像。这项研究揭示了“翻译工厂”---成簇的mRNA和翻译复合物--以及相同的mRNA之间翻译效率的异质性。

6.Science：保护欧洲自然的优先事项
doi:10.1126/science.abc4896

保护科学家们一致认为，应该扩大保护区以保护生物多样性和生态系统服务，但通常很难确定保护区域的优先次序。考虑到促使整个欧洲保护的因素，O'Connor等人的分析包括物种的价值，以>800种脊椎动物的分布为代表；景观的文化价值，以自然旅游等活动为代表；以及碳固存和防洪等生态系统服务的价值。尽管这三个主要特征在景观中往往并不一致，但这些作者发现，在空间保护规划中关注生物多样性是获取一系列自然价值的最有效手段。

7.Science：探究全新世植被变化的速度
doi:10.1126/science.abg1685; doi:10.1126/science.abi9902

尽管人们对工业革命以来发生的快速环境变化有很多了解，但对之前几千年的变化模式却只有零星的了解。Mottl等人利用全球1100多条化石花粉记录，探索了过去18000年的植被变化率。这些作者指出，在晚全新世（距今4.6～2.9万年）期间，变化率明显加快，甚至比与上个冰期结束有关的气候驱动的植被变化更快。此外，晚全新世的植被变化率加速开始于整个陆地群落，表明过去两个世纪的更替加速是一个更深层次趋势的开端。

8.Science：真菌与早期陆地植物的共生
doi:10.1126/science.abg0929; doi:10.1126/science.abi8016

数亿年前，水生植物的进化后代开始出现在干地上。这些新的陆地化的物种不得不应对更多的紫外线照射、干燥和更少的营养物质。Rich等人展示了共生生物真菌如何帮助这些新生的植物品系适应其新的挑战环境。对作为这类植物代表的苔类植物（liverwort）的遗传和代谢分析表明，与丛枝菌根真菌（arbuscular mycorrhizal fungi）进行互利的营养交换可能是这些最早期陆地植物的一个特征。（生物谷 Bioon.com）