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  近日,《自然—通讯》杂志在线发表了扬州大学教授焦新安团队与德国吉森大学等单位合作完成的最新研究成果。他们发现了新现超强毒力单核细胞增生李斯特菌及其构成的HSL-II谱系的遗传进化规律,揭示了它的分子致病机制。研究成果为李斯特菌病的预防和控制提供了重要理论依据。  单核细胞增生李斯特菌是重要的人兽共患病原菌,对畜禽养殖业危害严重,亦可引起公共卫生问题。该研究团队从暴发李斯特菌病的羊体中发现了单核细胞增生李斯特菌高毒力菌株,这些菌株构成了新遗传进化亚谱系HSL-Ⅱ,在小鼠脏器中定植的能力比已知的超强毒力菌株高出240~400倍。  论文共同通讯作者、扬州大学教授殷月兰介绍,通过比较基因组学分析发现,HSL-Ⅱ菌株同时携带有单核细胞增生李斯特菌毒力岛1(LIPI-1)和伊氏李斯特菌毒力岛2(LIPI-2)的基因簇,明确了LIPI-2中编码鞘磷脂酶的smcL基因对其在宿主肠道中的定植发挥重要作用。进一步研究发现,HSL-Ⅱ菌株具有独有的半乳糖修饰的壁磷壁酸,赋予该李斯特菌新的血清型4h的表型特征,能显著增强菌株对宿主的侵袭致病能力。  论文通讯作者焦新安告诉《中国科学报》,李斯特菌属两个致病种自然重组后新现的HSL-II菌株具有独特的遗传进化和表型特征,传统的生化鉴定以及国际上通用的血清型鉴定方法均不能对其进行有效鉴别。对HSL-Ⅱ菌株遗传进化及其分子致病机制的揭示,为李斯特菌快速鉴定方法的建立、诊断试剂的研制以及疫苗的研发奠定了重要基础。

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  10月10日,《神经元》期刊在线发表了题为《利用线性不变概率性群体编码实现基于复杂多模态感觉信息的最优决策》的研究论文,该研究由中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心(神经科学研究所)、中科院灵长类神经生物学重点实验室、上海脑科学与类脑研究中心空间感知研究组与瑞士日内瓦大学认知计算神经科学研究组合作完成。  生物体处在一个复杂多变的环境中,不同感觉信息输入的可靠性往往随着时间发生改变。例如,当我们在高速公路上突然驶入一团迷雾时,由于路面视觉信息输入的可靠性迅速降低,从而大脑需要立即调整策略,更多地依赖仪表读数、前庭觉、触觉和听觉等其它信息来判断车辆的行驶速度和方向,从而随时做出“是否需要刹车”和“是否需要微调方向盘”等重要决策,否则微小的失误就有可能导致严重的后果。大量的心理物理学实验表明,人类和很多其它动物都可采用贝叶斯推理(Bayesianinference)的方式,通过“估计不同信息来源的可靠性”和“根据可靠性对证据进行加权操作”两个关键步骤来整合感觉信息并优化决策形成。但是,大脑中实现这一过程的神经计算原理尚不清楚。  为了研究在复杂环境下多模态感觉信息最优整合及决策的神经机制,脑智卓越中心的空间感知研究组以自身运动感知为模式系统,建立了一套基于前庭和视觉的虚拟现实实验平台。在该平台上,研究人员训练猕猴通过前庭与视觉两种不同模态的感觉信息来分辨其自身的运动方向(图1A)。重要的是,系统提供的运动刺激具有先加速后减速的过程;由于内耳前庭器官对加速度敏感,而视觉通道通常对速度敏感,因此大脑所接收到的这两种感觉信息具有不同的时间动力学,从而模拟了自然环境中证据可靠性实时变化的复杂多模态输入。经过训练,猕猴在多模态刺激(前庭+视觉)的实验条件下,可以分辨更加精细的自身运动角度变化,并且相对于单模态刺激的实验条件(仅前庭或仅视觉),其行为表现的提高符合贝叶斯最优整合理论的预期(图1B)。这些结果表明猕猴的确可以通过整合来自不同感觉渠道的信息来提高认知的精度,并且该过程中几乎不会发生信息的丢失(即“最优”)。  在猕猴分辨自身运动方向的同时,研究者通过金属微电极记录位于猕猴后顶叶皮层一个决策相关区域——顶内沟外侧区(lateralintraparietalarea,或LIP)神经元的电生理活动。研究者发现,在两种不同的单模态刺激条件下,LIP神经元分别跨时间累积了来自不同物理量的证据——前庭来自加速度,而视觉来自速度(图1C和D,蓝色和红色曲线)。因此,神经元所接收的前庭和视觉证据的确具有实时变化的可靠性。那么,在多模态的实验条件下,神经元将如何实现贝叶斯最优整合的两个关键步骤,即“估计可靠性”和“实现加权操作”呢?一种假说认为,决策中枢实时收集每一小段时间窗口(例如几十毫秒)内的神经元脉冲信息,先评估该段时间内证据的可靠性,再依此调整对该段证据的权重分配;这种方式虽然在理论上可行,但容易带来决策的延迟,并且需要实时调整感觉输入的突触连接强度,因此对于生物大脑来说并不一定现实。相反,一种被称为“线性不变概率性群体编码(ilPPC)”的假说则认为,群体神经元的实时放电活动可以直接表征信息输入的可靠性:在这种情况下,只需要神经元群体对感觉输入进行一种突触权重不变的简单线性叠加,就可以实现信息的贝叶斯最优整合。因此,ilPPC假说提出的这种计算方式对于生物大脑来说会更加简易、快速和可行。  为了检验实验数据是否与ilPPC假说相符,研究人员构建和完善了一个基于ilPPC理论框架的神经网络模型(图1E)。理论估计和数值模拟的结果证实,网络中的神经元集群对前庭与视觉信息进行跨模态和跨时间的简单线性叠加的确可以自动实现证据可靠性依赖的加权操作,从而最优地完成多感觉决策的任务(图1F)。重要的是,神经网络模型中的神经元活动与真实的猕猴LIP数据具有一致的特性(图1G和H),提示大脑在复杂环境中面临实时多变的感觉输入时,的确可以采取线性不变概率性群体编码的方式实现贝叶斯最优决策。因此,该项工作首次为最优多感觉决策的ilPPC理论框架提供了实验和计算的支持,指出了决策神经元累积复杂多模态感觉证据的计算法则,从而填补了多感觉整合与感知决策这两个领域之间长期以来存在的空白。  该项研究由中科院脑智卓越中心(神经所)博士侯晗在研究员顾勇和教授亚历山大·布杰的联合指导下完成,侯晗为该论文第一作者,博士生郑啟豪和赵宇晨也参与了部分实验数据的采集和分析工作。该项研究得到中国和瑞士双方的基础科学基金资助。  论文链接图1.(A)实验装置的示意图。前庭和视觉信息分别由真实的平台运动(蓝色)和显示器上模拟的视觉光流(红色)提供。(B)猕猴在整合条件下的心理物理阈值符合贝叶斯最优理论的预测。(C)猕猴LIP脑区神经元的平均电活动。(D)猕猴LIP神经元的群体费舍尔信息量。(E)实现ilPPC理论框架的神经网络模型。(F)与猕猴类似,该神经网络也可完成贝叶斯最优的多感觉决策(比较B和F)。(G)网络模型中决策层神经元的电活动与真实的猕猴LIP神经元类似(比较C和G)。(H)模型中决策层群体费舍尔信息量与猕猴LIP群体也类似(比较D和H)。

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  近日,由中科院强磁场科学中心刘青松团队研发的新型肿瘤临床精准用药技术-基于癌症病人自体细胞的高通量体外药敏技术(HDS),通过孵化企业中科普瑞昇公司,与重庆医科大学第一附属医院肝胆外科史政荣副教授临床团队合作进行的全球首个肝癌概念性回顾式临床试验取得突破性进展。初步统计结果显示,使用该技术治疗的病人相比常规疗法的病人,中位无疾病进展期(DFS)延长了8个月。  根据中国国家癌症中心2019年发布的最新数据显示,中国肝癌年发病率为每10万人中有20至40人,占全球年新增肝癌患者的50%以上。目前肝癌临床治疗手段有限,尤其是中晚期肝癌患者一线标准治疗方案少、客观缓解率低、生存获益有限,缺乏安全、有效、精准的临床治疗手段,不能满足临床需求。因此在肝癌的术后辅助化疗中,如何发挥现有指南内药物的临床治疗价值尤为重要。  针对肝癌临床治疗遇到的诸多困境,刘青松团队在突破癌症原代细胞体外扩增关键技术的基础上,针对临床需求开发出了基于癌症病人自体细胞高通量体外药物敏感性检测方法的肿瘤临床精准用药技术(HDS技术),为临床肿瘤患者特别是中晚期缺乏指南用药指导的病人“吃什么药”提供科学的决策指导,具有检测药物覆盖率广、有效率高、个体化强等优点。该技术在中科院科技服务网络计划(STS)以及安徽省“三重一创”精准医疗重大工程的支持下,通过中科普瑞昇公司的安徽省精准用药工程实验室进行进一步临床工程化研发。  鉴于肝癌在中国的高发病率以及目前国际上未有该类技术在肝癌上进行临床试验,无经验可循,研发团队选取与重庆医科大学第一附属医院肝脏外科史政荣副教授临床团队合作,在肝癌上首先进行概念性临床回顾式验证试验。利用HDS技术,史政荣临床团队针对术后复发的原发性肝癌患者开展高通量药敏实验技术在肝癌精准治疗中的临床应用研究。经过对入组170余例复发的肝癌患者的临床观察和统计,结果显示,HDS技术指导用药组总体中位DFS显著优于经验性治疗组(17.00±3.80对比9.00±1.05月,P=0.001)。安全性方面,两组相比无显著性差异,并且均无因副作用停止治疗的案例。  该临床实验是国际上首个利用病人自体癌细胞进行体外药物敏感性检测并指导肝癌临床治疗的验证性实验,试验数据表明HDS技术在指导临床治疗癌症尤其晚期复发或难治性癌症方面有良好前景。该验证性试验的成功也有望加快该精准用药治疗技术的临床推广速度,为肿瘤患者特别是中晚期或者提供更多的药物治疗方案选择,提高患者的生存治疗,延长癌症患者的生存期。  在此阶段性成果的基础上,目前中科普瑞昇公司正在加紧针对多个癌种(白血病、乳腺癌、肝癌、胃癌、肠癌等中国高发肿瘤)开展前瞻性多中心随机开放性临床研究,以期让更多的癌症患者早日获益。   新型肿瘤诊疗技术体系—HDS技术

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  N-亚硝胺类化合物(下文简称亚硝胺)是一类N-亚硝基化合物,对人类具有高毒性和强致癌性。随着氯化、氯胺消毒饮用水中多种亚硝胺的发现,其对水质安全的影响日益显现。自然水体中亚硝胺污染物的生成十分缓慢,主要生成机制也跟污废水中存在大量亚硝胺的前体化合物有关。以往的研究多关注亚硝胺在饮用水及污水消毒过程中的生成情况,而忽略了亚硝胺还存在工业过程生成等可能。目前关于废水中亚硝胺排放源成分谱及重要流域水体中亚硝胺的含量、组成和来源的研究鲜有报道。  近期,中国科学院广州地球化学研究所研究员金彪和博士后陈文文等人,对珠江干流河水以及珠江三角洲地区11种典型污废水中的8种亚硝胺进行了分析(图1为采样点位图),以期揭示该地区亚硝胺的空间分布及污水中的亚硝胺源排放特征。研究发现,在所有的污废水中,共有5种亚硝胺广泛存在,分别为NDMA、NDEA、NPYR、NMOR和NDBA。印染废水和电镀废水中发现了含量高达4000ng/L的NDMA,这两种废水向环境中的日均输入量约在10000mg/day,是NDMA的主要排放源。他们还发现在这两类工业废水的处理过程中NDMA的生成现象(图2)。上述广泛存在的5种亚硝胺同时在珠江干流水系中检出,含量水平均低于5ng/L。东江中的特征亚硝胺为NMOR和NPYR,这主要与东江流域的工业类型与西江和北江存在差别有关。  该研究工作得到中科院百人计划青年俊才项目、国家自然科学基金、中国博士后科学基金面上基金资助,相关成果发表在国际期刊WaterResearch。  论文链接图1珠三角流域河水和污水样品点位图图2工业废水的进水及出水中亚硝胺的含量及组成成分图:(A)印染废水,(B)电镀废水,(C)金属表面加工废水,(D)食品加工废水,(E)制浆废水,(F)精细化工废水,及(G1–G3)制药废水(G1营养制剂废水,G2缓释剂废水,G3个人药品及护理品废水)

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 清华新闻网10月10日电10月7日,清华大学生命科学学院钟毅课题组在《自然·通讯》(NatureCommunications)发表了题为“果蝇能够形成一种不需要蛋白质合成依赖的固化的长时程记忆”(Long-termmemoryisformedimmediatelywithouttheneedforproteinsynthesis-dependentconsolidationinDrosophila)的研究论文。该论文首次揭示了“情境效应”是依赖于一种不需要蛋白质合成却几乎能够终生维持的情境依赖记忆,并揭示了这种记忆提取的多感官整合神经机制。这一研究颠覆了人们对于长期记忆的认知,并启发科学家们重新理解记忆的本质。 在整个学习记忆研究领域的一个常识是长时程记忆的形成需要一个维持数小时的、需要新蛋白质合成的记忆固化过程。在果蝇嗅觉惩罚性记忆中,长时程记忆的形成更是需要重复十次、每次的时间间隔在15分钟的学习过程。这种训练下形成的长时程记忆需要数小时的时间来进行固化,维持7天以上。而简单的一次训练则只能形成相对不稳定的记忆,并在24小时之内几乎完全被遗忘掉。今日钟毅课题组发表的论文则发现了一种长期维持的情境依赖记忆(cLTM,context-dependentlong-termmemory)。研究人员发现,在果蝇中简单地一次训练就能够马上形成这种记忆,不需要固化过程却能够维持超过14天而不衰减。 图1.情境依赖记忆维持曲线 令人出乎意料的是,这种记忆的维持不仅不需要新蛋白质合成,还不依赖于经典的果蝇嗅觉学习记忆中枢:磨菇体(MB,mushroombody),而是依赖于另一个嗅觉高级中枢侧角(LH,lateralhorn)。侧角通常被认为是负责嗅觉相关的先天行为,它会与多个脑区连接。在这里,研究人员发现情境依赖记忆的提取需要环境中多种感官信息的匹配,如训练环境与测试环境的光线环境、温度、触觉信息等等。在记忆提取时,这些信息会整合到侧角,共同调控情境依赖的嗅觉记忆提取。这些研究成果揭示了心理学中情境效应的神经机制,并且这种长期维持却又不依赖于固化的记忆形式启发我们重新理解学习与记忆的本质。图2.情境不依赖记忆与情境依赖记忆提取机制解析 清华大学生命科学学院博士生赵博涵、孙佳孟为本文共同第一作者,清华大学钟毅教授为本文通讯作者。本研究受到国家自然科学基金、北京市科委和清华-北大生命联合中心的资助。 论文链接: https://www.nature.com/articles/s41467-019-12436-7

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  近日,中国科学院行为科学重点实验室严超赣研究组在脑成像领域顶级期刊NeuroImage发表了题为《Stabilityofdynamicfunctionalarchitecturediffersbetweenbrainnetworksandstates》的实验论文。该文章作者开发了一种衡量人脑功能活动动态稳定性的新指标,揭示了稳定性指标在大脑不同网络间分布的规律,证明了该指标在被试处于静息态和接收自然刺激条件时的变化模式。  人类的大脑能够既灵活又稳定地接收和处理来自内外部环境纷繁复杂的信息,其关键在于分布式的神经连接可以对信息形成稳定的表征。虽然大脑的功能组织模式是动态变化的,但仍呈现出一定程度的稳定性,即脑功能活动或连接模式在一个连续状态内的多个时段(长度约一分钟)之间表现出相似性。虽然已有许多对脑动态性特征的研究,然而目前对脑功能稳定性的研究非常有限,对于大脑各网络的稳定性分布模式仍不清楚。  相对于感觉运动加工的单模态脑区(unimodalregion),负责高级认知加工的联合脑区(high-orderassociationregion),其功能连接更具广泛性和全局性。从动态(dynamic)角度看,高级联合脑区作为整合不同模态信息的核心脑区,需要根据特定需求适时地动态切换其与不同脑区的连接,因而它们的动态功能稳定性比单模态脑区更低。但是,已有一些研究从静态(static)的角度考察了脑功能连接在多次扫描之间的稳定性(即可重复性),揭示了不一样的模式,即高级联合脑区的稳定性更高。  本研究拟通过实证研究,从动态的角度,逐个体素精确地描绘出脑功能稳定性的分布,检验上述两个关于脑功能稳定性的假设。此外,研究还进一步考察脑功能稳定性如何受自然情境任务的调节。图1.脑动态功能稳定性计算图示  本研究把单个体素的动态功能稳定性定义为该体素的全脑动态功能连接(dynamicfunctionalconnectivity)的前后一致性,以肯德尔和谐系数测定(图1)。  实验一从公开数据库CoRR(ConsortiumforReliabilityandReproducibility)获取具有重复测量设计的静息态(restingstate)功能磁共振成像(fMRI)数据;比较了不同脑区、特别是高级联合脑区和单模态脑区的功能稳定性差异,并检验脑功能稳定性指标的可靠性。结果显示,在静息态下高级联合脑区呈现高稳定性,尤其是位于默认网络的脑区,而初级感觉运动脑区则呈现相对较低稳定性(图2A、C)。功能稳定性在不同脑区和脑网络之间的差异在同一组被试前后两次测量间是一致的(图2B、D),反应了这一指标良好的重测信度。图2.脑动态功能稳定性的全脑分布模式及网络分布情况  在建立了脑功能稳定性的具体测量方法之后,实验二进一步从公开数据库HBN获取两组fMRI数据,一组作为发现组,另一组作为验证组,这两组数据采集了儿童和青少年在观看电影时和静息态的脑活动图像。通过观影状态和静息态的比较,考察脑功能稳定性如何受到自然情境任务的调节,并重点关注视觉联合皮层与视觉初级皮层的差异。对发现组的分析结果显示,相比于静息态,初级视觉皮层的功能稳定性在观看电影时降低了;相反,视觉加工通路的高级联合脑区的功能稳定性在观看电影时升高了(图3A)。验证组的分析也发现了观影状态和静息态之间类似的功能稳定性差异,说明了这一结果具有良好的可重复性(图3B)。本研究对脑功能稳定性分布模式和受自然情境任务调节模式的研究成果,从动态网络角度为大脑的稳定性特征提供了证据支持,并有望为发展心理状态检查和疾病诊断的神经标志物提供参考。 图3.脑动态功能稳定性在观看电影时和在静息态下的差异  本研究第一作者为李乐博士,通讯作者为严超赣研究员,受中国科学院百人计划、国家自然科学基金(81671774、81630031),国家重点研发计划(2017YFC1309902),中科院心理所科研启动经费等项目支持。该论文已于2019年9月29日于NeuroImage在线发表,文章链接地址为:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1053811919308213。  论文信息:  Li,L.,Lu,B.,Yan,C.G.(2019).Stabilityofdynamicfunctionalarchitecturediffersbetweenbrainnetworksandstates.Neuroimage,116230,doi:10.1016/j.neuroimage.2019.116230.

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