资讯

大脑细胞也要“试镜”

几十年来，神经学家一直在研究，大脑如何能在不需要成长或扩大的情况下，继续学习新技能。有证据表明，脑细胞（神经元、突触和神经胶质细胞）的数量在人们学习之初会增加，但许多最终会被修剪掉，或者被分配到其他角色中去。不过，德国和瑞典联合研究团队在《认知科学趋势》上报告了一个新观点：大脑的膨胀或者收缩是一种达尔文选择过程。

“学习初始阶段的脑细胞会膨胀或增长，然后部分或全部重新规划。”该论文第一作者、德国马普学会人类进化研究所神经学家Elisabeth Wenger说，“这似乎是大脑首先探索各种可能的最佳方式，召集不同的结构和细胞类型进行调试，最后选择最好的，去掉那些不再需要的。”

Wenger把大脑细胞描述为参加试镜的演员，而大脑是导演：大脑通过形成新细胞来召唤候选者，这使得它在体积上有了增长。然后，大脑会让细胞尝试不同的功能——看看哪个能最好地储存或携带信息。一旦确定哪种细胞最有效地发挥作用，大脑会对其他候选者进行否定，或者为其分配不同的角色。

作为证据，研究人员论述了一项研究，即让惯用右手的人学习用左手写字和画画。1个月后，参与者的脑容量增加了，但3周后，他们的大脑几乎恢复正常。研究人员在另一项研究中也观察到类似的结果：让猴子学会使用耙子获取食物。论文中提到的其他研究还包括：人们学习新的手部运动和老鼠区分声音。

研究人员认为，这一理论将影响科学家对神经系统研究的设计。“很明显，在某种程度上，之前的研究设计不足以显示发生的变化的全部范围。”Wenger说，“这个理论要求研究有更多的测量时间点，以适当地显示大脑体积的变化。”

研究揭示自闭症患者对社会化学信号反应异常

《自然—神经科学》在线发表的一篇研究报道显示，与未患自闭症谱系障碍（ASD）的个体相比，ASD患者会对无意识感知的社会化学信号做出不同的，有时甚至是相反的反应。该发现或许可以部分解释为什么ASD患者误读情绪。

哺乳动物通常靠嗅觉解读情绪，并通过对化学信号的认知进行社会交流。有越来越多的证据证明在人类中同样存在包含意义的社会化学信号释放现象。已证明人类化学信号能传达年龄、敌对态度、快乐和恐惧等信息，它们能潜在影响大脑活动和一般性心理及情绪状态。

以色列魏茨曼科学研究院的Noam Sobel及同事发现对“恐惧气味”——如处于压力状态（基于皮质醇水平的高低）的跳伞者分泌的汗液——的无意识接触会增加神经功能正常的个体中植物性神经系统（负责无意识身体功能，如呼吸和心跳）的活动，但是并不会对ASD患者产生影响。

研究人员还发现神经功能正常的个体更信任分泌平静行走时的汗液的人体模型，而不是释放这种恐惧化学信号的人体模型。但是患有ASD的参与者却报告更信任发出“恐惧气味”的模型。此外，对两种不同合成化学信号的无意识接触对神经功能正常的参与者和患ASD的参与者造成相反的影响。

Sobel等人发现两组参与者的嗅觉均正常，因为当被要求区分和评判身体气味时，他们的答案几乎一样，只有对无意识接触到的化学信号才做出不同反应。

作者推测，对化学信号的异常反应比无反应产生更深刻的影响，因为异常反应可能导致对情绪信号的错误解读。

大脑植入物可减轻情绪障碍

释放电脉冲以调整某个人感情和行为的大脑植入物首次在人群中接受测试。由美国军队研究机构——国防部先进研究项目局（DARPA）资助的两个团队已开始进行针对闭环大脑植入物的初步试验。这些植入物利用算法探测同情绪障碍相关的模式，可在没有医生干预的情况下电击大脑并使其重回健康状态。

这项在华盛顿举行的神经科学学会（SfN）上得以展示的研究或许最终可为治疗若干种抵抗现有疗法的严重精神疾病提供了一种方法。同时，它也提出了棘手的伦理问题，尤其是因为该技术可在一定程度上让研究人员实时获取某个人的内心感受。

在SfN会议上，来自南加州大学的电气工程师Omid Sani同加州大学旧金山分校神经科学家Edward Chang共同展示了心情如何被“编码”在大脑中的首幅地图。研究人员同6名大脑中植入电极的癫痫患者合作，在1～3周的时间里详细追踪了他们的大脑活动和心情。通过比较两种信息，研究人员创建了一种算法，以“解码”患者不断变化的心情。一些广义的模式浮现出来，尤其是在此前被同心情联系起来的大脑区域。

Sani介绍说，一旦他们找到合适的志愿者，Chang及其团队将随时测试这种新的闭环系统。Chang表示，该团队已在人群中测试过一些闭环刺激。但由于此项工作仍是初步的，因此他拒绝提供细节。

另一个由DARPA资助、来自麻省综合医院的团队正在采用另一种方法。他们没有探测特定的情绪或精神疾病，而是想绘制同出现在多种疾病中（比如在注意力集中或同理心方面存在困难）的行为相关的大脑活动。在SfN会议上，研究人员报告了其研发的旨在当某个人从设定任务中（比如匹配数字图像或者辨识面部情绪）分心时刺激大脑的软件。

研究人员发现，向大脑中涉及决策和情绪的区域释放电脉冲可显著改善测试参与者的表现。该团队还描绘了当某个人因健忘或分心而在特定任务中的表现开始下滑时出现的大脑活动。研究发现，通过电刺激，他们能逆转这种状况。

新型植入装置利用激光向耳朵发射声音

一种新的植入装置利用光脉冲刺激听觉神经，从而改善了现有的耳蜗植入物。

传统植入物依依赖于一系列直接靠在内耳膜上的电极，并且利用电信号刺激下方的听觉神经。不过，植入它们可能进一步损伤听力，同时电流会很轻易地在神经组织中扩散，从而刺激附近细胞。对病人来说，这是一种噪音。

一项由瑞士电子与微科技中心协调开展的研究基于最近发现的光声效应，即细胞可被红外光脉冲刺激。不过，这到底是如何发生的一度成为一些争议的来源。

一种理论认为，它之所以能起作用，是因为用光脉冲快速加热的神经细胞导致其去极化，从而触发动作电位。另一种竞争性的理论是，激光脉冲迅速加热内耳中的水分子，从而引发令头发振动的微小冲击。这和声波通常起作用的方式相似。

如今，来自德国汉诺威激光中心的Nicole Kallweit和同事发现了支持后一种理论的证据：他们的系统在听觉神经完好但失去头发细胞的豚鼠中无法发挥作用。

研究人员表示，这支持了光声刺激理论。他们打算利用这种对声光效应的改良，开发新一代耳蜗植入物。研发这种设备是耗资400万欧元且由欧盟提供部分资助的“产生自然光声的主动式植入物”项目的一部分。

研究人员的下一个关注点是让该系统变得更加节能，从而使电池持续更长时间。现有耳蜗植入物将不会被代替。相反，很有可能两种技术会被结合起来，从而为患者提供既拥有更大灵活性又能随着时间流逝适应其需求的系统。

噬菌体或帮助维持人体健康

噬菌体在一战士兵的粪便中被发现能杀死细菌。一个世纪后，这种病毒又因在人体内可能扮演的角色而正在引发新的关注。从海洋到土壤，噬菌体几乎无处不在。如今，一项研究表明，人类每天通过肠道吸收多达300亿个噬菌体。

尽管这种病毒最终去了哪里仍不得而知，但最新数据和其他研究让科学家怀疑，人体内大量的噬菌体——“噬菌体组”是否可能通过调节免疫系统影响生理机能。“基础生物学告诉我们，噬菌体不会同真核细胞相互作用。”澳大利亚莫纳什大学噬菌体研究人员Jeremy Barr表示，但他现在认为“这完全是胡说八道”。Barr主导了上述发表于mBio电子期刊的研究。

几十年来，大多数关于噬菌体的医学研究关注的是将这些细菌寄生虫转变成抗生素。虽然在噬菌体疗法方面也有一些令人瞩目的成功案例，但它一直未成为一种可靠的治疗方法。

Barr的早期研究证明，噬菌体可能自然而然地帮助保护人类免遭病原体侵袭。通过对从珊瑚到人类的各种动物进行研究，他发现，和保护人类牙龈和肠道的噬菌体一样，黏液层中噬菌体的丰度是周边环境中的4倍多。事实证明，噬菌体的蛋白质外鞘可同一种人体大量分泌的和水共同组成黏液的黏蛋白结合。

附着在黏液上使噬菌体得以遇到更多的细菌猎物。Barr由此在一系列体外研究中证实，这些病毒保护底层细胞免遭可能的细菌病原体侵袭，从而提供了一个额外的免疫层。

如今，Barr发现，噬菌体可从肠道黏液进入人体。在实验室培养皿中，该团队发现，排列在人类肠道、肺部以及包围大脑的毛细血管等各部位的上皮细胞能吸收噬菌体并将其运输到体内。虽然传输机制仍不明确，但研究人员发现了被裹在细胞囊泡内的噬菌体。他们根据实验室中的上皮细胞吸收噬菌体的速率估测，一个人每天可能吸收多达300亿个噬菌体。

波兰科学院免疫学与实验疗法研究所分子生物学家Krystyna Da?browska表示，最新研究很好地展示了噬菌体可能如何进入人体。不过，她提醒说，实验室培养皿同活体动物的肠道并不相同，同时Barr论文中使用的一些细胞是癌症细胞。它们和普通细胞相比，可能拥有不同的噬菌体吸收速率。

三种分子有助判断糖尿病风险

澳大利亚与美国科研人员的一项新研究发现，有三种分子可以用来检测实验鼠出现胰岛素抵抗的情况，从而判断其糖尿病患病风险。

胰岛素抵抗是指胰岛素促进机体摄取和利用葡萄糖的效率下降，容易引发肥胖、高血压和高血糖等症状，导致2型糖尿病。引发胰岛素抵抗的因素十分复杂，包括基因和环境等多个方面，其具体机制尚不清楚。

澳美两国科研人员组成的研究团队在美国《生物化学杂志》上报告说，他们选择三组不同品种的实验鼠作为研究对象，给它们喂食高脂肪饲料和普通饲料两种食物，综合考察基因和环境等因素对代谢的影响。研究人员随后借助机器学习等先进技术，对相关指标进行代谢组学分析。

结果发现，“C22：1辅酶A”“乙酰肉碱”和“C16神经酰胺”这三种与代谢有关的分子，是检测实验鼠胰岛素抵抗情况的最佳指标。将这三种分子结合起来考察，检测的准确率会更高。

参与研究的悉尼大学教授詹姆斯·戴维说，及早诊断出胰岛素抵抗，可以为糖尿病的早发现、早治疗提供帮助。研究人员将以此为切入点，进一步研究引发糖尿病等代谢疾病的多种因素及深层机制。

日研究人员用iPS细胞培养出肺泡

日本研究人员最新利用人类诱导多能干细胞（iPS细胞）培养出肺泡，这将有助于肺病新药研发或肺病的再生医疗应用。

据《日本经济新闻》报道，京都大学一个研究小组向人类iPS细胞添加特殊的蛋白质和低分子化合物等，成功培养出了肺部气体交换的主要部位——肺泡。肺泡属于肺的功能单位，负责向血液输送氧气并接收二氧化碳。

iPS细胞是利用皮肤细胞等体细胞，经诱导因子处理后转化而成的细胞，其功能和胚胎干细胞类似，能分化成各种组织和器官。

诺贝尔奖得主京都大学教授山中伸弥等人于2007年11月在美国《细胞》杂志上发表了有关制成iPS细胞的论文。10年来，有关iPS细胞的研究日盛，在药物研发和再生医疗方面都被寄予厚望，其中一些研究已经进入临床阶段。

激素让女性更易得哮喘

女性患哮喘的几率是男性的两倍，而这种差异可能是性激素对肺细胞的影响引起的。美国范德堡大学和约翰斯·霍普金斯大学的研究人员发现，睾丸激素会阻碍一个与哮喘症状有关的免疫细胞，例如肺部的炎症和粘液分泌。

“当我们开始这项研究时，我们曾认为卵巢激素会增加炎症。”范德堡大医学中心的Dawn Newcomb说，“但我很惊讶地发现睾酮在减轻炎症方面更重要。”

之前有研究发现,在青春期之前,男孩患哮喘的几率比女孩大1.5倍。但这一趋势在青春期后逆转，变成女性患哮喘的几率是男性的两倍。而且，这种模式一直持续到女性进入更年期，然后哮喘发病率开始下降。研究人员怀疑性激素可能参与其中。

Newcomb和同事分析了人类和老鼠的细胞，以进一步研究这种性别差异的趋势。他们专注于固有淋巴样2型细胞（ILC2细胞）。这些细胞能产生导致肺部炎症和粘液产生的细胞因子，使呼吸变得更困难。研究人员收集了患有哮喘和无哮喘者的血液，发现哮喘患者的ILC2细胞比没有哮喘的人多。而哮喘女患者的ILC2细胞比哮喘男患者多。

研究人员在小鼠的肺里也发现了ILC2细胞，但数量很少。与他们在人类身上发现的结果相似，Newcomb团队发现，他们从雄老鼠身上的ILC2细胞比雌老鼠少。

当研究人员将雌激素和孕酮等卵巢激素添加到ILC2细胞时，他们并没有看到细胞产生细胞因子的能力变化或提高。然而，当他们添加睾丸激素时，他们发现该荷尔蒙阻止了细胞的扩张，减少了细胞因子的产生。未来，研究人员还希望进一步研究更多性激素对哮喘的影响。

不接触皮肤即可监测生命体征

英国《自然》旗下新刊《自然·电子》杂志在线发表一项成果，美国科学家将身体外部和内部的运动转变成射频信号，研发出一种不直接接触皮肤便可监测人体生命特征的最新方法。该技术将来还可以同时监测多人，为医护人员提供一种高性价比且温和的方法，来监护住院病人。

生命体征是维持机体正常活动的支柱，也是医生用来判断病情轻重和危急程度的重要指征，主要包括心率、脉搏、血压、呼吸、血氧等等的改变或恶化。在现实的治疗和护理中，测量病人的生命体征是不可或缺的步骤，医护人员必须全方面地了解生命体征的意义。但是，目前通用的方法都需要直接接触皮肤，针对病况不同，有些时候这一测量非常不便，或者效率、准确度很低，影响了及时采取有效措施进行救治。

美国康奈尔大学的研究团队，此次创建了一种新方法，能直接将病人的外部和内部运动转变成射频信号。这种技术被命名为近场相干传感，利用附在织物天线上的射频识别（RFID）标签进行工作。天线则放置在皮肤附近，比如衬衫口袋或袖口。

研究人员表示，电磁信号的相位对射频电源与接收器之间的距离敏感，可用于评估外部的胸部运动。信号的振幅对这样的变化敏感度更低，因此可用于感知体内运动。

团队成员对多项生命体征进行了测试，表明该技术目前可以用来有效监测病人的心率、血压、呼吸率和呼吸难度，并有望在未来形成一种能多人同时进行的、低成本的生命体征监测系统。

科学家揭示低温等离子体杀灭鼻咽癌细胞机制

低温等离子体是近年来兴起的一种癌症治疗方法，中科院合肥物质科学研究院医学物理与技术中心宋文成副研究员等人近期发现了低温等离子体杀灭鼻咽癌细胞的机制。

等离子体是物质的第四种状态，主要由离子、电子及中性粒子组成。近年来，低温等离子体在医疗方面的研究和应用发展迅速，特别是在肿瘤治疗领域，低温等离子体可以“选择性”杀死癌细胞，抑制细胞增殖，为癌症治疗提供了一种新方法。

等离子体能直达病灶部位，有效杀死鼻咽癌细胞，但其分子机制尚不明确。本研究通过自主开发的低温等离子体装置处理鼻咽癌细胞（CNE-2Z），发现等离子体诱导产生的活性氧和活性氮显著抑制CNE-2Z活力并导致其凋亡，抗氧化剂N-乙酰半胱氨酸能阻断等离子体诱导CNE-2Z细胞凋亡。等离子体通过CHOP、p53、Bax蛋白上调和Bcl-2蛋白下调，来触发线粒体和内质网应激诱导CNE-2Z细胞凋亡。

据了解，该研究成果有助于人们理解等离子体杀灭鼻咽癌细胞的机制，并为今后实际应用于癌症治疗提供了理论依据。

新方法可灵敏检测肿瘤标志物

肿瘤标志物的检测有助于发现各类早期癌症隐患。我国科学家通过发展一种新型的氧化石墨烯放大荧光各向异性法，实现了肿瘤标志物miRNA-21的灵敏检测，有助于推动相关肿瘤疾病的早期精确诊断。相关研究成果发表在《分析化学》期刊上。

miRNA是一类具有基因调控功能的小分子核糖核酸，在细胞生长、分化等生物作用中扮演重要角色，与多方面的病理情况密切相关。其中miRNA-21在多种肿瘤组织中异常表达，被视为重要的肿瘤标志物。提高肿瘤标志物检测的灵敏度对于相关疾病的早期诊断至关重要，也是科学界研究的热点。

据论文第一作者、西南大学化学化工学院副教授甄淑君介绍，荧光各向异性法是生物医学分析中常用的检测方法，但由于miRNA-21具有低含量、易降解、尺寸小、相互序列相似性高等特点，在检测中通常难以产生明显的信号变化。研究团队使用氧化石墨烯作为荧光各向异性放大剂，同时利用双核酸催化组装技术实现信号变化增强。实验结果显示，这一方法使得可检出的miRNA-21最低浓度从9100皮摩尔降至47皮摩尔，检测限大幅降低，同时检测的灵敏度提高了4.3倍。

“新方法提高了传统氧化石墨烯放大荧光各向异性法的灵敏度和选择性，从而实现对癌症标志物的简单、快速、灵敏检测。”甄淑君介绍，该方法已被成功用于检测喉癌细胞、肺腺癌细胞等不同癌细胞中的miRNA-21，未来有望应用于临床诊断，提高相关肿瘤疾病的早期检测水平。

科学家发现高致病性肺炎克雷伯氏菌耐药机制

河南农业大学杜向党教授团队对来源于人和动物的肺炎克雷氏菌进行了回溯性研究，找到了高致病性肺炎克雷伯氏菌的耐药机制。

肺炎是一种常见疾病，其中重症肺炎对人的生命危害很大。对于肺炎的治疗，在抗生素出现之前大约有三分之一的人难免一死。抗生素出现后肺炎的致死率大大降低，但随着近年来抗生素的广泛使用，肺炎病原菌逐渐产生了耐药性。因此，国内外众多研究成果均显示，兼具有多药耐药和高毒力特性的碳青霉烯类药物耐药肺炎克雷伯氏菌已成为重症肺炎的重要病原，给感染控制带来了巨大挑战。

杜向党团队通过试验发现了兼具有高毒力和多药耐药特性的高致病性肺炎克雷伯氏菌的出现，并且发现其多个毒力基因和耐药基因分别位于毒力质粒和耐药质粒上，同时他们还发现高致病性肺炎克雷伯氏菌流行株中已存在替加环素耐药株，且通过试验找到了导致高致病性肺炎克雷伯氏菌流行株对替加环素耐药的基因变异体，再加上其他研究人员关于高致病性肺炎克雷伯氏菌多粘菌素耐药的研究，也就是说，目前最有效治疗高致病性肺炎克雷伯氏菌引起的重症肺炎的药物——多粘菌素和替加环素正在面临逐渐失效的危机。

据悉，2011—2016年间，杜向党团队在收集的临床病人样本中共检测到4株高致病性肺炎克雷伯氏菌，通过多位点序列分型显示均为亚洲流行的ST11型。通过S1脉冲场凝胶电泳、Southern 印迹杂交和全基因组学测序的分析显示，4株高致病性肺炎克雷伯氏菌均含有两个不同类型的质粒，即毒力质粒（大小为280或230kb）和blaKPC-2阳性耐药质粒（大小为54或78kb）。拉丝试验证实CR-HvKP具有高粘性的特点，导致其在环境中具有高度的传播性。

由于高致病性肺炎克雷伯氏菌不仅对氨基糖苷类、氟喹诺酮类、磷霉素类等常用抗菌药物耐药，还对被视为“抗生素最后防线”的碳青霉烯类药物耐药，使其可供选择的治疗药物非常有限，仅限于多粘菌素、替加环素等少数几种。该研究同时发现高致病性肺炎克雷伯氏菌流行株中已存在替加环素耐药株。通过试验证实，该高致病性肺炎克雷伯氏菌流行株的替加环素耐药表型由位于质粒上的tet(A)基因变异体介导。替加环素耐药高致病性肺炎克雷伯氏菌的出现，进一步限制了该致病菌临床用药的选择。