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腦科學動態
孕期使用抗抑鬱藥，當真會影響兒童大腦發育
一項由科羅拉多大學安舒茨醫學院領導的新研究，首次提供實驗證據直接證明了孕期抗抑鬱藥物的使用會對兒童大腦發育產生影響，並增加日後心理健康障礙的風險。研究主要關注氟西汀（商品名百憂解，可以提高大腦中的血清素水平）對發育中的前額葉皮層的影響。
研究發現，發育中的前額葉皮層中血清素（5-HT）的不平衡與長期行為缺陷相關。然而，血清素介導的前額葉皮層發育的突觸機制尚不清楚。透過對小鼠進行化學基因學的抑制和增強血清素釋放的實驗，研究人員發現，在出生後的前兩週內，血清素的釋放在前額葉第2/3層錐體神經元上分別減少和增加了興奮性脊柱突觸的密度和強度。在單個脊柱突觸上的血清素釋放引發了結構和功能上的長期增強（LTP），這種增強依賴於5-HT2A和5-HT7受體訊號，而且與穀氨酸活動無關。
此外，研究還顯示，在出生後的前兩週內對小鼠進行氟西汀的慢性治療，會增加前額葉皮層興奮性突觸的密度和強度。氟西汀對前額葉皮層突觸變化的影響可被5-HT2A和5-HT7受體拮抗劑所抵消。這些資料為血清素依賴的興奮性突觸可塑性提供了分子基礎，尤其是在早期出生後發展階段前額葉皮層的單個脊柱突觸上。研究結果發表於Nature Communications。
#孕期抗抑鬱藥 #大腦發育 #心理健康風險 #血清素 #前額葉皮層
閱讀論文：
Ogelman, R., Gomez Wulschner, L. E., Hoelscher, V. M., Hwang, I.-W., Chang, V. N., & Oh, W. C. (2024). Serotonin modulates excitatory synapse maturation in the developing prefrontal cortex. Nature Communications, 15(1), Article 1. https://doi.org/10.1038/s41467-024-45734-w
視覺線索引導合作決策：在動物自由活動時實時追蹤神經元活動的新技術
2月14日，來自萊斯大學的科學家團隊運用行為和無線眼動追蹤以及神經監測技術，對自由活動的恆河猴進行了自然環境下的社互動動研究。這項研究旨在探究如何利用視覺線索指導複雜且目標導向的合作行為。研究結果首次證明，處理視覺資訊的視覺皮層在社交行為中起著積極作用，透過向執行區域前額葉皮層提供訊號，從而生成合作決策。
研究使用遠端裝置記錄了視覺皮層和前額葉皮層多個皮質區域的神經活動，這在以往的研究中是無法實現的。此項技術的進步使得科學家能夠在動物自由活動和與同伴互動的更自然環境中追蹤神經活動，為認知神經科學研究開闢了新的道路。在實驗中，兩對恆河猴在幾周內學習為食物獎勵而共同合作。實驗發現，隨著合作技能的提升，猴子在共同行動前尋找社會相關線索（如夥伴、食物托盤）的頻率增加。該技術區分了主動視覺與被動視覺，揭示了感官神經元群如何提取資訊、傳遞給執行區域，並實時同步以支援合作決策。該研究發表在Nature雜誌上。
#視覺線索 #大腦實時追蹤 #合作行為 #神經科學 #恆河猴研究
閱讀論文：
Franch, M., Yellapantula, S., Parajuli, A., Kharas, N., Wright, A., Aazhang, B., & Dragoi, V. (2024). Visuo-frontal interactions during social learning in freely moving macaques. Nature, 1–8. https://doi.org/10.1038/s41586-024-07084-x
果蠅如何控制大腦方向盤？新研究發現導航的神經通路
哈佛醫學院的最新研究揭示了果蠅如何透過內部指南針與大腦操縱區域的相互作用進行導航。研究發現，三組不同的神經元細胞群（PFL3R、PFL3L和PFL2）連線頭部方向系統和運動系統，將方向訊號轉化為糾正行動，使果蠅能夠有效地調整航向。
每組細胞接收頭部方向向量的一個偏移副本，使得它們的三個參考框架相互之間大約偏移120°。每組細胞型別將自己的頭部方向向量與一個共同的目標向量比較，特別是透過非線性轉換來評估這些向量的一致性。所有三組細胞群的輸出結合起來產生運動命令。當果蠅朝向其目標的左側時，PFL3R細胞被啟用，並驅動向右轉向；PFL3L細胞的情況則相反。同時，PFL2細胞增加轉向速度，並在果蠅遠離其目標時被啟用。PFL2細胞能夠隨著方向錯誤的增大而適應性地增強轉向強度，有效地管理速度和準確性之間的平衡。這些發現可能有助於理解更高階生物中類似的認知過程，揭示不同生物間大腦功能的普遍原則。此研究發表在Nature上。
#果蠅導航 #神經通路 #內部指南針 #行為調整 #認知處理
閱讀論文：
Westeinde, E. A., Kellogg, E., Dawson, P. M., Lu, J., Hamburg, L., Midler, B., Druckmann, S., & Wilson, R. I. (2024). Transforming a head direction signal into a goal-oriented steering command. Nature, 1–8. https://doi.org/10.1038/s41586-024-07039-2
聽覺流分離，大腦如何分辨直接語音與回聲？
近期發表在PLOS Biology的研究揭示了人類大腦分辨直接語音和回聲的能力。研究利用腦磁圖（MEG）觀察了聽眾在聽有回聲和無回聲的語音時的大腦活動。研究顯示，儘管回聲通常至少延遲100毫秒並造成扭曲，但大腦透過將聲音分成不同的流，以超過95%的準確率處理和理解語音。這種分離甚至在聽眾不專注時也會發生，表明這是一種固有的大腦功能，有助於在回聲環境中清晰地感知語音。
該研究指出，與基本的神經適應機制相比，聽覺系統透過分離直接聲音和回聲並構建獨立的神經表徵，從而實現更有效的處理。例如，當兩個語音流混合在一起時，大腦可以利用已知資訊（如直接聲音）來辨識回聲，並依靠音高和譜時調製的差異來分離直接聲音和回聲，進而形成不同的聽覺流。這一機制不僅在多說話者環境中實現了穩健的語音表徵，還可能在從同一說話者重複的語音流中分離出來時發揮關鍵作用。此外，研究還發現，相比高頻成分，聽覺系統在回聲環境中更可靠地恢復語音訊號包絡的極低頻成分。
#聽覺分辨 #直接語音 #回聲處理 #聽覺流分離 #神經適應機制
閱讀論文：
Gao, J., Chen, H., Fang, M., & Ding, N. (2024). Original speech and its echo are segregated and separately processed in the human brain. PLOS Biology, 22(2), e3002498. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3002498
用神經修復術徹底改記憶的回憶
近期，美國韋克森林大學和南加州大學的科學家團隊在神經假肢領域取得了突破性進展，成功利用新開發的記憶解碼模型實現特定記憶的回憶。研究涉及14名癲癇患者，透過對海馬體進行有針對性的電刺激，研究觀察到患者記憶能力的顯著改善，尤其是記憶力受損的參與者。
研究人員構建了一個記憶解碼模型（MDM），該模型針對海馬體CA3和CA1區的神經放電，匯出了一個用於在延遲樣本匹配（DMS，在這個任務中，參與者需要記住某些特定的資訊或影象，然後在一段時間後識別出它們）人類短期記憶任務的編碼階段應用於CA1和CA3神經元的刺激模式。結果顯示，在DMS任務的樣本階段，向海馬體的CA1和CA3區域傳遞的MDM電刺激有助於記憶DMS任務中的影象，並在隨後的延遲識別任務中區分控制影象。
在所有受試者中，刺激試驗顯示，在22.4%的患者和類別組合中，效能表現出顯著變化。效能變化包括記憶表現的提升和下降，提升的情況幾乎是下降的兩倍。在接受雙側刺激的記憶受損患者中，超過37.9%的患者和類別組合顯示顯著變化，記憶表現的提升與下降比例超過4比1。記憶表現的改變取決於記憶功能是否完好，以及刺激是單側還是雙側施加的，幾乎所有提升表現都出現在接受雙側刺激的記憶受損受試者中。研究線上發表在Frontiers in Computational Neuroscience上。
#神經假肢 #記憶回憶 #阿爾茨海默症 #海馬體刺激 #記憶解碼模型
閱讀論文：
Roeder, B. M., She, X., Dakos, A. S., Moore, B., Wicks, R. T., Witcher, M. R., Couture, D. E., Laxton, A. W., Clary, H. M., Popli, G., Liu, C., Lee, B., Heck, C., Nune, G., Gong, H., Shaw, S., Marmarelis, V. Z., Berger, T. W., Deadwyler, S. A., … Hampson, R. E. (2024). Developing a hippocampal neural prosthetic to facilitate human memory encoding and recall of stimulus features and categories. Frontiers in Computational Neuroscience, 18. https://doi.org/10.3389/fncom.2024.1263311
看見運動，上丘在連續性錯覺中的作用
一項新研究揭示了哺乳動物（包括人類）大腦如何將一系列快速閃爍轉化為流暢、連續運動的感知。研究者透過功能性磁共振成像（fMRI）、行為實驗和大腦活動的電記錄，確定了上丘（SC）在從靜態到動態視覺轉換中的關鍵作用，並且認為它可能是創造連續性錯覺的關鍵組成部分。
行為實驗結果顯示，當光閃爍的頻率達到18±2 Hz時，大鼠的大腦開始將這些快速閃爍的光線感知為連續的光線。功能性磁共振成像揭示，與丘腦和皮層區域不同，上丘的訊號在行為驅動的閾值處，從正常或增強的狀態轉變為減少或抑制的狀態。電生理記錄表明，這些轉換由神經啟用/抑制支援。這項研究發表在Nature Communications上。
#視覺感知 #連續性錯覺 #上丘 #功能性磁共振成像 #電生理學
閱讀論文：
Gil, R., Valente, M., & Shemesh, N. (2024). Rat superior colliculus encodes the transition between static and dynamic vision modes. Nature Communications, 15(1), Article 1. https://doi.org/10.1038/s41467-024-44934-8
大腦更傾向於從喜歡的人那裡學習
來自隆德大學的認知神經科學研究人員發現，我們的大腦更容易從我們喜歡的人那裡學習，而對我們不喜歡的人那裡學習效果則相反。在三項以美國樣本為基礎的研究中，研究人員調查了參與者根據內群體（內群體是指一個人認為自己是其成員的社會群體）或外群體來源呈現的事件，進行間接關聯推斷的能力。
實驗過程中，參與者需記憶並聯系不同的物體，例如碗、球、勺子、剪刀等日常物品。結果顯示，記憶整合能力受到資訊提供者的影響。如果資訊來自於參與者喜歡的人，關聯推理就更容易，相反，如果資訊來自不喜歡的人，則更難。參與者根據政治觀點、專業、飲食習慣、喜好的運動、愛好和音樂等方面定義了“喜歡”和“不喜歡”。研究人員還將這一發現應用於現實生活中，如政治領域。例如，如果你支援某個主張提高稅收以改善醫療的政黨，你可能會將醫療中心的改進歸因於稅收增加，即使改進可能有完全不同的原因。研究結果發表在Communications Psychology上。
#記憶推理 #內群體偏見 #認知神經科學 #資訊來源效應 #知識網路
閱讀論文：
Boeltzig, M., Johansson, M., & Bramão, I. (2023). Ingroup sources enhance associative inference. Communications Psychology, 1(1), Article 1. https://doi.org/10.1038/s44271-023-00043-8
可遺傳的大腦活動，破解遺傳和環境對認知和情緒處理的具體影響
新南威爾士大學和澳大利亞神經科學研究所的科學家們發表的最新研究，探討了遺傳和環境因素如何影響大腦處理情感和認知任務的方式。該研究使用功能性磁共振成像掃描對雙胞胎進行分析，評估了面部表情情緒任務（FEET）、選擇性注意奇異任務（Oddball Task）、N-back工作記憶維持任務和Go-NoGo認知控制任務的遺傳性，揭示了情感和認知任務在遺傳和環境因素上的複雜聯絡。
研究發現，某些情感和認知任務部分受遺傳影響，而其他則完全由環境決定。例如，處理恐懼和快樂的方式以及持續注意力的能力在某種程度上受到相同遺傳因素的影響。此外，持續注意力和短期記憶能力在環境方面有相似的影響。非意識面部情緒刺激引起的活動遺傳性為23%至26%，N-back工作記憶維持和持續注意的活動遺傳性為27%至34%，奇異任務中選擇性注意的活動遺傳性為32%至33%。這項研究的發現對於瞭解個性化干預方法如何促進心理健康具有重要意義。研究結果發表在Human Brain Mapping上。
#遺傳與環境 #大腦活動 #雙胞胎研究 #情感認知 #心理健康
閱讀論文：
Park, H. R. P., Chilver, M. R., Quidé, Y., Montalto, A., Schofield, P. R., Williams, L. M., & Gatt, J. M. (2024). Heritability of cognitive and emotion processing during functional MRI in a twin sample. Human Brain Mapping, 45(1), e26557. https://doi.org/10.1002/hbm.26557
歐洲科學協會提出新型神經認知障礙生物標誌物診斷方法
日內瓦大學醫院專家聯合歐洲11個科學協會和組織以及患者倡導協會（Alzheimer Europe）共同開發了一套以個體為中心的神經認知障礙診斷路徑。這一路徑易於在記憶診所應用，能夠實現高度可靠的診斷。診斷路徑基於科學文獻和專家的實踐經驗開發。在檢查個體的投訴、進行記憶測試和大腦MRI後，專家現在可以利用這些建議將案例歸類為11種定義的表型之一，然後根據國際專家推薦的測試進行生物標誌物尋找，包括腰椎穿刺、澱粉樣蛋白PET、葡萄糖PET、ioflupane SPECT、MIBG SPECT和tau PET。
診斷路徑的目標是克服目前阿爾茨海默症診斷推薦和指南的侷限性。以往標準主要關注疾病本身或生物標誌物，而不是受影響的人。此外，這些推薦在臨床實踐中應用時顯示出缺陷，大多數不考慮多種診斷選項的存在或多項測試可以同時或順序進行。
該診斷路徑將促進歐洲國家神經認知障礙診斷的一致性，降低分析成本，並更準確地識別適合治療的患者。下一步將是將血液生物標誌物納入決策樹。這些目前僅在研究範圍內可用，並正在獲得臨床使用批准。未來它們將避免高達70%的侵入性測試，如腰椎穿刺和PET，有助於降低成本並擴大普通人群的診斷。該研究發表在The Lancet Neurology上。
#神經認知障礙 #生物標誌物診斷 #阿爾茨海默症 #記憶診所
閱讀論文：
Frisoni, G. B., Festari, C., Massa, F., Ramusino, M. C., Orini, S., Aarsland, D., Agosta, F., Babiloni, C., Borroni, B., Cappa, S. F., Frederiksen, K. S., Froelich, L., Garibotto, V., Haliassos, A., Jessen, F., Kamondi, A., Kessels, R. P., Morbelli, S. D., O’Brien, J. T., … Nobili, F. (2024). European intersocietal recommendations for the biomarker-based diagnosis of neurocognitive disorders. The Lancet Neurology, 23(3), 302–312. https://doi.org/10.1016/S1474-4422(23)00447-7
新型表觀遺傳學時鐘精準預測生物年齡
布萊根婦女醫院的研究員開發出了一種新型的表觀遺傳學時鐘，構建了一種利用機器學習模型根據DNA結構預測生物年齡的工具。這一模型不同於以往，能夠區分加速和減緩衰老的基因差異，更準確地預測生物年齡並評估抗衰老幹預的效果。該研究使用了大規模遺傳資料集，透過對20,509個與衰老相關特徵的CpG位點進行表觀基因組範圍的孟德爾隨機化（EWMR）分析，建立了DNA結構與可觀察特徵之間的因果關係。
研究小組創造了三種模型：CausAge（專注於識別那些真正導致衰老的DNA因素）、DamAge（識別那些加速衰老過程的DNA變化）和AdaptAge（專注於識別那些有助於減緩衰老過程的DNA變化）。研究人員在“蘇格蘭一代佇列”中的7,036名年齡在18至93歲之間的個體的血液樣本上測試了這些模型，並在2,664名佇列成員的資料上進行了模型訓練。這些時鐘在“弗雷明漢心臟研究”和“常規衰老研究”中收集的4,651名個體的資料上進行了有效性測試。結果顯示，DamAge與不良結果（包括死亡率）相關，而AdaptAge與長壽相關。該研究為衰老研究提供了前進一步，使我們能夠更準確地量化生物年齡，並評估新的抗衰老幹預措施增加壽命的能力。研究結果發表在Nature Aging雜誌上。
#表觀遺傳學時鐘 #生物年齡 #衰老研究 #DNA結構 #抗衰老幹預
閱讀論文：
Ying, K., Liu, H., Tarkhov, A. E., Sadler, M. C., Lu, A. T., Moqri, M., Horvath, S., Kutalik, Z., Shen, X., & Gladyshev, V. N. (2024). Causality-enriched epigenetic age uncouples damage and adaptation. Nature Aging, 1–16. https://doi.org/10.1038/s43587-023-00557-0
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