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【进展】脑认知领域最新研究进展一览

时间: 2017-07-11阅读:


来源:生物谷

作者:格格

概要:Krishna M. Bhat等人发现一类叫做Slit的蛋白质对于维持这一网状结构十分重要,在缺失了Slit蛋白的情况下,大脑细胞间的网状结构也就不复存在了。


最近,来自达克萨斯大学医学院的研究者们找到了大脑在发育过程中脑细胞连接的定向分化以及长期时间内的功能维持的原因,相关结果发表在最近一期的《Science Signaling》杂志上。


与其它的网络相似,大脑内部存在多个具备不同功能的区域,例如感知信息,控制机体运动以及形成记忆等等。为了连接不同的区域,共同完成一个较为复杂的工作,大脑需要形成巨大的网络将上述区域进行覆盖。


Krishna M. Bhat等人发现一类叫做Slit的蛋白质对于维持这一网状结构十分重要,在缺失了Slit蛋白的情况下,大脑细胞间的网状结构也就不复存在了。


研究结果发现Slit能够通过与受体蛋白Robo相互作用,帮助脑细胞在正常轨道运行。此外,研究者们还发现这一信号是由一种叫做Mummy的酶所控制的。Mummy能够对Slit进行修饰,从而保证其能够分泌到细胞外侧,此外,Mummy还能够维持Robo在神经系统发育的各个时期的正确分布。


"虽然此前我们对Slit-Robo信号已经有了深入的研究,但研究的重点仍在于大脑发育的早期。我们的研究则表明上述信号对于维持这一神经网络同样重要。这一发现对于防止随着年龄增长出现的大脑功能紊乱具有重要的意义"。


这一研究是果蝇为对象进行的,但相关结果对脑的发育同样具有借鉴意义。


生活总是充满了开心与失落:前一天你还在与心爱的人共享美味的晚餐或参加有趣的活动,后一天或许就会因为与同时或家人争吵而闷闷不乐。不过,如果我们把上一件事中产生的情绪带到下一件事中去时,会改变我们对新情景的看法,有时或许会带来更糟的结果。


最近,来自威斯康星麦迪逊分校的研究者们发现大脑情感"溢出"时会发生的现象。他们第一次准确地找到了负责这一活动的大脑区域。这一发现发表在《Psychological Science》杂志上。


在这一研究中,作者检测了志愿者们对同一张脸的两种表情(前一种为展现微笑,后一种则为面无表情)进行观察。利用经颅磁刺激(TMS)的手段,作者发现大脑的外侧前额叶区域在活性受到抑制的时候会出现更多的情感"溢出"的现象。


这一发现能够帮助我们进一步理解大脑功能的复杂性,以及其中负责情感处理的关键区域。TMS目前已经被批准用于治疗抑郁症,而这一工作也揭示了为什么对前额叶区域的刺激能够提高患者调节负面情绪的能力。


研究者们发现,当大脑的前额叶皮层区域完整的情况下,人们并不会发生多少情感溢出的现象,而当该区域活性受到TMS抑制的情况下,情感溢出的几率就得到了明显的增高。


此外,心理治疗的相关研究结果表明提高心理调节能力以及促进前额叶区域与其它负责情感处理的中枢区域的联系能够起到人们情感调节的能力。如果我们了解这些区域的相互关系之后,将会有利于进一步的精准治疗。



最近,科学家们发现了指导人们做出基于偏好的选择的大脑运行机制。


这项研究是由来自Glasgow神经与心理学研究所的神经学家们做出的,该研究为"决定做出过程"的神经学机制给出了深刻的解释,有助于未来相关研究的进行。


举例来讲,我们选择吃苹果还是吃蛋糕,是基于偏好做出的选择,而大脑是如何做出这种选择的,则是目前一个十分流行的研究热点。


此前,我们并不清楚大脑的哪一部分结构负责做出基于偏好的选择,同时我们也不清楚这种机制与我们纯粹基于感觉做出的选择有何相同点。


该研究的通讯作者Philiastides 博士称:"我们的研究表明基于偏好的选择以及基于感觉的选择可能受到相同的机制调节。我们的发现同时表明基于偏好的选择与执行决定这两项功能是由同一大脑区域负责。我们的发现对于一系列社会经济学的问题具有深远的意义,例如公共政策分析,健康行为、广告营销策略以及产品设计等等。此外,这项研究还能够提高我们对于心理学以及神经退行性疾病的理解"。


在该研究中,研究者们给予志愿者一对不同的零食,例如巧克力棒以及薯片,并且让他们进行选择。为了鉴定参与作出选择这一行为的大脑区域,研究者们给志愿者们戴上了EEG头套,并且利用大脑成像的技术进行信号捕捉。


EEG的信号能够找到大脑活跃的瞬间,而fMRI则能够找到具体的活跃区域。通过分析,研究者们发现大脑后内侧额叶皮层区域是负责基于偏好决定的关键区域。



文章中研究者对特殊大脑过程背后的基因进行了深入研究,该研究或能帮助研究人员开发新型疗法治疗记忆损伤的患者。Genevieve Konopka教授表示,我们的研究提供了多个切入点来帮助理解人类记忆的形成过程,在所鉴别出的基因中,有很多基因此前和记忆并无关联,但如今很多实验室开始对这些基因进行研究,并且阐明这些基因在大脑基本功能发挥过程中扮演的关键角色,比如其是否对大脑发育非常关键?是否对于成年人的行为非常重要等?


此前研究人员通过研究将特殊基因同休眠状态的大脑行为联系了起来,研究者想利用相同的评估策略来计算在活性信息处理过程中大脑的活性如何。为了进行相关研究,研究人员对癫痫症患者进行记忆研究,同时帮助确定患者癫痫症发生的“源头”,研究人员绘制出了这些患者的脑电波来理解哪些模式对于成功的记忆形成非常重要。


结合相关的研究技术,研究人员发现,相比大脑处于休眠状态下的基因而言,还存在一类不同的基因在大脑的记忆加工过程中扮演着关键角色,而且很多基因此前研究者并未发现和任何大脑过程直接相关。研究者Lega希望这项研究能够帮助科学家更好地理解并且治疗多种记忆损伤的疾病,比如癫痫症和阿尔兹海默病等。同时研究者还希望结合其它遗传和认知科学知识来鼓励更多科学家扩展当前他们的研究领域。


最后研究者Lega说道,未来我们希望能够通过联合研究以及高质量的神经科学研究深入阐明大脑记忆发生的机制,并为后期开发治疗诸如癫痫症和阿尔兹海默病的新型靶向性疗法提供思路和帮助。



希望通过纯天然的方式提升自己的情绪,提高自己的记忆力以及保护自己的大脑不会因年龄的增长而衰退吗?


最近一系列的研究,包括两项最近的研究成果,表明任何类型的有氧运动(能提升心率以及持续一段时间的移动以及出汗)对于大脑具有显著的正面影响。"有氧运动对大脑以及心脏都具有十分关键的作用",文章的作者,来自哈佛医学院的研究者们说道。


当然,运动对心情的改善或许在几分钟之内就能够实现,但它对记忆力的提升却需要几周的时间。这意味着最佳的大脑锻炼方式是有氧运动,而且需要持续性地每天坚持45分钟以上。


根据你想实现的具体好处,可能需要不同的锻炼方式,走路或者慢跑。一项有关抑郁症患者的研究结果显示:30分钟左右的散步,持续十天左右的时间,就能够现住地缓解患者的抑郁症状。


根据最近发表在《Journal of Physical Therapy Science》杂志上的一篇文章,有氧运动同时能够帮助普通人释放体内的压力激素,从而缓解压力。对于50岁以上的人来说,结合有氧运动以及抗阻训练具有更加不错的效果。这一结果发表在《British Journal of Sports Medicine》杂志上。具体来说,包括HIIT(高强度间歇训练,例如7分钟的瑜伽,伴随高强度的平板支撑)等等。


另外一项研究发现,对于60-88岁之间的老年人来说,每周坚持4天以上,每天30分钟左右的运动能够有效地增强大脑的连接性,从而防止记忆力的衰退。


当然,研究者们还不清楚为什么有氧运动能够对大脑产生如此明显的作用,但有研究发现它与大脑的血液流动存在一定关系。大脑的血液流速加快能够更好地提供能量与氧气,并且带走代谢废物。


最近一项有关老年女性的研究发现,有氧运动与海马区的大小存在正向相关性,而该区域主要负责学习以及记忆。


6. 多篇文章揭示大脑“中继器”是调控思维产生的关键!



长期以来,人们一直以为大脑中一个"鸡蛋"形的结构仅仅是一个信号的中继器,

但最近的几项研究则揭示了它在调控思维回路中的作用。多项小鼠水平的研究结果表明,丘脑的作用在于维持个体对事物分类的能力以及形成思维的能力。

通过人为地操纵丘脑神经元活性,科学家们能够控制动物寻找奖赏的记忆力。未来,丘脑或许可以作为治疗认知障碍以及精神分裂症等精神疾病的重要靶点。


"如果大脑的工作模式像乐队的话,我们的结果则表明丘脑就是其中的指挥",来自纽约大学的Michael Halassa博士说道:"它能够协调所有成员有序地连接与合作,进而奏出完美的乐曲"。


最近,由三个不同的研究团队(Halassa博士,来自哥伦比亚大学的Joshua Gordon博士与Christoph Kellendonk博士以及来自HHMI的Karel Svoboda博士与Charles Gerfen)分别将他们对丘脑的作用的研究成果发表,相关结果发表在《Nature》、《Nature》以及《Nature Neuroscience》杂志上。


此前人们认为丘脑主要起着中继器的作用,这是因为它与大脑负责信息传递的部分相连接,但丘脑同时还与其它大脑结构具有联系,其中的功能仍没有被揭示。


三个研究组对分析了中/上丘脑以及前叶皮层区域(PFC,负责思考与作出决定)连接的部分进行了研究。大脑扫描结果表明患有精神分裂症以及工作记忆形成障碍的患者大脑的这一区域连接程度明显较低。


Halassa等人发现丘脑与PFC之间的神经元能够相互交流。他们设计了一个让小鼠完成指定的任务(维持对类别的记忆):找到背后藏有牛奶的门的试验,并且在这一过程中通过光遗传学的手段抑制了丘脑相关神经元的活性。结果显示,神经元活性的抑制能够阻断小鼠选择正确门的能力,而刺激该神经元的活性则能够提高动物的表现。这一结果证明了该区域的神经元对于工作记忆维持的作用。


那么究竟丘脑能够帮助维持哪些类型的信息呢?研究者们发现PFC中的部分神经元能够控制小鼠形成对类别的记忆,而丘脑并不是负责传递这一信号,而是能够扩增这一信号的强度。"我们的研究发现了大脑维持对类别的记忆的关键回路",Halassa博士说道。

Gordon博士等人通过设计实验让小鼠在迷宫中寻找牛奶,发现了相同的结果。在这一试验中,小鼠需要准确地记忆自己来时的路,并原路返回找到牛奶。同样利用光遗传学手段,研究者们发下PFC中的一部分神经元能够与海马区发生交流,从而维持记忆。


丘脑向PFC传递的信号能够维持工作记忆,而PFC向丘脑发出的信号则能够进一步增强记忆并促进行动的产生。与此前的研究相符,海马区产生的信号对于PFC的神经元产生寻找奖励的记忆十分重要,这一结果与Halassa的结果十分吻合。


"有意思的是,我们发现了PCF中两类功能完全不同的神经元。一类负责对空间位置的记忆,这部分神经元需要来自海马区的信号激活,而另外一类则负责维持已有的记忆,这部分神经元需要来自丘脑的信号激活" Gordon博士说道:"我们的发现具有一定的临床意义,尤其对于精神分裂症来说十分重要。在未来的研究中,我们应当搞清楚在患者的脑部该神经回路是如何发生了紊乱,以及我们应该如何治疗来缓解患者的症状"。


在Janelia 博士与Gerfen博士的研究中,他们同样发现了丘脑通过与大脑皮层进行双向的交流,从而维持短期记忆的重要性。小鼠需要经过几秒的延迟来记住移动的方向,以及找到奖励。在这种情形下,丘脑通过与皮层负责运动的区域交流发挥功能。神经电信号检测结果表明这两个区域都存在活动现象,表明上述两个结构的共同作用导致小鼠能够顺利的移动。光遗传学实验则表明这种神经元的交流是双向的。


"我们的结果表明大脑皮层的回路本身不能够维持神经元的活性,以达到运动的目的",Gerfen博士说道:"它还需要包括丘脑在内的结构共同作用以达到这一目的"。


我们每个人都清楚,也许某一天,我们的大脑将变得不再灵活,记忆力也将大不如前。


这一观念在我们的脑海中根深蒂固,我们不得不相信自己难以学习新的技能,或者掌握特定信息的能力,例如新的一门语言的能力将大幅下降。


然而,最新的一种理论认为我们其实不必然会导致这种结果。根据来自UCR的心理学教授Rachel Wu的说法,对于成年人来说,如果我们能够像孩子那样持续性的学习的话,是能够重新改变“衰老”的固有特征的。


在发表于《Human Development》杂志上的一篇名为“A Novel Theoretical Life Course Framework for Triggering Cognitive Development Across the Lifespan”的文章中,作者认为正常人认知能力随着年龄的衰弱是由于学习习惯与技巧导致的,而这些习惯对于认知能力来说则是一把“双刃剑”。


“我们强调的是,在人的一生中,我们从婴儿时期的‘广泛性学习’会逐渐发展为成年人的‘专门性学习’。这种转变导致我们在遇到不熟悉的情况时发生认知能力的下降,最终导致我们在所有情形下认知能力的下降”。作者们认为,如果我们能够将认知能力随年龄的变化看做一种发育的必然结果的话,那么我们就有希望从此入手提高老年人的认知健康程度。具体地,如果成年人也能够重新回到‘广泛性学习’模式的话,那么将对他们的认知能力有显著的改善。


作者将“广泛性学习”的特征总结为6类因素:

1. 开放性的思考,输入式的学习模式(善于学习新知识,跳出固化思维);

2. 建立个体化的学习架构(随时与老师保持联系);

3. 相信熟能生巧;

4. 忽略环境的影响(不要怕犯错误);

5. 严肃对待学习;

6. 同时学习多项技能;

此外,作者还总结了“专门性学习”的几大特征;

1. 封闭性的、以知识储备为驱动的学习方式(倾向于熟悉的套路,选择待在舒适区中);

2. 没有学习体系(不会与专家或老师交流);

3. 深受环境的影响(害怕失败);

4. 思维固化;

5. 没有持久力;

6. 一次只学习一种技能;

作者们认为,当我们开始事业的时候,“开放性学习”将开始向“专门性学习”转变,也就是这个时候我们的认知能力“衰老化”开始启动。当我们对日常的工作变得十分熟悉,工作效率越来越高的时候,我们就越难以跳出这个圈子。有时候甚至会因此受到误导。反之,如果我们能够充分认识到这一问题并及早改变的话,我们的认知能力将会得到改善。



日前,一项发表于国际杂志Brain Connectivity上的研究报告中,来自密苏里大学等研究机构的科学家通过研究发现,相比HIV阴性的年轻人而言,进行有限疗法或无任何治疗历史的HIV阳性年轻人的整个大脑结构网络往往会出现严重干扰,而且其大脑神经连接强度和效率也较差,同时这些个体的认知能力也会明显下降;随着大脑结构组织异常性的增加,HIV阳性个体的学习能力以及回忆测试的表现也会变得越来越差。


在这项题为“Topological Organization of Whole-Brain White Matter in HIV Infection”的研究报告中,研究者描述了他们的最新研究发现,即此前没有进行治疗的HIV阳性年轻人的大脑连接往往会出现混乱的状况;此外研究者还发现,个体的认知表现往往和大脑连接性的改变存在功能性的关联性。


研究者Laurie Baker表示,这项研究中,我们利用磁共振成像(MRI)对参与者大脑中的白质以及整个大脑网络结构进行了组织结构的评估,从而确定了在解剖学上的大脑连接性或许能够作为一种有用且非侵入性的生物标志物来指示HIV感染者大脑中白质的破坏情况。


杂志主编Christopher Pawela博士认为,这项研究最有兴趣的地方在于其是对有限治疗或无任何HIV治疗历史的年轻人进行的一项研究,文章中研究者非常罕见地检测到了HIV阳性年轻个体大脑结构和功能上的一些改变(除非个体患上了严重的神经性疾病),实际上研究者也能够在病情得到恢复的年轻个体大脑中检测到这种改变,这或许就提出了一种假设,即HIV的感染和个体大脑结构改变以及相应的认知能力的异常变化或许存在一定关联。


相关研究由美国家心理卫生研究所(National Institute of Mental Health)提供资助,研究者表示,未来他们还将继续进行更为深入的研究来阐明HIV影响感染者大脑连接性和认知能力的原因及分子机制。


虽然医生经常推荐母乳喂养来帮助保护新生儿免受感染和疾病的侵害,但母乳喂养实际上是否对婴儿认知能力有益,我们并不是很确定。


尽管以前的研究表明,母乳喂养对儿童的智力有积极的影响——研究人员说,这可能是因为母乳中的营养成分——现在一项新的研究表明,母乳喂养没有长期的对认知能力的益处。


都柏林大学的一个小组使用来自“成长在爱尔兰”纵向研究项目的数据研究了7,478名儿童,评估了他们在三至五岁时的认知能力。


在评估过程中,他们对孩子进行了问题解决和词汇技能测试,并对其行为进行了评估,包括他们的情绪症状、多动症和与他人的关系。


研究人员发现,在考虑了父母教育和收入等社会经济变量后,目前并没有强有力的证据表明,在婴儿时期被母乳喂养过的儿童,与非母乳喂养的儿童在认知上有差距。


“在母乳喂养和非母乳喂养儿童的认知能力和语言能力上,我们并没有发现任何统计学上的显着差异,”研究人员之一,Lisa-Christine Girard说。

但是在其中一个测试上,结果确实显示出了两种儿童的差别。


“当孩子三岁时,我们确实发现母乳喂养对减少多动症有直接影响,”吉拉德说。 “但是在五岁的时候,这个结果并没发现,这表明随着儿童生长,可能有其他因素影响更大。”


换句话说,“母乳喂养给儿童智力带来好处”的概念可能没有考虑到父母、生活方式和其他社会经济因素,这些因素也是可能影响到孩子的发展和成长的。

“如果适当地控制复杂的变量的话,母乳喂养的长期益处看起来更小或不存在,我认为(这项研究)是为这样的文献量身定做的,”没有参与研究、来自新泽西州艾塞克斯郡学院的统计学家Brooke Orosz说。


“如果我们简单地问:母乳喂养的孩子是否有更好的结果?答案是肯定的。如果问:是母乳改善了大脑,还是父母的教育程度和收入在起作用?答案就很难说。”


虽然新的研究可能无法在这个问题上提供一个明确的答案,但结果似乎表明,社会经济因素可能在扭转以前的数据方面发挥了一定作用——但是Girard的的团队并不期望这是讨论的终点。


“这个争论已经持续了100年,我们正在努力了解整体情况,”她说。


无论如何,研究人员将继续调查母乳喂养与发育利益之间的联系(如果有的话),科学家们认为,由于母乳喂养在健康和营养上的优势已被普遍接受,新研究不应该劝阻任何想要母乳喂养的人。


当然,并不是每一位母亲都能哺乳,有很多情况都会导致母乳喂养变得困难或不可能——但是对于那些没有面临这些情况的女性来说,医生的建议是肯定的。


没有参与研究的杜克大学的儿科医生Ellie Erickson说,“有足够的证据支持母乳喂养是我们可以做的可以支持儿童的免疫系统的最健康的事情之一。“

至少在这个问题上,研究者们完全同意这一点。


研究人员在文中写道:“母乳喂养被认为有很多对母亲和孩子的医学益处,且都是有据可查的。”


“这些调查结果并不矛盾,因为母乳喂养给母亲和孩子带来的许多医学益处。”



日前,一项刊登在国际杂志Frontiers in Aging Neuroscience上的研究报告中,来自伊斯兰阿萨德大学等机构的研究人员通过研究首次发现,益生菌能够改善人类大脑的认知功能,在最新的临床试验中,科学家们通过研究发现,在为期12周的研究中,每日单一剂量的乳酸菌和双歧杆菌或许能够明显改善在细微精神状态检查(MMSE)老年阿尔兹海默氏症患者的评分情况,MMSE是一种认知损伤的标准测试方法。


益生菌能够帮助机体抵御特定的感染性腹泻、肠激惹综合征、炎性肠病等疾病;长期以来研究者们假设,益生菌或许能够增强大脑认知功能,因为肠道菌群、胃肠道及大脑之间存在一种双向沟通的机制,即微生物群肠脑轴;在小鼠机体中,益生菌能够改善其学习和记忆能力,同时降低小鼠的焦虑感和抑郁表现,然而此前研究中研究者并未发现益生菌能够改善人类大脑的认知功能。


这项研究中,研究人员进行了一项随机、双盲临床对照试验,他们共招募了年龄在60至95岁之间的的52名患阿尔兹海默氏症的男性和女性,其中一半患者每日摄入200 ml富含四种益生菌的牛奶,而另外一半研究对象则摄入不含益生菌的牛奶,这四种益生菌分别是嗜酸乳杆菌、乳酸菌、酵母菌和双岐杆菌(每种细菌大约都有4000亿个细菌)。


在研究开始和结束时,研究人员对参与者的血液样本进行生化分析,同时利用MMSE调查问卷对参与者进行认知功能测试,其中包括一些任务,让参与者写出当前的日期、从100开始逐一减7倒数、说出物体的名称、重复语句以及对图片进行复制;在整个研究过程中,在接受益生菌的研究组中,参与者的MMSE调查问卷得分明显升高了,即从8.7分增加到了10.6分,但对照组中个体的得分则从8.5分降低到了8.0分,尽管有益菌治疗组中得分增加并不明显,而且所有的患者依然保持着认识损伤的状况,但本文的研究结果非常重要,因为研究者首次发现,益生菌能够改善个体的认知功能,当然在后期研究中,研究者还需要招募更多患者进行更长时间的研究,而且这对于检测益生菌是否能够带来长期效益也非常关键。


研究者Mahmoud Salami教授表示,此前研究中,我们发现益生菌疗法能够改善糖尿病大鼠大脑的受损空间学习和记忆力,但本文研究中我们首次在认知损伤的人类患者中发现益生菌添加剂或许能够改善个体的认知功能。基于益生菌的疗法或许能够降低阿尔兹海默氏症患者机体血液中甘油三酯、极低密度脂蛋白、高密度C反应蛋白的水平。当前研究表明,机体代谢调整的改变或许是益生菌所带来的有益改变,当然研究者希望在后期研究中深入解析其中所涉及的机制。


最后研究者说道,本文研究非常有意思而且很重要,因为其帮助我们阐明了胃肠道微生物组组分在神经功能中的重要角色,而且通过本文研究我们还发现益生菌能够明显改善人类大脑的认知功能,尤其是对于阿尔兹海默氏症患者尤为明显。


来源:生物谷

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