中国系统科学的过往与序章,科学家揭示纹状体

2019-10-28 21:39栏目:生命科学
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科学家揭示纹状体脑区在运动学习过程中的神经机制
噬菌体疗法或成对抗超级细菌利器
中国系统科学的过往与序章
欧亚系统科学研究会成立十周年侧记

5月9日,中国科学院神经科学研究所、脑科学与智能技术卓越创新中心、神经科学国家重点实验室蒲慕明院士研究组在《美国科学院院刊》在线发表了题为《运动学习中背外侧纹状体直接通路和间接通路神经元稳定、独特的顺序性电活动的涌现》。该工作系统描述了背外侧纹状体直接通路和间接通路的同一群神经元在运动学习过程中的电活动变化,并且揭示了神经元集群的电活动如何经过学习依赖的时序重构最终形成独特、稳定的顺序性发放模式,同时发现两条通路的神经元活动在运动行为中具有相对独立又彼此配合的角色分工。

科技日报纽约5月11日电据最新一期《自然·医学》报道,美英两国联合医疗团队利用3种基因改造病毒组成的鸡尾酒疗法,将一名患有抗生素耐药性感染的英国少女从死亡边缘拉了回来。现年17岁的英国少女伊莎贝尔·霍萨威患有囊性纤维化遗传疾病。至2017年夏天,其肺部功能仅剩下正常人的三分之一。在接受肺部移植手术后,差点死于顽固性感染。在英国大奥蒙德街医院治疗9个月依然不见好转后,医生认为其术后生存率不足1%。医生联系了美国匹兹堡大学霍华德休斯医学研究所的分子遗传学家格雷厄姆·哈特富尔教授。他们合作开发出一种使用3种噬菌体的鸡尾酒疗法,最终使伊莎贝尔奇迹般地康复,并重返学校。鸡尾酒疗法使用的这些噬菌体是专门用于攻击和杀死细菌的病毒。科学家从匹兹堡大学保存的超过15000个库存噬菌体中选出3个特定噬菌体,并对其中两个进行了基因工程改造,使其能更好地攻击细菌。2018年6月,在经过安全性测试后,研究团队开始每天两次将噬箘体混合物注射入伊莎贝尔的血液中并涂抹在她的皮肤上。治疗取得了令人难以置信的成功,6周后,伊莎贝尔的肝脏扫描显示感染基本消失,皮肤溃烂病变也大幅消除。目前,她的治疗团队正计划添加第4个噬菌体以试图完全清除她的感染。值得注意的是,转基因病毒治疗对伊莎贝尔几乎没有产生副作用。哈特富尔教授表示:“我们没想到能将这些噬菌体用于实际的治疗之中,这是一个很好的结果。”由于伊莎贝尔的个性化治疗方案不是临床试验的一部分,因此目前还无法得知此类治疗对其他人的治疗效果如何。毕竟,要为每位患者找到合适特定的噬菌体是一项巨大的挑战。在未来,科学家们希望有可能对噬菌体库进行自动搜索,以识别和确定个性化治疗方案。一些感染菌株,如聚集在医院的超级细菌——金黄色葡萄球菌,由于所有该类细菌在基因上十分相似,或许只需确定一些噬菌体就能治疗几乎所有的案例,从而提高了噬菌体治疗成为常规治疗手段的前景。

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运动技能的学习和掌握对于个体的生存至关重要。背外侧纹状体脑区主要接收来自感觉运动皮层四肢代表区的投射,在正常运动功能的执行、运动技能的学习以及习惯形成中具有重要的作用。已知该脑区主要分布着由多巴胺1型和2型受体分别标记的多棘投射神经元,分别介导了基底神经节运动调控中的两条经典通路,直接通路和间接通路。传统的拮抗模型认为直接通路促进运动,间接通路抑制运动。不同于拮抗模型中简单的“推-拉”式作用,协同模型认为,直接通路会促进期望运动的产生,间接通路会抑制那些与目的无关的竞争性运动。

这些看似毫不相关的议题,它们的解决都与一个学科领域密切关联,这个学科就是系统科学。

纹状体神经元在运动技能学习过程扮演一个重要的角色,在运动皮层选择控制运动行为的电活动模式时,起一个闸门式的调节作用。迄今,关于直接通路和间接通路神经元在运动学习过程的参与机制仍存有争议。

“系统科学是个什么科学?如何更好地发挥发挥它的作用?”过去四十年里,研究系统科学的学者们经常被问到这个问题。

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