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大腦細胞也要“試鏡”

幾十年來，神經學家一直在研究，大腦如何能在不需要成長或擴大的情況下，繼續學習新技能。有證據表明，腦細胞（神經元、突觸和神經膠質細胞）的數量在人們學習之初會增加，但許多最終會被修剪掉，或者被分配到其他角色中去。不過，德國和瑞典聯合研究團隊在《認知科學趨勢》上報告了一個新觀點：大腦的膨脹或者收縮是一種達爾文選擇過程。

“學習初始階段的腦細胞會膨脹或增長，然后部分或全部重新規劃。”該論文第一作者、德國馬普學會人類進化研究所神經學家Elisabeth Wenger說，“這似乎是大腦首先探索各種可能的最佳方式，召集不同的結構和細胞類型進行調試，最后選擇最好的，去掉那些不再需要的。”

Wenger把大腦細胞描述為參加試鏡的演員，而大腦是導演：大腦通過形成新細胞來召喚候選者，這使得它在體積上有了增長。然后，大腦會讓細胞嘗試不同的功能——看看哪個能最好地儲存或攜帶信息。一旦確定哪種細胞最有效地發揮作用，大腦會對其他候選者進行否定，或者為其分配不同的角色。

作為證據，研究人員論述了一項研究，即讓慣用右手的人學習用左手寫字和畫畫。1個月后，參與者的腦容量增加了，但3周后，他們的大腦幾乎恢復正常。研究人員在另一項研究中也觀察到類似的結果：讓猴子學會使用耙子獲取食物。論文中提到的其他研究還包括：人們學習新的手部運動和老鼠區分聲音。

研究人員認為，這一理論將影響科學家對神經系統研究的設計。“很明顯，在某種程度上，之前的研究設計不足以顯示發生的變化的全部范圍。”Wenger說，“這個理論要求研究有更多的測量時間點，以適當地顯示大腦體積的變化。”

研究揭示自閉癥患者對社會化學信號反應異常

《自然—神經科學》在線發表的一篇研究報道顯示，與未患自閉癥譜系障礙（ASD）的個體相比，ASD患者會對無意識感知的社會化學信號做出不同的，有時甚至是相反的反應。該發現或許可以部分解釋為什么ASD患者誤讀情緒。

哺乳動物通常靠嗅覺解讀情緒，并通過對化學信號的認知進行社會交流。有越來越多的證據證明在人類中同樣存在包含意義的社會化學信號釋放現象。已證明人類化學信號能傳達年齡、敵對態度、快樂和恐懼等信息，它們能潛在影響大腦活動和一般性心理及情緒狀態。

以色列魏茨曼科學研究院的Noam Sobel及同事發現對“恐懼氣味”——如處于壓力狀態（基于皮質醇水平的高低）的跳傘者分泌的汗液——的無意識接觸會增加神經功能正常的個體中植物性神經系統（負責無意識身體功能，如呼吸和心跳）的活動，但是并不會對ASD患者產生影響。

研究人員還發現神經功能正常的個體更信任分泌平靜行走時的汗液的人體模型，而不是釋放這種恐懼化學信號的人體模型。但是患有ASD的參與者卻報告更信任發出“恐懼氣味”的模型。此外，對兩種不同合成化學信號的無意識接觸對神經功能正常的參與者和患ASD的參與者造成相反的影響。

Sobel等人發現兩組參與者的嗅覺均正常，因為當被要求區分和評判身體氣味時，他們的答案幾乎一樣，只有對無意識接觸到的化學信號才做出不同反應。

作者推測，對化學信號的異常反應比無反應產生更深刻的影響，因為異常反應可能導致對情緒信號的錯誤解讀。

大腦植入物可減輕情緒障礙

釋放電脈沖以調整某個人感情和行為的大腦植入物首次在人群中接受測試。由美國軍隊研究機構——國防部先進研究項目局（DARPA）資助的兩個團隊已開始進行針對閉環大腦植入物的初步試驗。這些植入物利用算法探測同情緒障礙相關的模式，可在沒有醫生干預的情況下電擊大腦并使其重回健康狀態。

這項在華盛頓舉行的神經科學學會（SfN）上得以展示的研究或許最終可為治療若干種抵抗現有療法的嚴重精神疾病提供了一種方法。同時，它也提出了棘手的倫理問題，尤其是因為該技術可在一定程度上讓研究人員實時獲取某個人的內心感受。

在SfN會議上，來自南加州大學的電氣工程師Omid Sani同加州大學舊金山分校神經科學家Edward Chang共同展示了心情如何被“編碼”在大腦中的首幅地圖。研究人員同6名大腦中植入電極的癲癇患者合作，在1～3周的時間里詳細追蹤了他們的大腦活動和心情。通過比較兩種信息，研究人員創建了一種算法，以“解碼”患者不斷變化的心情。一些廣義的模式浮現出來，尤其是在此前被同心情聯系起來的大腦區域。

Sani介紹說，一旦他們找到合適的志愿者，Chang及其團隊將隨時測試這種新的閉環系統。Chang表示，該團隊已在人群中測試過一些閉環刺激。但由于此項工作仍是初步的，因此他拒絕提供細節。

另一個由DARPA資助、來自麻省綜合醫院的團隊正在采用另一種方法。他們沒有探測特定的情緒或精神疾病，而是想繪制同出現在多種疾病中（比如在注意力集中或同理心方面存在困難）的行為相關的大腦活動。在SfN會議上，研究人員報告了其研發的旨在當某個人從設定任務中（比如匹配數字圖像或者辨識面部情緒）分心時刺激大腦的軟件。

研究人員發現，向大腦中涉及決策和情緒的區域釋放電脈沖可顯著改善測試參與者的表現。該團隊還描繪了當某個人因健忘或分心而在特定任務中的表現開始下滑時出現的大腦活動。研究發現，通過電刺激，他們能逆轉這種狀況。

新型植入裝置利用激光向耳朵發射聲音

一種新的植入裝置利用光脈沖刺激聽覺神經，從而改善了現有的耳蝸植入物。

傳統植入物依依賴于一系列直接靠在內耳膜上的電極，并且利用電信號刺激下方的聽覺神經。不過，植入它們可能進一步損傷聽力，同時電流會很輕易地在神經組織中擴散，從而刺激附近細胞。對病人來說，這是一種噪音。

一項由瑞士電子與微科技中心協調開展的研究基于最近發現的光聲效應，即細胞可被紅外光脈沖刺激。不過，這到底是如何發生的一度成為一些爭議的來源。

一種理論認為，它之所以能起作用，是因為用光脈沖快速加熱的神經細胞導致其去極化，從而觸發動作電位。另一種競爭性的理論是，激光脈沖迅速加熱內耳中的水分子，從而引發令頭發振動的微小沖擊。這和聲波通常起作用的方式相似。

如今，來自德國漢諾威激光中心的Nicole Kallweit和同事發現了支持后一種理論的證據：他們的系統在聽覺神經完好但失去頭發細胞的豚鼠中無法發揮作用。

研究人員表示，這支持了光聲刺激理論。他們打算利用這種對聲光效應的改良，開發新一代耳蝸植入物。研發這種設備是耗資400萬歐元且由歐盟提供部分資助的“產生自然光聲的主動式植入物”項目的一部分。

研究人員的下一個關注點是讓該系統變得更加節能，從而使電池持續更長時間。現有耳蝸植入物將不會被代替。相反，很有可能兩種技術會被結合起來，從而為患者提供既擁有更大靈活性又能隨著時間流逝適應其需求的系統。

噬菌體或幫助維持人體健康

噬菌體在一戰士兵的糞便中被發現能殺死細菌。一個世紀后，這種病毒又因在人體內可能扮演的角色而正在引發新的關注。從海洋到土壤，噬菌體幾乎無處不在。如今，一項研究表明，人類每天通過腸道吸收多達300億個噬菌體。

盡管這種病毒最終去了哪里仍不得而知，但最新數據和其他研究讓科學家懷疑，人體內大量的噬菌體——“噬菌體組”是否可能通過調節免疫系統影響生理機能。“基礎生物學告訴我們，噬菌體不會同真核細胞相互作用。”澳大利亞莫納什大學噬菌體研究人員Jeremy Barr表示，但他現在認為“這完全是胡說八道”。Barr主導了上述發表于mBio電子期刊的研究。

幾十年來，大多數關于噬菌體的醫學研究關注的是將這些細菌寄生蟲轉變成抗生素。雖然在噬菌體療法方面也有一些令人矚目的成功案例，但它一直未成為一種可靠的治療方法。

Barr的早期研究證明，噬菌體可能自然而然地幫助保護人類免遭病原體侵襲。通過對從珊瑚到人類的各種動物進行研究，他發現，和保護人類牙齦和腸道的噬菌體一樣，黏液層中噬菌體的豐度是周邊環境中的4倍多。事實證明，噬菌體的蛋白質外鞘可同一種人體大量分泌的和水共同組成黏液的黏蛋白結合。

附著在黏液上使噬菌體得以遇到更多的細菌獵物。Barr由此在一系列體外研究中證實，這些病毒保護底層細胞免遭可能的細菌病原體侵襲，從而提供了一個額外的免疫層。

如今，Barr發現，噬菌體可從腸道黏液進入人體。在實驗室培養皿中，該團隊發現，排列在人類腸道、肺部以及包圍大腦的毛細血管等各部位的上皮細胞能吸收噬菌體并將其運輸到體內。雖然傳輸機制仍不明確，但研究人員發現了被裹在細胞囊泡內的噬菌體。他們根據實驗室中的上皮細胞吸收噬菌體的速率估測，一個人每天可能吸收多達300億個噬菌體。

波蘭科學院免疫學與實驗療法研究所分子生物學家Krystyna Da?browska表示，最新研究很好地展示了噬菌體可能如何進入人體。不過，她提醒說，實驗室培養皿同活體動物的腸道并不相同，同時Barr論文中使用的一些細胞是癌癥細胞。它們和普通細胞相比，可能擁有不同的噬菌體吸收速率。

三種分子有助判斷糖尿病風險

澳大利亞與美國科研人員的一項新研究發現，有三種分子可以用來檢測實驗鼠出現胰島素抵抗的情況，從而判斷其糖尿病患病風險。

胰島素抵抗是指胰島素促進機體攝取和利用葡萄糖的效率下降，容易引發肥胖、高血壓和高血糖等癥狀，導致2型糖尿病。引發胰島素抵抗的因素十分復雜，包括基因和環境等多個方面，其具體機制尚不清楚。

澳美兩國科研人員組成的研究團隊在美國《生物化學雜志》上報告說，他們選擇三組不同品種的實驗鼠作為研究對象，給它們喂食高脂肪飼料和普通飼料兩種食物，綜合考察基因和環境等因素對代謝的影響。研究人員隨后借助機器學習等先進技術，對相關指標進行代謝組學分析。

結果發現，“C22：1輔酶A”“乙酰肉堿”和“C16神經酰胺”這三種與代謝有關的分子，是檢測實驗鼠胰島素抵抗情況的最佳指標。將這三種分子結合起來考察，檢測的準確率會更高。

參與研究的悉尼大學教授詹姆斯·戴維說，及早診斷出胰島素抵抗，可以為糖尿病的早發現、早治療提供幫助。研究人員將以此為切入點，進一步研究引發糖尿病等代謝疾病的多種因素及深層機制。

日研究人員用iPS細胞培養出肺泡

日本研究人員最新利用人類誘導多能干細胞（iPS細胞）培養出肺泡，這將有助于肺病新藥研發或肺病的再生醫療應用。

據《日本經濟新聞》報道，京都大學一個研究小組向人類iPS細胞添加特殊的蛋白質和低分子化合物等，成功培養出了肺部氣體交換的主要部位——肺泡。肺泡屬于肺的功能單位，負責向血液輸送氧氣并接收二氧化碳。

iPS細胞是利用皮膚細胞等體細胞，經誘導因子處理后轉化而成的細胞，其功能和胚胎干細胞類似，能分化成各種組織和器官。

諾貝爾獎得主京都大學教授山中伸彌等人于2007年11月在美國《細胞》雜志上發表了有關制成iPS細胞的論文。10年來，有關iPS細胞的研究日盛，在藥物研發和再生醫療方面都被寄予厚望，其中一些研究已經進入臨床階段。

激素讓女性更易得哮喘

女性患哮喘的幾率是男性的兩倍，而這種差異可能是性激素對肺細胞的影響引起的。美國范德堡大學和約翰斯·霍普金斯大學的研究人員發現，睪丸激素會阻礙一個與哮喘癥狀有關的免疫細胞，例如肺部的炎癥和粘液分泌。

“當我們開始這項研究時，我們曾認為卵巢激素會增加炎癥。”范德堡大醫學中心的Dawn Newcomb說，“但我很驚訝地發現睪酮在減輕炎癥方面更重要。”

之前有研究發現,在青春期之前,男孩患哮喘的幾率比女孩大1.5倍。但這一趨勢在青春期后逆轉，變成女性患哮喘的幾率是男性的兩倍。而且，這種模式一直持續到女性進入更年期，然后哮喘發病率開始下降。研究人員懷疑性激素可能參與其中。

Newcomb和同事分析了人類和老鼠的細胞，以進一步研究這種性別差異的趨勢。他們專注于固有淋巴樣2型細胞（ILC2細胞）。這些細胞能產生導致肺部炎癥和粘液產生的細胞因子，使呼吸變得更困難。研究人員收集了患有哮喘和無哮喘者的血液，發現哮喘患者的ILC2細胞比沒有哮喘的人多。而哮喘女患者的ILC2細胞比哮喘男患者多。

研究人員在小鼠的肺里也發現了ILC2細胞，但數量很少。與他們在人類身上發現的結果相似，Newcomb團隊發現，他們從雄老鼠身上的ILC2細胞比雌老鼠少。

當研究人員將雌激素和孕酮等卵巢激素添加到ILC2細胞時，他們并沒有看到細胞產生細胞因子的能力變化或提高。然而，當他們添加睪丸激素時，他們發現該荷爾蒙阻止了細胞的擴張，減少了細胞因子的產生。未來，研究人員還希望進一步研究更多性激素對哮喘的影響。

不接觸皮膚即可監測生命體征

英國《自然》旗下新刊《自然·電子》雜志在線發表一項成果，美國科學家將身體外部和內部的運動轉變成射頻信號，研發出一種不直接接觸皮膚便可監測人體生命特征的最新方法。該技術將來還可以同時監測多人，為醫護人員提供一種高性價比且溫和的方法，來監護住院病人。

生命體征是維持機體正常活動的支柱，也是醫生用來判斷病情輕重和危急程度的重要指征，主要包括心率、脈搏、血壓、呼吸、血氧等等的改變或惡化。在現實的治療和護理中，測量病人的生命體征是不可或缺的步驟，醫護人員必須全方面地了解生命體征的意義。但是，目前通用的方法都需要直接接觸皮膚，針對病況不同，有些時候這一測量非常不便，或者效率、準確度很低，影響了及時采取有效措施進行救治。

美國康奈爾大學的研究團隊，此次創建了一種新方法，能直接將病人的外部和內部運動轉變成射頻信號。這種技術被命名為近場相干傳感，利用附在織物天線上的射頻識別（RFID）標簽進行工作。天線則放置在皮膚附近，比如襯衫口袋或袖口。

研究人員表示，電磁信號的相位對射頻電源與接收器之間的距離敏感，可用于評估外部的胸部運動。信號的振幅對這樣的變化敏感度更低，因此可用于感知體內運動。

團隊成員對多項生命體征進行了測試，表明該技術目前可以用來有效監測病人的心率、血壓、呼吸率和呼吸難度，并有望在未來形成一種能多人同時進行的、低成本的生命體征監測系統。

科學家揭示低溫等離子體殺滅鼻咽癌細胞機制

低溫等離子體是近年來興起的一種癌癥治療方法，中科院合肥物質科學研究院醫學物理與技術中心宋文成副研究員等人近期發現了低溫等離子體殺滅鼻咽癌細胞的機制。

等離子體是物質的第四種狀態，主要由離子、電子及中性粒子組成。近年來，低溫等離子體在醫療方面的研究和應用發展迅速，特別是在腫瘤治療領域，低溫等離子體可以“選擇性”殺死癌細胞，抑制細胞增殖，為癌癥治療提供了一種新方法。

等離子體能直達病灶部位，有效殺死鼻咽癌細胞，但其分子機制尚不明確。本研究通過自主開發的低溫等離子體裝置處理鼻咽癌細胞（CNE-2Z），發現等離子體誘導產生的活性氧和活性氮顯著抑制CNE-2Z活力并導致其凋亡，抗氧化劑N-乙酰半胱氨酸能阻斷等離子體誘導CNE-2Z細胞凋亡。等離子體通過CHOP、p53、Bax蛋白上調和Bcl-2蛋白下調，來觸發線粒體和內質網應激誘導CNE-2Z細胞凋亡。

據了解，該研究成果有助于人們理解等離子體殺滅鼻咽癌細胞的機制，并為今后實際應用于癌癥治療提供了理論依據。

新方法可靈敏檢測腫瘤標志物

腫瘤標志物的檢測有助于發現各類早期癌癥隱患。我國科學家通過發展一種新型的氧化石墨烯放大熒光各向異性法，實現了腫瘤標志物miRNA-21的靈敏檢測，有助于推動相關腫瘤疾病的早期精確診斷。相關研究成果發表在《分析化學》期刊上。

miRNA是一類具有基因調控功能的小分子核糖核酸，在細胞生長、分化等生物作用中扮演重要角色，與多方面的病理情況密切相關。其中miRNA-21在多種腫瘤組織中異常表達，被視為重要的腫瘤標志物。提高腫瘤標志物檢測的靈敏度對于相關疾病的早期診斷至關重要，也是科學界研究的熱點。

據論文第一作者、西南大學化學化工學院副教授甄淑君介紹，熒光各向異性法是生物醫學分析中常用的檢測方法，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點，在檢測中通常難以產生明顯的信號變化。研究團隊使用氧化石墨烯作為熒光各向異性放大劑，同時利用雙核酸催化組裝技術實現信號變化增強。實驗結果顯示，這一方法使得可檢出的miRNA-21最低濃度從9100皮摩爾降至47皮摩爾，檢測限大幅降低，同時檢測的靈敏度提高了4.3倍。

“新方法提高了傳統氧化石墨烯放大熒光各向異性法的靈敏度和選擇性，從而實現對癌癥標志物的簡單、快速、靈敏檢測。”甄淑君介紹，該方法已被成功用于檢測喉癌細胞、肺腺癌細胞等不同癌細胞中的miRNA-21，未來有望應用于臨床診斷，提高相關腫瘤疾病的早期檢測水平。

科學家發現高致病性肺炎克雷伯氏菌耐藥機制

河南農業大學杜向黨教授團隊對來源于人和動物的肺炎克雷氏菌進行了回溯性研究，找到了高致病性肺炎克雷伯氏菌的耐藥機制。

肺炎是一種常見疾病，其中重癥肺炎對人的生命危害很大。對于肺炎的治療，在抗生素出現之前大約有三分之一的人難免一死。抗生素出現后肺炎的致死率大大降低，但隨著近年來抗生素的廣泛使用，肺炎病原菌逐漸產生了耐藥性。因此，國內外眾多研究成果均顯示，兼具有多藥耐藥和高毒力特性的碳青霉烯類藥物耐藥肺炎克雷伯氏菌已成為重癥肺炎的重要病原，給感染控制帶來了巨大挑戰。

杜向黨團隊通過試驗發現了兼具有高毒力和多藥耐藥特性的高致病性肺炎克雷伯氏菌的出現，并且發現其多個毒力基因和耐藥基因分別位于毒力質粒和耐藥質粒上，同時他們還發現高致病性肺炎克雷伯氏菌流行株中已存在替加環素耐藥株，且通過試驗找到了導致高致病性肺炎克雷伯氏菌流行株對替加環素耐藥的基因變異體，再加上其他研究人員關于高致病性肺炎克雷伯氏菌多粘菌素耐藥的研究，也就是說，目前最有效治療高致病性肺炎克雷伯氏菌引起的重癥肺炎的藥物——多粘菌素和替加環素正在面臨逐漸失效的危機。

據悉，2011—2016年間，杜向黨團隊在收集的臨床病人樣本中共檢測到4株高致病性肺炎克雷伯氏菌，通過多位點序列分型顯示均為亞洲流行的ST11型。通過S1脈沖場凝膠電泳、Southern 印跡雜交和全基因組學測序的分析顯示，4株高致病性肺炎克雷伯氏菌均含有兩個不同類型的質粒，即毒力質粒（大小為280或230kb）和blaKPC-2陽性耐藥質粒（大小為54或78kb）。拉絲試驗證實CR-HvKP具有高粘性的特點，導致其在環境中具有高度的傳播性。

由于高致病性肺炎克雷伯氏菌不僅對氨基糖苷類、氟喹諾酮類、磷霉素類等常用抗菌藥物耐藥，還對被視為“抗生素最后防線”的碳青霉烯類藥物耐藥，使其可供選擇的治療藥物非常有限，僅限于多粘菌素、替加環素等少數幾種。該研究同時發現高致病性肺炎克雷伯氏菌流行株中已存在替加環素耐藥株。通過試驗證實，該高致病性肺炎克雷伯氏菌流行株的替加環素耐藥表型由位于質粒上的tet(A)基因變異體介導。替加環素耐藥高致病性肺炎克雷伯氏菌的出現，進一步限制了該致病菌臨床用藥的選擇。