科学家发现雌性蝗虫的中枢神经系统具有类似超级英雄的能力

科学家发现雌性蝗虫的中枢神经系统具有类似超级英雄的能力"研究人员说："我们不知道几乎任何生物有类似的能力。例如，人类神经系统中的神经最多只能伸展30%而不会撕裂或永久损坏。在未来，这些发现可能有助于再生医学领域的新发展，作为神经恢复和合成组织发展的基础"。这项研究由特拉维夫大学的一个研究小组进行，该小组由弗莱施曼工程学院机械工程学院的Bat-ElPinchasik博士和怀斯生命科学学院动物学学院的AmirAyali教授领导。研究结论最近发表在《iScience》杂志上。从左到右--阿米尔-阿亚利教授、拉克什-达斯博士和巴特-埃尔-平查西克博士。资料来源：特拉维夫大学Pinchasik博士解释说。"当雌性蝗虫准备产卵时，她会在地上挖一个洞，为它们提供保护和孵化的最佳条件。为此，它配备了一个独特的挖掘装置，由两对挖掘阀组成，它们位于腹部顶端，在产卵器（用于产卵的管状器官）的两边。雌性在挖掘时，会伸出她的身体，直到沿其长度方向的传感器发出信号，表明她已经到达一个适合产卵的地方。因此，一只成年雌性动物的身体长度约为4至5厘米，为了产卵，它可能会将身体伸展到10至15厘米长，然后迅速恢复到正常长度，然后再次伸展以进行下一次产卵。"阿亚利教授表示："蝗虫的超能力几乎是科幻小说中才会出现的。自然界中只有另外两个已知的类似现象的例子：抹香鲸的舌头，以及某种类型的海蜗牛，它们的神经系统由于具有类似手风琴的机制而能够大幅延伸。我们试图找出使雌性蝗虫具有奇妙能力的生物力学机制"。在这项研究中，研究人员从雌性蝗虫身上取下了中枢神经系统，并将其置于模拟其自然环境的液体中，其生理条件与体内的生理条件相似。使用高度敏感的测量仪器，他们测量了延长神经系统所需的力量。平查西克博士表示："与以前的假设和我们所熟悉的例子相反，我们没有发现任何类似手风琴的机制。我们发现，雌性蝗虫的神经系统具有弹性特性，这使得它能够拉长，然后自行恢复到原来的状态，准备重新使用，而不会对组织造成任何损害。这一发现从生物力学和形态学的角度来看几乎是不可理解的"。阿亚利教授总结说。"在我们的研究中，我们发现成年雌性蝗虫的中枢神经系统是有弹性的，能够伸展到其原来长度的两到三倍，然后恢复原状，而不会造成任何损害。这是一种令人难以置信的能力，我们不知道在任何其他动物中是否存在。在进一步的研究中，我们将深入调查这一问题，目的是确定实现这一独特功能的具体机制。我们希望将来我们的发现将有助于开发具有高度灵活性的合成组织，并在再生医学疗法中恢复神经"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1339131.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1339131.htm

科学家改变神经元的内在行为以治疗癫痫等神经系统疾病

科学家改变神经元的内在行为以治疗癫痫等神经系统疾病SEAS生物工程助理教授、该研究的共同第一作者刘佳说："我们设想这项技术将为神经科学和行为研究提供高时空分辨率控制神经元的新机会，并开发新的神经系统疾病治疗方法。"光遗传学，即利用光来刺激或抑制神经元，长期以来有望彻底改变研究和治疗由神经元兴奋性过高或过低引起的神经系统疾病。然而，目前的光遗传学技术只能在短期内改变神经元的兴奋性。一旦灯光关闭，神经元就会恢复到原来的行为。纳米技术的最新进展，包括刘和他的团队开创的灵活、可植入的纳米电子技术，有可能长期改变神经元的行为，但这些设备需要植入大脑，而且不能被编程为针对参与疾病的特定神经元。一个神经元的兴奋性由两个主要部分控制--其离子通道的传导性和细胞膜储存电荷的能力，即电容。大多数光遗传学技术以离子通道的传导性为目标，通过打开或关闭一组特定的通道来调控神经元的兴奋性。这种方法可以有效地调整神经元的兴奋性，但只是暂时的。可以把神经元想象成一个电阻-电容电路，把细胞膜想象成一个电介质材料。就像任何电路一样，如果改变材料的电容--在这种情况下是细胞膜--可以长期改变电路的内在兴奋性，从高兴奋性变为低兴奋性，反之亦然。为了改变细胞膜的电容，刘佳与麻省理工学院化学系ThomasD.andVirginiaCabot助理教授XiaoWang合作，使用了对光敏感的酶，这些酶可以在细胞膜的表面触发绝缘或导电聚合物的形成。这些酶可以被设计成针对特定神经元的细胞膜，酶附着在指定的膜上，研究人员使用蓝色波长的光照亮神经元，在几分钟内触发膜上绝缘或导电涂层的生成。他们证明，具有绝缘聚合物涂层的神经元变得更加兴奋，而具有导电聚合物涂层的神经元变得不那么兴奋。研究人员发现，他们可以通过调整光照时间来调整兴奋性--神经元暴露在光照下的时间越长，涂层的绝缘性或导电性就越强。研究小组还表明，兴奋性的变化持续了三天--只要他们能在培养皿中保持神经元的活力。接下来，研究小组的目标是用脑组织切片和动物来测试这种方法。这项工作的总体目标是实现范式转变，将功能材料、结构和设备整合到具有亚细胞和细胞类型特异性的活体神经系统中，这将允许精确操纵亚细胞电化学特性，重塑活体神经系统中神经元的兴奋性。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1335951.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1335951.htm

为保护神经系统，章鱼会重新编辑RNA 让大脑适应海洋温差

为保护神经系统，章鱼会重新编辑RNA让大脑适应海洋温差头足类动物是名闻遐迩的RNA编辑大师，最近新研究更发现随季节变化，有些章鱼会动态编辑自身RNA来改变大脑以适应海洋温度急遽下降。DNA包含制造蛋白质的指令，但它依赖mRNA将这些指令从细胞核传送到负责构建其他蛋白质的蛋白质。通常，mRNA会忠实地复制这些指令，但有时mRNA也会被重新编辑，进而改变蛋白质行为方式甚至构成，比如人类约3%mRNA具有被编辑能力，但这些变化都非永久性。多数海洋生物能承受的温度范围很广，偏偏章鱼缺乏主动调节体温的能力，但这不代表它们没有其他办法了，身为无脊椎动物中智力最高的生物，章鱼、乌贼将mRNA重新编辑的能力发挥到极致，能根据环境条件不同应对进退。为适应海洋温度变化，科学家发现加州双斑蛸（Californiatwo-spotoctopus）这种章鱼能在短短几小时内快速改变数以千计mRNA，以重新编码神经细胞中的关键蛋白质行为，确保神经活动在温度急降时仍维持生理功能。先前研究已知疾病可能导致RNA重新编辑，现在我们知道环境变化也可以影响mRNA编辑。科学家希望进一步研究章鱼如何重新调整RNA以响应温度变化，并厘清这种遗传工具可以为它们带来哪些好处。新论文发表在《Cell》期刊。频道：@TestFlightCN

哈佛大学的科学家们揭示了乌贼和章鱼如何发展出它们聪明的大脑袋

哈佛大学的科学家们揭示了乌贼和章鱼如何发展出它们聪明的大脑袋这不是什么秘密，是什么让它成为可能。头足类动物，包括章鱼、乌贼和墨鱼拥有所有无脊椎动物中最复杂的大脑。然而，它们如何开发这些大型大脑的过程一直是个谜。哈佛大学一个研究这些生物的视觉系统的实验室认为，他们在理解这一过程方面取得了重大进展，因为这些生物的大部分中央处理组织都集中在视觉系统。他们说，这个过程看起来令人惊讶地熟悉。来自FAS系统生物学中心的研究人员描述了他们如何使用一种新的活体成像技术，几乎实时地观察神经元在胚胎中的形成。然后他们能够通过视网膜的神经系统的发展来追踪这些细胞。他们看到的情况让他们感到惊讶。这是本文中产生的实时成像数据的一个例子。眼睛中的细胞膜被标记为荧光染料，使我们能够看到发育过程中的单个细胞行为。资料来源：KristenKoenig他们追踪的神经干细胞的行为与脊椎动物在神经系统发育过程中这些细胞的行为方式极为相似。这表明，尽管脊椎动物和头足类动物在5亿年前就相互分化，但它们不仅在使用类似的机制来制造它们的大大脑，而且这一过程以及细胞的行为、分裂和形状的方式可能基本上布局了开发这种神经系统所需的蓝图。"我们的结论令人惊讶，因为我们对脊椎动物神经系统发育的许多了解长期以来一直被认为是该系的特殊情况，"约翰-哈佛大学杰出研究员和该研究的高级作者克里斯汀-科尼格说。"通过观察这个过程非常相似的事实，它向我们建议的是，这两个独立进化的非常大的神经系统正在使用相同的机制来构建它们。这表明的是，动物在发育过程中使用的那些机制--那些工具--可能对构建大的神经系统很重要。"来自科尼格实验室的科学家们集中研究了一种叫做Doryteuthispealeii的乌贼的视网膜，更简单地说就是一种长鳍乌贼。这种鱿鱼长到大约一英尺长，在西北大西洋中非常多。作为胚胎，它们看起来相当可爱，有着圆圆的大脑袋和大眼睛。研究人员使用了与研究模式生物（如果蝇和斑马鱼）所流行的类似技术。他们创造了特殊的工具，并使用尖端的显微镜，可以每十分钟拍摄一次高分辨率的图像，连续拍摄数小时，以观察单个细胞的行为。研究人员使用荧光染料来标记细胞，以便他们能够绘制和跟踪它们。这种活体成像技术使研究小组能够观察被称为神经祖细胞的干细胞以及它们是如何组织的。这些细胞形成了一种特殊的结构，称为假上皮细胞。它的主要特征是细胞被拉长，所以它们可以密集地排列。研究人员还看到这些结构的细胞核在分裂前后都会上下移动。他们说，这种运动对于保持组织的有序性和生长的持续很重要。这种类型的结构在脊椎动物物种如何发展其大脑和眼睛方面是普遍的。在历史上，它被认为是脊椎动物的神经系统能够增长得如此巨大和复杂的原因之一。科学家们已经在其他动物中观察到这种类型的神经上皮的例子，但是他们在这个例子中观察的乌贼组织在其大小、组织和细胞核的移动方式上与脊椎动物的组织异常相似。这项研究由科尼格实验室的研究助理FrancescaR.Napoli和ChristinaM.Daly领导。接下来，该实验室计划研究头足类动物大脑中不同的细胞类型是如何出现的。科尼格想确定它们是否在不同的时间表达，它们如何决定成为一种类型的神经元而不是另一种，以及这种行动在不同的物种中是否相似。科尼格对摆在面前的潜在发现感到兴奋，他说："这类工作的一个重要启示是，研究生命的多样性是多么有价值。通过研究这种多样性，你实际上可以真正回到关于甚至我们自己的发展和我们自己的生物医学相关问题的基本想法。你可以真正谈论这些问题。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1337677.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1337677.htm

COVID-19可导致脑细胞融合 - 导致慢性神经系统症状

COVID-19可导致脑细胞融合-导致慢性神经系统症状科学家们发现，像SARS-CoV-2这样的病毒可以导致脑细胞融合，从而导致慢性神经系统症状。这个过程中，神经元要么开始一起发射，要么完全停止工作，为病毒感染对大脑的长期影响提供了一个新的视角，并可能适用于其他感染神经系统的病毒。资料来源：作者SARS-CoV-2是导致COVID-19的病毒，在初次感染几个月后，在"长COVID"患者的大脑中被检测到。表达来自SARS-CoV-2病毒的SpikeSfusogen和人类受体hACE2的融合神经元（黄色）的图像。资料来源：作者"我们发现COVID-19会使神经元经历一个细胞融合过程，这在以前是没有见过的，"Hilliard教授说。"在神经元感染SARS-CoV-2后，穗状S蛋白会出现在神经元中，一旦神经元融合，它们不会死亡。它们要么开始同步发射，要么完全停止运作"。作为一个比喻，希利亚德教授将神经元的作用比作连接厨房和浴室的开关的电线。他说："一旦发生融合，每个开关要么同时打开厨房和浴室的灯，要么都不打开。这对两个独立电路来说是个坏消息。"该发现为病毒感染后持续的神经系统影响提供了一个潜在的解释。Martinez-Marmol博士说："在目前对病毒进入大脑时所发生的事情的理解中，有两种结果--要么是细胞死亡，要么是炎症。但我们已经展示了第三种可能的结果，那就是神经元融合"。Martinez-Marmol博士说，许多病毒在其他组织中引起细胞融合，但也会感染神经系统，并可能在那里引起同样的问题。"这些病毒包括艾滋病毒、狂犬病、日本脑炎、麻疹、单纯疱疹病毒和寨卡病毒，"他说。"我们的研究揭示了病毒感染期间发生的神经系统事件的新机制。"这有可能是神经系统疾病和临床症状的一个主要原因，目前仍未得到探索"。研究人员感谢麦考瑞大学的LarsIttner教授和YaziKe副教授、赫尔辛基大学的GiuseppeBalistreri副教授以及昆士兰大学的KirstyShort副教授和FredericMeunier教授的合作努力。该研究发表在《科学进展》上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1364649.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1364649.htm

科学家从章鱼视觉系统的地图中发现大脑进化的新线索

科学家从章鱼视觉系统的地图中发现大脑进化的新线索章鱼大脑的荧光图像显示不同的不同类型的神经元的位置信用：Niell实验室他们在一篇新的科学论文中列出了章鱼视觉系统的详细地图。在该地图中，他们对大脑中专门用于视觉的部分的不同类型的神经元进行了分类。这一结果对其他神经科学家来说是一个宝贵的资源，提供了可以指导未来实验的细节。此外，它还可以让我们更广泛地了解大脑和视觉系统的进化情况。该团队今天（10月31日）在《当代生物学》杂志上报告了他们的发现。CrisNiell在俄亥俄大学的实验室研究视觉，主要是在小鼠身上。但是几年前，博士后JuditPungor给实验室带来了一个新物种--加州双点章鱼。尽管传统上它并不被用作实验室的研究对象，但这种头足类动物很快就引起了俄亥俄大学神经科学家的兴趣。与小鼠不同，小鼠并不以拥有良好的视觉而闻名，"章鱼有一个惊人的视觉系统，它们的大脑中有很大一部分专门用于视觉处理，"Niell说。"它们的眼睛与人类的眼睛非常相似，但在那之后，大脑就完全不同了。"章鱼和人类的最后一个共同祖先是在5亿年前，此后，这些物种在非常不同的环境中进化。因此，科学家们不知道视觉系统的相似之处是否超出了眼睛的范围，或者章鱼是否反而使用了完全不同种类的神经元和大脑回路来实现类似的结果。"看到章鱼的眼睛如何与我们的眼睛相似地进化，思考章鱼的视觉系统如何能够成为更普遍地理解大脑复杂性的模型是一件很酷的事情，"Niell实验室的研究生和该论文的第一作者MeaSongco-Casey说。"例如，是否有基本的细胞类型是这种非常聪明、复杂的大脑所需要的？"在这里，研究小组使用遗传技术来确定章鱼视叶中不同类型的神经元，这是大脑中专门用于视觉的部分。他们挑选出六大类神经元，根据它们发出的化学信号进行区分。观察这些神经元中某些基因的活动，然后发现更多的亚型，为更具体的作用提供了线索。在某些情况下，科学家们精确地指出了特定的神经元群在独特的空间排列中--例如，在视叶周围的一圈神经元都使用一种叫做辛胺的分子发出信号。果蝇在活动时使用这种类似于肾上腺素的分子来增加视觉处理。因此，它也许在章鱼中也有类似的作用。"现在我们知道有这种非常特殊的细胞类型，我们可以开始进入并弄清楚它的作用，数据中大约有三分之一的神经元看起来还没有完全发育。章鱼的大脑在动物的生命周期中不断成长并增加新的神经元。这些不成熟的神经元，尚未整合到大脑电路中，是大脑处于扩张过程中的一个标志！"。然而，该地图并没有像研究人员所想的那样，显示出明显从人类或其他哺乳动物大脑转移过来的神经元组。这些神经元并没有相互映射--它们使用不同的神经递质。但是，也许它们正在进行相同种类的计算，只是方式不同。深入挖掘还需要更好地掌握头足类动物的遗传学。参与这项研究的安德鲁-克恩实验室的研究生加比-科芬（GabbyCoffing）说，由于章鱼在传统上没有被用作实验动物，许多用于果蝇或小鼠的精确遗传操作的工具还不存在于章鱼。有很多基因我们不知道它们的功能是什么，因为我们还没有对很多头足类动物的基因组进行排序。如果没有相关物种的基因数据作为比较点，就很难推断出特定神经元的功能。研究团队正在迎接这一挑战。他们现在正在努力绘制章鱼大脑视叶以外的地图，看看他们在这项研究中关注的一些基因如何在大脑的其他地方出现。他们还在记录视叶中的神经元，以确定它们如何处理视觉场景。随着时间的推移，他们的研究可能会使这些神秘的海洋动物不再那么神秘--同时也为我们自己的进化提供一点启示。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1331421.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1331421.htm