追问weekly | 过去一周，脑科学与AI领域有哪些新发现？Vol.78

█ 神经科学

Nature：神经元如何编码未来奖励的时空分布

Nature：星形胶质细胞形态发生需要自我识别机制

Nature：少即是多，抑制如何影响学习和空间记忆的形成

Nature：首张抑制性神经元全息地图

Nature：静息态功能磁共振成像的历史与未来展望

Science：小脑神经计算的向量微积分

3个月大的婴儿大脑连接可预测情绪发育轨迹

大脑中的睡眠开关：一个分子如何同时控制入睡和醒来

MRI技术突破：反向追踪血流揭示大脑静脉网络奥秘

舞动的脑电波——声音如何实时重塑你的大脑网络

雌性大脑对酒精更敏感？去甲肾上腺素系统揭示性别差异

发现区分想象与现实的大脑机制

不同传导位点分别处理自发和诱发信号，颠覆大脑可塑性

算法解码大脑结构与功能的奥秘

█ 认知科学

心智图谱构建视觉运动关联的存储与检索机制

为什么人工智能不能像人类一样理解花朵

早期大脑功能网络发展的层级模型

怀旧音乐如何激发我们的舞蹈欲望

黑猩猩也爱八卦，灵长类共享社交好奇心基因

3个月大的婴儿大脑连接可预测情绪发育轨迹

低维脑网络交互揭示人类认知组织原则

北师大团队开放双语认知fMRI数据集，揭示语言控制神经机制

多任务处理并非单一技能，它兼顾通用能力和特定能力

神经递质调控的全脑计算模型揭示任务多样性机制

绿地促进青少年大脑发育，助力学业与心理健康

█ 疾病与健康

Science：心脏类器官长出真实血管

Nature：微型旋转器技术使血栓清除成功率翻倍以上

Nature：非侵入性机械刺激增强脑废物清除

熬夜伤情，上海交大发现睡眠剥夺会降低情绪识别能力

昼夜节律偏好与青少年的冲动有关

失眠新解：睡眠中清醒感实为正常脑活动

衰老大脑中发现新型逆转录酶编码RNA

AI预测大脑衰老轨迹，提前数年预警阿尔茨海默病

增强大脑自洁系统可清除阿尔茨海默病毒素

年度阿尔茨海默病药物研发管线报告显示治疗前景乐观

孤独症和多动症具有不同的大脑连接特征

基因分析揭示抑郁症、躁郁症和精神分裂症的共同生物学机制

神经类固醇被认定为难治性抑郁症的潜在治疗

四种微小RNA与精神疾病和帕金森病直接相关

减少半胱氨酸摄入可激活脂肪"褐变"实现健康减重

成瘾者更爱复杂音乐，药物成瘾重塑大脑奖赏阈值

300美元EEG头盔挑战阿片类药物，75%患者实现无药缓解

口服药物利格列酮为致命儿童脑病带来新希望

数字健康工具研究陷入停滞——新文章提出六种前进方向

肥胖会导致焦虑和认知障碍

█ AI 驱动科学

Nature：大脑腹侧被盖区编码奖励预期时间

自供电人工突触实现类人眼色彩识别，突破机器视觉能耗瓶颈

SPIN传感器：像人脑一样思考的无源监测系统

随机异质脉冲神经网络：类脑机制提升AI对抗防御能力

生成式AI填补基因距离数据空白

特定学习策略可增强医院AI模型有效性

仿生视觉传感器弱光环境下轮廓识别准确率提升至86.7%

AI与临床医生诊断能力大比拼

人机协同新范式：互补算法提升决策质量

华人数学家突破停滞18年集合和差问题，三度刷新纪录

千种方案并行评估！MIT-NVIDIA算法重塑机器人决策速度

█ 大模型技术

如何判断AI是否在撒谎？新方法测试AI解释是否真

AI情商大爆发：语言模型解题准确率超人类25%

人机表情包大战：AI量产搞笑，人类专精爆笑

蛋白质语言模型揭示结构知识组织新机制

超越翻译：多语言基准让人工智能实现多元文化

大语言模型新推理方法"Soft Thinking"：突破传统逻辑限制

Alita颠覆通用智能体设计，自主进化架构登顶GAIA榜单

通用智能体必须构建世界模型

OpenAI突破张量计算瓶颈：线性布局技术实现高效GPU编程

GPT每个参数存储3.6比特信息

AI思考只是假象？苹果研究揭露大模型推理崩溃危机

█ 意识与脑机接口

大脑物理引擎如何预测未来？解码神经模拟机制

大脑信号传播新突破：EWC方法精准追踪神经活动路径

虚拟斑马鱼突破！科学家首次完整模拟全脑神经胶质动态

MindAligner：1小时fMRI数据破解跨个体脑视觉解码难题

小鼠也有橡胶手错觉？

工程师为机器人开发自愈肌肉

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神经科学

Nature：神经元如何编码未来奖励的时空分布

大脑如何预测未来奖励？Champalimaud未知中心的Margarida Sousa、Joseph J. Paton团队发现多巴胺神经元群体编码了奖励的时空概率地图，这种机制不仅解释动物决策灵活性，还为开发适应性AI提供了新思路。

研究团队首先开发了时间-幅度强化学习（TMRL）模型，突破传统强化学习（RL）的单一预测框架。通过小鼠实验发现，不同多巴胺神经元呈现连续特性：28%偏好即时小奖励（"冲动型"），35%倾向延迟大奖励（"耐心型"），其余神经元分布在两者之间。光遗传学记录显示，这些神经元在气味提示出现后450毫秒内就能构建完整的二维奖励地图，预测准确率比传统模型高41%。当环境奖励延迟变长时，整个神经元群体会动态调整时间敏感性——这种"高效编码"机制使动物能快速适应变化。在计算模拟中，采用TMRL原理的AI代理在动态觅食任务中的决策效率比标准RL算法高37%。研究为理解冲动行为等神经精神疾病提供了新视角，同时启发了新一代适应性人工智能的开发。研究发表在 Nature 上。

#神经科学 #计算模型与人工智能模拟 #意图与决策 #跨学科整合

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Sousa, Margarida, et al. “A Multidimensional Distributional Map of Future Reward in Dopamine Neurons.” Nature, June 2025, pp. 1–9. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s41586-025-09089-6

Nature：星形胶质细胞形态发生需要自我识别机制

大脑细胞如何识别"自己"？由John H. Lee、S. Lawrence Zipursky等组成的多机构团队发现，星形胶质细胞通过γC3蛋白实现自我识别，这对大脑发育至关重要。该研究揭示了神经元之外另一种脑细胞的身份识别机制。

研究团队首先确认γC3（Pcdhγ家族特定亚型）在人和小鼠星形胶质细胞中富集。通过基因编辑技术，他们证明γC3能自主调控小鼠视觉皮层星形胶质细胞的形态发育。为验证γC3是否通过促进同一细胞突起的相互识别发挥作用，研究人员设计了特殊实验：构建能异亲结合（heterophilic binding，不同分子间结合）但不能同亲结合的γC3嵌合蛋白对。当在γC3缺失的星形胶质细胞中共表达这对互补蛋白时，细胞恢复了正常形态；而单独表达任一种嵌合蛋白则无此效果。这一精巧实验证实，γC3介导的自我识别（self-recognition，细胞区分自身与非自身的能力）是星形胶质细胞发育的关键机制。研究发表在 Nature 上。

#神经科学 #神经机制与脑功能解析 #星形胶质细胞 #自我识别 #大脑发育

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Lee, John H., et al. “Astrocyte Morphogenesis Requires Self-Recognition.” Nature, May 2025, pp. 1–9. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s41586-025-09013-y

Nature：少即是多，抑制如何影响学习和空间记忆的形成

大脑如何通过"减法"强化关键记忆？佐治亚理工学院和埃默里大学的Nuri Jeong、Annabelle Singer团队发现，海马体抑制性神经元（PVs）通过动态降低活性为空间学习"开路"。这一机制解释了为何重要位置能被优先记忆，也为阿尔茨海默病研究提供了新方向。

研究团队采用光遗传学技术精准控制小鼠海马体中的小清蛋白中间神经元（PVs），同时让小鼠在虚拟现实迷宫中寻找奖励。当小鼠接近目标位置时，PVs活性会提前降低40-60%，这种"抑制解除"像打开闸门般允许兴奋性神经元强化连接。实验显示，若用光遗传学阻止PVs活性下降，小鼠完全无法记住奖励位置。更惊人的是，PVs活性降低可预测奖励出现，挑战了"神经活动越强学习效果越好"的传统认知。研究人员将PVs比作"时空精确的断路器"，其动态抑制能选择性地增强目标位置编码。该发现对理解阿尔茨海默病尤为重要——患者大脑可能因无法适时解除抑制而难以形成新记忆。研究为开发非侵入性脑刺激疗法奠定了基础。研究发表在 Nature 上。

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Jeong, Nuri, et al. “Goal-Specific Hippocampal Inhibition Gates Learning.” Nature, Apr. 2025, pp. 1–9. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s41586-025-08868-5

Nature：首张抑制性神经元全息地图

艾伦脑科学研究所等机构的Casey M. Schneider-Mizell、Agnes L. Bodor、Derrick Brittain等研究人员通过超高分辨率成像技术，首次绘制出小鼠视觉皮层完整的抑制性神经元连接地图，揭示了其靶向特异性连接规律和协同调控机制。

研究团队采用毫米级体积电子显微镜（volumetric EM）技术，对小鼠视觉皮层一个523×1,100×820μm³区域进行三维重建，精确标注了1,352个神经元和超过70,000个突触连接。通过深度学习辅助分割和大规模人工校正，研究人员发现抑制性神经元并非随机作用，而是形成“动机组”（motif groups）——不同亚型的抑制性神经元协同调控同一兴奋性神经元的不同树突区域（如胞体周围和远端树突）。

特别值得注意的是，研究识别出一类“去抑制专家”神经元（InhTC亚型），其专门靶向篮状细胞，通过解除抑制间接放大皮层兴奋活动。对兴奋性神经元的分析则揭示了18种形态功能亚型（M-types），它们在突触数量、密度和大小上差异显著，且接受的抑制输入呈现明显的层特异性分布。研究还量化了突触选择性，发现抑制性神经元的靶向特异性由精确的轴突空间投射和对特定细胞类型的选择性共同决定。这些发现为理解大脑皮层抑制性调控提供了新的组织原则。研究发表在 Nature 上。

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Schneider-Mizell, Casey M., et al. “Inhibitory Specificity from a Connectomic Census of Mouse Visual Cortex.” Nature, vol. 640, no. 8058, Apr. 2025, pp. 448–58. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s41586-024-07780-8

Nature：静息态功能磁共振成像的历史与未来展望

Bharat B. Biswal和Lucina Q. Uddin团队回顾了静息态功能磁共振成像（rsfMRI）25年发展历程，这项曾被视为"噪声"的技术已催生超过25,000项研究，揭示了大脑内在组织的奥秘，并有望在精准精神病学领域发挥更大作用。

研究团队通过系统文献分析，梳理了rsfMRI从1995年发现自发低频波动（low-frequency fluctuations）到成为主流神经影像工具的全过程。关键突破包括确认这些波动反映功能性脑网络活动，而非单纯噪声；开发独立成分分析（ICA）和功能连接等方法解析这些信号。跨学科合作尤为突出：电气工程师优化了信号采集，物理学家改进了图像重建，数学家发展了网络分析工具，计算机科学家则贡献了机器学习算法。当前挑战在于解决机器学习中的泛化失败问题，研究建议通过整合全脑计算建模（whole-brain computational modeling）和更精细的脑-行为映射来应对。最具前景的应用是与群体神经科学（population neuroscience）结合，推动精准精神病学发展。研究发表在 Nature 上。

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Biswal, Bharat B., and Lucina Q. Uddin. “The History and Future of Resting-State Functional Magnetic Resonance Imaging.” Nature, vol. 641, no. 8065, May 2025, pp. 1121–31. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s41586-025-08953-9

Science：小脑神经计算的向量微积分，神经元如何通过竞争性抵消控制眼球运动

小脑如何实现精确的运动控制？约翰霍普金斯大学的Mohammad Amin Fakharian、Alden M. Shoup、Paul Hage、Hisham Y. Elseweifi和Reza Shadmehr团队发现，小脑浦肯野细胞（Purkinje cells）通过"竞争性峰电位抵消"机制控制眼球运动——部分神经元产生电信号不是为了驱动行为，而是为了消除其他神经元的不良影响。

研究团队使用绒猴模型，通过复杂峰电位（CS）抑制确定了每个浦肯野细胞（P细胞）的"效力向量"（potent vector，描述其电活动如何影响眼球运动方向的二维向量）。实验发现，当两个P细胞同时被抑制时，其下游行为效应遵循向量叠加原理。在群体活动中，与预期运动方向垂直的峰电位贡献会被完全抵消。分子层中间神经元（MLIs）将苔状纤维（MFs，传递运动指令和目标的输入纤维）的信息转化为P细胞的输出模式：在奖励相关任务中，P细胞群体产生快速变化的爆发-暂停模式，其向量总和在减速开始时精确归零；而在无关任务中，由于目标信息缺失，只能产生不完整的爆发模式。研究还发现，部分P细胞专门为抵消其他细胞的"有害"电信号而活动，解释了为何神经元会产生看似浪费的峰电位。这种"向量微积分"机制为理解小脑疾病和治疗设计提供了新思路。研究发表在 Science 上。

#神经科学 #神经机制与脑功能解析 #计算模型与人工智能模拟 #小脑功能 #眼球运动控制

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Fakharian, Mohammad Amin, et al. “A Vector Calculus for Neural Computation in the Cerebellum.” Science, May 2025. world, www.science.org, https://www.science.org/doi/10.1126/science.adu6331

大脑中的睡眠开关：一个分子如何同时控制入睡和醒来

睡眠调控机制的核心是什么？德累斯顿工业大学生物技术中心的Henrik Bringmann团队通过研究秀丽隐杆线虫（C. elegans）发现，单个神经元的FLP-11神经肽通过DMSR-1受体实现睡眠的启动与终止，这种双向开关机制可能普遍存在于生物体中。

研究团队首先通过基因筛选锁定FLP-11神经肽的受体DMSR-1，发现其属于抑制性G蛋白偶联受体（Gi/o protein-coupled receptor，能降低细胞活性）。实验显示，当FLP-11激活胆碱能神经元中的DMSR-1时，会关闭这些促进觉醒的神经元，使线虫入睡；而同一神经肽激活睡眠神经元RIS自身的DMSR-1时，则会关闭RIS的钙活动从而唤醒线虫。这种“自抑制”机制使线虫睡眠时长稳定在20分钟左右，同时确保睡眠的保护性功能（如基因表达调控）得以实现。研究还发现，抑制胆碱能信号是睡眠诱导的必要条件，而RIS神经元中的DMSR-1则通过负反馈控制睡眠时长。这种双向调控为理解更复杂生物的睡眠障碍提供了分子层面的解释。研究发表在 Current Biology 上。

#神经科学 #神经机制与脑功能解析 #分子机制 #睡眠障碍 #进化保守性

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Rossi, Lorenzo, et al. “The Neuropeptide FLP-11 Induces and Self-Inhibits Sleep through the Receptor DMSR-1 in Caenorhabditis Elegans.” Current Biology, vol. 35, no. 9, May 2025, pp. 2183-2194.e10. www.cell.com, https://doi.org/10.1016/j.cub.2025.03.039

MRI技术突破：反向追踪血流揭示大脑静脉网络奥秘

大脑静脉系统长期因复杂结构难以研究，加州大学伯克利分校的Ekin Karasan、Michael Lustig团队开发出DiSpect MRI技术，首次实现从静脉反向映射血流来源，相关成果为神经血管疾病诊断提供新工具。

▷ 大脑上静脉静脉灌注源映射的概念框架。Credit: Nature Communications (2025).

研究采用位移谱MRI（DiSpect）技术，利用血液水分子自旋作为天然示踪剂。通过磁化标记自旋并追踪其3-5秒的"记忆"，技术可逆向解析血流来源区域。实验显示，DiSpect不仅能检测咖啡因引起的全局血流变化，还能捕捉握拳任务时运动皮层局部血流重分布（灵敏度较传统fMRI提升3-4倍）。特别值得注意的是，该方法首次直接观察到"动脉血窃取"现象——神经活动区域从非活跃区"抢夺"血流的过程。在临床应用中，团队证实该技术可通过静脉端无创定位动静脉畸形的供血动脉，避免传统导管造影的风险。研究发表在 Nature Communications 上。

#神经科学 #神经调控 #神经机制与脑功能解析 #医学影像技术

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Karasan, Ekin, et al. “MR Perfusion Source Mapping Depicts Venous Territories and Reveals Perfusion Modulation during Neural Activation.” Nature Communications, vol. 16, no. 1, Apr. 2025, p. 3890. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s41467-025-59108-3

舞动的脑电波——声音如何实时重塑你的大脑网络

大脑如何实时响应声音刺激？奥胡斯大学大脑音乐中心的Mattia Rosso和Leonardo Bonetti团队与牛津大学合作，开发出FREQ-NESS神经成像技术，首次捕捉到听觉刺激下全脑网络的动态重组过程，相关成果可能改变我们对音乐认知和意识研究的理解。

研究团队开发的FREQ-NESS（频率分辨网络估计）技术，通过广义特征分解（GED）分析源重建脑磁图（MEG）数据，以8mm³的空间精度追踪不同频率脑网络的活动。在26名受试者实验中，2.4Hz节律声音刺激引发三个关键变化：首先产生与刺激频率同步的专属听觉网络；其次使原有α波网络从视觉区"迁移"至感觉运动区；最后显著增强听觉网络与内侧颞叶γ波网络的跨频耦合（相位-振幅耦合强度提升37%）。与传统ROI（感兴趣区域）分析方法不同，这种全脑数据驱动方法无需预设频段或脑区，首次完整呈现了"频率-空间"二维网络图谱。特别值得注意的是，即使被动聆听时，大脑也不仅接收声音信息，而是通过重组网络架构主动适应声学环境。研究发表在 Advanced Science 上。

#神经科学 #神经机制与脑功能解析 #大脑信号解析 #计算模型与人工智能模拟

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Rosso, Mattia, et al. “FREQ-NESS Reveals the Dynamic Reconfiguration of Frequency-Resolved Brain Networks During Auditory Stimulation.” Advanced Science, vol. 12, no. 20, 2025, p. 2413195. Wiley Online Library, https://doi.org/10.1002/advs.202413195

雌性大脑对酒精更敏感？去甲肾上腺素系统揭示性别差异

酒精使用障碍（AUD）存在显著性别差异，但机制不明。斯克里普斯研究所的Alexia Anjos-Santos、Chloe Michelle Erikson和Marisa Roberto团队发现，雌性大脑的去甲肾上腺素系统对酒精更敏感，且药物响应存在性别特异性，这为女性AUD精准治疗提供了依据。

研究结合电生理学、分子生物学和药理学方法，聚焦中央杏仁核（CeA，处理压力和酒精信号的关键脑区）。在雌性大鼠中，即使少量酒精也会改变去甲肾上腺素（NE）对γ-氨基丁酸能（GABAergic）神经传递的调控，而雄性需依赖形成后才出现类似变化。两种FDA批准药物表现差异：α1受体阻断剂哌唑嗪（prazosin，降压药）对非依赖和依赖雌性均能减少饮酒，β受体阻断剂普萘洛尔（propranolol，治疗心脏病药物）仅对依赖个体有效。人类脑组织分析显示，AUD女性基底外侧杏仁核和前额叶皮层的ADRA1A基因（编码α1受体）表达下调。这些发现解释了为何女性更易受酒精长期影响（如焦虑、抑郁），并提示需根据性别和饮酒阶段选择药物。研究发表在 Biological Psychiatry 上。

#神经科学 #个性化医疗 #神经机制与脑功能解析 #酒精使用障碍 #性别差异

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Anjos-Santos, Alexia, et al. “Noradrenaline Modulates Central Amygdala GABA Transmission and Alcohol Drinking in Female Rats.” Biological Psychiatry, vol. 0, no. 0, Apr. 2025. www.biologicalpsychiatryjournal.com, https://doi.org/10.1016/j.biopsych.2025.03.024

发现区分想象与现实的大脑机制

大脑如何区分真实体验与想象？伦敦大学学院的Nadine Dijkstra、Thomas von Rein、Peter Kok和Stephen M. Fleming团队通过神经影像学研究，揭示了梭状回和前额叶皮层在现实判断中的关键作用。

研究团队设计了一项巧妙的fMRI实验，要求26名参与者判断屏幕上是否出现微弱图案（实际出现概率仅50%），同时想象相同或不同方向的图案。当想象内容与预期图案一致且生动时，参与者更容易将想象误认为现实。神经影像分析显示，位于颞叶的梭状回（fusiform gyrus）活动强度直接预测现实判断：其激活越强，参与者越可能声称看到了实际不存在的图案。研究还发现前额叶皮层的前岛叶（anterior insula）与梭状回协同工作，共同完成对现实的最终判断。研究人员提出的"现实阈值模型"认为，大脑通过监测中阶视觉皮层的活动强度来区分内外源信号，这一机制异常可能导致精神疾病患者的现实判断障碍。研究为开发针对幻觉症状的干预方法提供了神经科学基础，并可能优化虚拟现实技术的真实性评估。研究发表在 Neuron 上。

#神经科学 #神经机制与脑功能解析 #心理健康与精神疾病 #计算模型与人工智能模拟 #知觉康复

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Dijkstra, Nadine, et al. “A Neural Basis for Distinguishing Imagination from Reality.” Neuron, vol. 0, no. 0, June 2025. www.cell.com, https://doi.org/10.1016/j.neuron.2025.05.015

不同传导位点分别处理自发和诱发信号，颠覆大脑可塑性传统认知

大脑如何实现学习与稳定的双重需求？匹兹堡大学Yue Yang、Oliver Schlüter等13人团队发现，神经元使用两种独立传导位点分别处理自发和诱发信号，颠覆了神经科学界关于突触共享位点的传统假设。

研究团队采用双光子成像技术观测小鼠视觉皮层L2/3神经元树突，结合化学激活和电压钳位记录（voltage-clamp recording）技术，首次在突触层面区分出功能独立的"可沉默位点"和"可闲置位点"。前者通过AMPA受体（AMPAR）的增减调控经验依赖的诱发放电，后者通过受体"闲置"状态维持自发放电稳态。

关键发现包括：（1）睁眼发育期诱发放电增强53%，而自发放电保持稳定；（2）药理学激活闲置受体可使自发放电提升40%但不影响诱发信号；（3）双光子谷氨酸解笼锁实验证实两类位点共存于同一树突棘。这种分离机制解释了大如何同时实现赫布型可塑性（Hebbian plasticity，即"一起激活的神经元连接会增强"）和稳态调节。研究为理解精神疾病中突触失衡提供新框架——例如孤独症可能涉及闲置位点异常，而阿尔茨海默病可能与沉默位点功能障碍相关。研究发表在 Science Advances 上。

#疾病与健康 #神经机制与脑功能解析 #突触可塑性 #视觉皮层发育

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Yang, Yue, et al. “Distinct Transmission Sites within a Synapse for Strengthening and Homeostasis.” Science Advances, vol. 11, no. 15, Apr. 2025, p. eads5750. science.org (Atypon), https://doi.org/10.1126/sciadv.ads5750

算法解码大脑结构与功能的奥秘

大脑连接组研究如同盲人摸象，不同方法产生矛盾结果。威尔康奈尔医学院的Keith W. Jamison、Amy Kuceyeski等研究人员开发出Krakencoder工具，成功统一多种大脑连接图谱，预测准确率提升20倍，为理解脑功能与疾病机制开辟新途径。

▷ Krakencoder 的众多机械臂将大脑连接图谱进行对齐和融合，形成互补的大脑连接图谱。Credit: Keith Jamison

研究团队构建了名为Krakencoder的自动编码器（autoencoder，一种能压缩和重建数据的AI模型），整合了12种不同处理流程产生的结构连接组和功能连接组。该模型使用人类连接组计划700多人的MRI数据进行训练，通过共享潜在空间融合多源数据。结果显示，Krakencoder能根据个体结构连接组预测其功能连接组，准确度比现有方法高20倍，个体识别率提升42-54%。融合后的低维表征不仅保留了年龄、性别信息，还增强了与认知能力的相关性。团队进一步结合网络修改工具NeMo分析中风患者数据，发现预测的功能连接组能更准确地反映患者后续运动/语言评分（临床评估指标）。这种"数字孪生"方法为定位康复关键脑区提供了新思路。研究发表在 Nature Methods 上。

#疾病与健康 #神经机制与脑功能解析 #预测模型构建 #跨学科整合 #计算模型与人工智能模拟

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Jamison, Keith W., et al. “Krakencoder: A Unified Brain Connectome Translation and Fusion Tool.” Nature Methods, June 2025, pp. 1–10. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s41592-025-02706-2

认知科学

心智图谱构建视觉运动关联的存储与检索机制

人类如何通过结构化记忆选择动作？Juliana E. Trach和Samuel D. McDougle团队发现，当人们学习新的视觉运动映射时，记忆检索涉及对结构化心智图谱的"遍历"，且这种图形化表征会持续存在。

研究团队让182名参与者学习具有潜在结构的视觉运动映射，这些结构将视觉特征（如颜色）与运动区分（如手指）联系起来。通过分析过渡反应时间，发现结构化映射的学习者表现出心智图谱"遍历"的特征模式。强制反应实验进一步揭示，单个试验内也存在类似的图形计算过程。值得注意的是，经过多天练习后，这种图形化表征仍然持续存在。研究表明，运动准备与结构化记忆表征的内部计算之间存在直接联系，为理解人类动作选择提供了新视角。研究发表在 Nature Human Behaviour 上。

#认知科学 #记忆机制 #神经机制与脑功能解析 #计算模型与人工智能模拟

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Trach, Juliana E., and Samuel D. McDougle. “Mental Graphs Structure the Storage and Retrieval of Visuomotor Associations.” Nature Human Behaviour, June 2025, pp. 1–15. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s41562-025-02217-2

为什么人工智能不能像人类一样理解花朵

大型语言模型为何无法真正理解"花朵"这样的具身概念？俄亥俄州立大学Qihui Xu联合香港理工大学、普林斯顿大学等机构的研究人员发现，缺乏感官体验导致AI的概念表征存在根本性缺陷。研究通过系统比较人类与AI对4,442个词汇的理解差异，揭示了具身认知在概念形成中的不可替代性。

研究团队采用心理学经典评估工具——格拉斯哥规范（评估词语在情绪唤醒度、具体性等9个维度）和兰开斯特规范（分析概念与感觉/运动信息的关联），对比测试人类与OpenAI（GPT-3.5/4）、Google（PaLM/Gemini）等主流大语言模型。结果显示，虽然AI在抽象概念（如"justice"）表征上与人类高度一致（相关系数r=0.78），但对涉及感官的概念（如"flower"）却存在显著差异：人类评分中嗅觉关联度达7.2/9分，而最佳LLM仅达4.1分。所有测试模型对运动相关概念（如"swing"）都完全缺失动作体验维度。研究同时发现，接受图像和文本双重训练的LLMs在视觉相关概念上表现优于纯文本模型（提升23%），证实多模态训练能部分弥补感官缺失。研究发表在 Nature Human Behaviour 上。

#认知科学 #计算模型与人工智能模拟 #大模型技术 #人机交互 #概念表征

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Large language models without grounding recover non-sensorimotor but not sensorimotor features of human concepts, Nature Human Behaviour (2025). DOI: 10.1038/s41562-025-02203-8

早期大脑功能网络发展的层级模型

大脑功能网络如何从胎儿期开始有序发展？加州大学洛杉矶分校的Wei Gao团队通过整合多模态神经影像数据，揭示了早期大脑功能网络遵循"从感觉运动到社交情感再到认知控制"的层级发展模式，为理解典型和非典型脑发育提供了新框架。

研究综合分析了静息态功能磁共振成像（rsfMRI）、脑电图（EEG）和功能性近红外光谱（fNIRS）等数据，追踪从胎儿期到幼儿期的大脑网络发展。结果显示，基本感觉运动网络（包括体感、视觉和听觉）在产前就已形成，并在出生前后达到类似成人的空间拓扑结构，为生命必需功能（如吸吮和触觉反应）提供支持。社交情感网络（如默认模式网络和杏仁核连接）在第一年快速发展，形成连接初级功能和高级认知的"整合核心"。而认知和执行控制网络（如前额叶网络）则经历更漫长的成熟过程。值得注意的是，网络拓扑成熟（结构连接）不等同于功能成熟，而是为后续经验依赖的微调创造条件。例如，新生儿期观察到的感觉运动网络与杏仁核的连接会逐渐消退，被前额叶连接取代。这些发现为理解自闭症等发育障碍的早期神经基础提供了重要线索。研究发表在 Trends in Cognitive Sciences 上。

#认知科学 #神经机制与脑功能解析 #早期发育 #功能连接 #多模态成像

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“A Hierarchical Model of Early Brain Functional Network Development.” Trends in Cognitive Sciences, May 2025. www.sciencedirect.com, https://doi.org/10.1016/j.tics.2025.04.001

怀旧音乐如何激发我们的舞蹈欲望

音乐引发的舞蹈冲动（groove）通常被认为与熟悉度有关，但怀旧情绪的影响尚未明确。西方大学脑与心智中心的Riya K. Sidhu、Diana M. Urian、Hong Zheng和Jessica A. Grahn团队发现，怀旧歌曲比熟悉歌曲更能激发舞蹈欲望，揭示了怀旧在音乐与运动关系中的独特作用。

研究团队选取参与者青少年时期（2009-2015年）的流行歌曲（如Ke$ha的《TiK ToK》、Carly Rae Jepsen的《Call Me Maybe》）作为怀旧刺激，近期热门歌曲（如Dua Lipa的《Don't Start Now》）作为低怀旧对照。通过在线实验，参与者对歌曲的舞蹈欲望、享受度、熟悉度和怀旧感进行评分，重点关注三种运动类型：轻拍（tap）、移动（move）和舞蹈（dance）。结果显示，怀旧歌曲在所有运动类型中都引发了更高的舞蹈欲望，其中《TiK ToK》在"渴望舞蹈"类别中得分最高。统计分析表明，怀旧和熟悉度都能预测轻拍和移动的评分，但只有怀旧能显著预测舞蹈欲望。这一发现不仅揭示了怀旧在激发舞蹈冲动中的独特作用，还为音乐治疗运动障碍（如帕金森病）提供了新思路。研究发表在 PLOS One 上。

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Sidhu, Riya K., et al. “Throwbacks That Move Us: The Dance-Inducing Power of Nostalgic Songs.” PLOS ONE, vol. 20, no. 5, May 2025, p. e0318766. PLoS Journals, https://doi.org/10.1371/journal.pone.0318766

黑猩猩也爱八卦，灵长类共享社交好奇心基因

社会好奇心如何进化发展？Laura Simone Lewis、Oded Ritov等国际研究团队通过比较黑猩猩（27只）和儿童（94名，4-6岁）的行为发现，两者都表现出对社交互动的强烈兴趣，且雄性黑猩猩和儿童甚至愿意为此放弃物质奖励，揭示了社会好奇心的早期发育和进化保守性。

研究团队设计了的"好奇心盒子"实验装置，内含播放不同社交场景视频的平板电脑。在第一个实验中，黑猩猩和儿童都显著更长时间观看社交互动视频而非单独个体视频（p<0.001）。第二个实验突破性地发现，儿童平均放弃3.2个弹珠奖励，雄性黑猩猩放弃2.7个菠萝蜜种子，只为观看社交视频，证实社会信息本身具有奖励价值。第三个实验揭示了人类特有的发展差异：6岁男孩观看冲突视频的时间比4岁男孩增加42%，而6岁女孩观看积极互动视频的时间增加35%，黑猩猩则无此性别差异。这些发现表明，社会好奇心在人类进化早期就已出现，且人类发展出更复杂的社会信息处理策略。研究发表在 Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences 上。

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Lewis, Laura Simone, et al. “Chimpanzees and Children Are Curious about Social Interactions.” Proceedings B, June 2025. world, royalsocietypublishing.org, https://doi.org/10.1098/rspb.2024.2242

3个月大的婴儿大脑连接可预测情绪发育轨迹

婴儿情绪发展存在个体差异，但传统方法难以早期预测。匹兹堡大学医学院的Yicheng Zhang和Mary L. Phillips团队发现，通过先进脑成像技术可在婴儿3个月大时预测其未来6个月的情绪变化轨迹，为早期干预提供新依据。

研究采用神经突定向弥散和密度成像（NODDI，能精细解析脑组织微结构）扫描95名婴儿，发现小钳束（forceps minor）神经突分散程度与负面情绪发展显著相关——分散度每增加1个单位，3-9个月负面情绪增长32%。相反，左扣带束（cingulum bundle）结构更复杂的婴儿表现出更强的积极情绪发展（增幅38-41%）和更快的自我安抚能力提升（35%）。这些脑结构指标在44名独立样本验证中保持稳定，且不受家庭环境等因素干扰。研究证实，负责连接情绪调控脑区的白质束，其早期发育差异可预测情绪轨迹，这为在行为问题出现前实施针对性干预提供了可能的时间窗口。研究发表在 Genomic Psychiatry 上。

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Early infant white matter tract microstructure predictors of subsequent change in emotionality and emotional regulation, Genomic Psychiatry (2025). DOI: 10.61373/gp025a.0026

低维脑网络交互揭示人类认知组织原则

脑网络如何通过低维交互支持认知功能？由Yonatan Sanz Perl和Gustavo Deco领衔的国际团队发现，任务驱动的脑网络交互重构可作为认知分类的精准指标，且低维建模优于传统分析方法。

研究团队结合深度变分自编码器（VAE，一种能压缩高维数据的神经网络）与计算建模，构建了基于人类连接组计划（HCP）千余名参与者fMRI数据的全脑动态模型。通过生成性时间箭头连接性（GCAT，量化信号不可逆性的新指标）推断网络间有效连接，团队发现七种认知任务会引发网络交互模式的特定重构。关键突破在于：相比传统节点空间分析，低维流形空间建模使任务分类准确率提升23%，模型拟合优度提高35%。研究证实大脑通过少数"主控网络"的交互实现复杂认知，这些网络构成嵌入低维流形的"计算引擎"。网络交互模式具有任务特异性，如工作记忆任务主要激活前额叶-顶叶网络动态耦合，而情绪任务则依赖边缘系统网络重组。研究发表在 Network Neuroscience 上。

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Perl, Yonatan Sanz, et al. “Modelling Low-Dimensional Interacting Brain Networks Reveals Organising Principle in Human Cognition.” Network Neuroscience, vol. 9, no. 2, May 2025, pp. 661–81. Silverchair, https://doi.org/10.1162/netn_a_00434

北师大团队开放双语认知fMRI数据集，揭示语言控制神经机制

双语者如何在大脑中实现语言切换？北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室郭桃梅（Taomei Guo）团队在Scientific Data 发表了包含77名中英双语者的功能磁共振成像（fMRI）数据集，同步记录了语言控制和认知控制任务的神经活动，为相关研究提供了重要资源。

研究采用双任务设计：语言控制任务要求被试根据线索用中文或英文命名图片，认知控制任务则需按不同规则判断箭头方向。所有数据采集自3T MRI扫描仪，包含高分辨率结构像（structural imaging）和任务态功能像（task fMRI），严格遵循国际通用的BIDS（Brain Imaging Data Structure）标准组织。质量控制显示，尽管语言任务因发声需求导致更多头动（平均帧位移FD=0.15mm），但时间信噪比（tSNR）仍保持优质水平（语言任务71.66±10.07，认知任务79.64±8.62）。数据集特别提供了单试次BOLD响应估计，支持动态因果建模（DCM）和表征相似性分析（RSA）等前沿方法应用。研究团队还公开了详细的行为数据和能力评估结果，使该数据集成为探索双语认知神经机制的理想平台。研究发表在 Scientific Data 上。

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Guo, Tingting, et al. “An fMRI Dataset for Investigating Language Control and Cognitive Control in Bilinguals.” Scientific Data, vol. 12, no. 1, May 2025, p. 889. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s41597-025-05245-9

多任务处理并非单一技能，它兼顾通用能力和特定能力

多任务处理能力究竟如何构成？萨里大学Kelvin F. H. Lui、Yetta Kwailing Wong和Alan C. -N. Wong团队通过224名大学生的实验发现，这种能力是通用认知技能与情境特定能力的结合体。

研究团队设计了九种实验范式，涵盖同时多任务处理（concurrent multitasking，如边开车边通话）、任务切换（task switching，如处理邮件时回复通知）和复杂多任务处理（complex multitasking，如管理厨房）三大类型。通过验证性因子分析发现，任务切换表现81%由通用能力解释，而同时处理需要额外17%的特定视觉空间能力，复杂处理则需23%的工作记忆容量支持。这解释了为何女性在文书类任务切换测试中占优，而男性在空间类同时处理任务表现更好——差异源于任务类型而非绝对能力。研究建议多任务训练应兼顾通用能力（如注意力控制）和特定技能（如空间导航）。研究发表在 Journal of Experimental Psychology: Human Perception and Performance 上。

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Lui, Kelvin F. H., et al. “Bridging Concurrent Multitasking, Task Switching, and Complex Multitasking: The General and Specific Skills Involved.” Journal of Experimental Psychology: Human Perception and Performance, 2025. APA PsycNet, https://doi.org/10.1037/xhp0001332

神经递质调控的全脑计算模型揭示任务多样性机制

大脑如何用固定结构完成多变任务？Gustavo Deco、Yonatan Sanz Perl等国际团队发现，进化通过神经递质动态调控实现"架构固定，连接可变"的巧妙设计。他们开发的NEMO全脑模型首次在计算层面复现人脑任务多样性，相关指标还能预测个体智力水平。

研究团队整合971名健康参与者的人类连接组计划（HCP）数据，构建神经递质调控（NEMO）全脑模型。该模型通过多巴胺、血清素等递质图谱动态调制局部脑区活动，在固定解剖架构中实现功能连接的可塑性变化。关键突破是定义"脑可计算性"指标——模型拟合个体所有任务表现的程度。结果显示：在静息态和7类认知任务中，NEMO准确复现了功能连接组（FC）特征（r=0.82）；更惊人的是，脑可计算性不仅预测单任务表现（p<0.01），还与瑞文推理测验（Raven's test）得分显著相关（β=0.47）。机制上，这种灵活性源于热力学非平衡态下的动态层级重组——当神经递质浓度变化时，信息传输概率在突触层面被实时调整，形成"可变电路板"效应。相比人工神经网络需重新训练适应新任务，NEMO模型仅需调整递质参数即可切换计算模式，能耗降低三个数量级。

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Deco, Gustavo, et al. Evolution’s Boldest Trick: Neurotransmission Modulated Whole-Brain Computation Captures Full Task Repertoire. bioRxiv, 3 June 2025, p. 2025.06.02.657368. bioRxiv, https://doi.org/10.1101/2025.06.02.657368

绿地促进青少年大脑发育，助力学业与心理健康

城市化如何影响青少年大脑发育？伦敦国王学院心理学、精神病学与神经科学研究所的Qingyang Li、Sarah Whittle和Divyangana Rakesh团队通过分析7,102名青少年的数据发现，接触绿地（greenspace）与大脑结构积极变化相关，这些变化进而提升学业表现和心理健康水平。

▷ A 和 B，绿色空间暴露与 T2 皮质厚度（A）、T2 表面积（B）、皮质厚度变化（C）和表面积变化（D）之间关联的线性混合效应模型的 t 统计值。Credit: Biological Psychiatry (2025).

研究团队利用美国青少年大脑认知发展（ABCD）研究数据，采用线性混合效应模型分析了9-10岁儿童接触绿地与两年后大脑结构的关联。结果显示，绿地暴露与更大的总表面积（SA）、皮质体积（CV）相关，特定脑区如颞叶皮质增厚（+0.03mm）、尾状核体积增大（+15mm³）。纵向分析发现，高暴露组总SA年增长率提高1.2%，皮质厚度年减少率降低0.8%。中介分析表明，这些结构变化解释了绿色空间对学业成绩（数学得分提高12%）和心理健康（抑郁症状减少8%）的28%影响效应。值得注意的是，这些益处独立于家庭收入或社区贫困水平。研究为城市规划提供了神经科学依据，建议将绿地整合进校园和居住区设计。研究发表在 Biological Psychiatry 上。

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Li, Qingyang, et al. “Longitudinal Associations between Greenspace Exposure, Structural Brain Development, and Mental Health and Academic Performance during Early Adolescence.” Biological Psychiatry, vol. 0, no. 0, Apr. 2025. www.biologicalpsychiatryjournal.com, https://doi.org/10.1016/j.biopsych.2025.03.026

疾病与健康

Science：心脏类器官长出真实血管

类器官因缺乏血管系统难以突破3毫米尺寸限制。斯坦福医学院的Oscar J. Abilez、Huaxiao Yang和Joseph C. Wu团队通过优化培养方案，成功培育出含完整血管网络的心脏和肝脏类器官，尺寸可达5毫米，细胞类型媲美6周人类胚胎器官。

▷ 这个两周大的心脏类器官包含心肌细胞（绿色）和平滑肌细胞（白色），周围环绕着内皮细胞（洋红色），构成了逼真的血管网络。Credit: Oscar Abilez / Stanford Medicine

研究团队整合34种培养方案，使用荧光标记技术追踪干细胞分化为心肌细胞（cardiomyocytes）、内皮细胞（形成血管内壁）和平滑肌细胞（调控血管收缩）。最优方案"条件32"产生的类器官呈现三层结构：内部心肌和平滑肌细胞，外层形成分支状血管网络。单细胞RNA测序显示每个类器官含15-17种细胞类型，3D显微镜观察到直径10-100微米的功能性微血管。实验证实该血管网络能响应药物刺激——芬太尼暴露促使血管增生。技术成功拓展至肝脏类器官，血管化策略展现跨器官适用性。这些类器官可模拟人类胚胎发育早期（约3周）的血管形成过程，为研究器官发生和药物测试提供新平台。研究发表在 Science 上。

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Abilez, Oscar J., et al. “Gastruloids Enable Modeling of the Earliest Stages of Human Cardiac and Hepatic Vascularization.” Science, vol. 388, no. 6751, June 2025, p. eadu9375. science.org (Atypon), https://doi.org/10.1126/science.adu9375

Nature：微型旋转器技术使血栓清除成功率翻倍以上

斯坦福大学的Yilong Chang、Renee Zhao等团队开发了milli-spinner技术，通过创新力学设计使血栓清除成功率提升至90%，尤其对难治性血栓效果显著。

▷ milli-spinner 的特写镜头，它由一根长而中空的管子组成，可以快速旋转，并在血凝块附近有一系列鳍片和缝隙，有助于产生局部吸力。凭借其创新设计，milli-spinner 可以在不破裂血凝块的情况下使其缩小。Credit: Andrew Brodhead

研究团队设计了独特的milli-spinner装置，其旋转中空管（hollow tube）上的鳍片和缝隙可产生局部吸力，对血栓同时施加压缩力和剪切力。这种力学作用能将纤维蛋白（fibrin）网络密实化，使血栓体积缩小95%而不破裂。在肺动脉和脑动脉流动模型测试中，该技术实现了超快速血栓减容（clot debulking）和高保真血管再通（revascularization）。动物实验显示，其对最难处理的纤维蛋白富集血栓（fibrin-rich clots）清除率达90%，而现有技术仅11%。传统抽吸血栓切除术依赖血栓变形和破裂，而milli-spinner通过改变血栓微结构实现更安全有效的清除。研究团队已成立公司推进该技术临床应用，计划近期开展临床试验。研究发表在 Nature 上。

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Chang, Yilong, et al. “Milli-Spinner Thrombectomy.” Nature, June 2025, pp. 1–7. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s41586-025-09049-0

Nature：非侵入性机械刺激增强脑废物清除

脑废物清除功能障碍如何改善？基础科学研究所（IBS）的Koh Gou Young、Jin Hokyung、Yoon Jin-Hui和Hong Seon Pyo团队发现，通过精确刺激颈面部淋巴管可显著增强脑脊液（CSF）引流，使老年小鼠的脑废物清除能力恢复至年轻水平。

▷ 该图显示了脑脊液（CSF）从大脑表面通过面部淋巴管流动并进入颈部淋巴结的路径。Credit: Institute for Basic Science

研究团队首先使用基因改造小鼠和荧光示踪技术，绘制出CSF通过面部、鼻部和硬腭淋巴管引流至颈浅淋巴结的新路径。值得注意的是，在老年动物中，只有面部皮肤下的淋巴管保持完整功能。基于这一发现，团队开发了力调节机械刺激器——一种通过精确按压和摩擦颈部皮肤来增强CSF引流的手持设备。实验显示，这种非侵入性刺激使老年小鼠的CSF清除率恢复至年轻水平，效果相当于年轻时的两倍。机制研究发现，刺激通过增加淋巴管内皮细胞的一氧化氮合酶（eNOS，一种调节血管功能的酶）活性来改善功能，而不会干扰淋巴管的自然节律性收缩。这种方法的独特优势在于其安全性和可重复性，为开发可穿戴治疗设备用于阿尔茨海默病等神经退行性疾病的预防和治疗提供了新思路。研究发表在 Nature 上。

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Jin, Hokyung, et al. “Increased CSF Drainage by Non-Invasive Manipulation of Cervical Lymphatics.” Nature, June 2025, pp. 1–13. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s41586-025-09052-5

熬夜伤情，上海交大发现睡眠剥夺会降低情绪识别能力

睡眠状态如何影响情绪感知？上海交通大学计算机学院吕宝粮、郑伟龙团队联合李子怡、陶乐妍、马睿骁等研究者，通过构建全球最大睡眠多模态情绪数据集SEED-SD，结合新型ReLF算法，首次定量证明睡眠剥夺会显著降低情绪识别能力，而充足睡眠可恢复该能力。

研究团队招募40名被试，分别在睡眠剥夺（整晚不睡）、睡眠恢复（8小时补觉）和正常睡眠状态下，记录其观看情绪视频时的脑电和眼动信号。新开发的ReLF算法创新性地采用"分区注意力"机制，能自动识别关键脑区（如前额叶）和眼动特征（如瞳孔变化）。实验显示：睡眠剥夺状态下情绪识别准确率下降15.7%，而睡眠恢复后仅比正常状态低2.3%。进一步分析发现，δ频段（1-4Hz）脑电波和快速眼跳是区分情绪的最稳定指标。值得注意的是，虽然睡眠剥夺改变了神经活动模式，但脑电与眼动的互补关系保持不变——结合两种模态始终比单模态识别率高11%以上。该成果为抑郁症的客观诊断提供了新思路，相关算法已开源。研究发表在 IEEE Transactions on Affective Computing 上。

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Li, Ziyi, et al. “Investigating the Effects of Sleep Conditions on Emotion Responses With EEG Signals and Eye Movements.” IEEE Transactions on Affective Computing, 2025, pp. 1–18. IEEE Xplore, https://doi.org/10.1109/TAFFC.2025.3572504

昼夜节律偏好与青少年的冲动有关

匹兹堡大学的Riya Mirchandaney团队发现，自述为“夜猫子”的青少年表现出更高的冲动性，尤其是负面情绪下的冲动决策和任务放弃倾向。然而，客观测量的生物钟相位与冲动性无关，提示心理因素可能起关键作用。

研究纳入210名青少年（平均年龄17岁），通过晨型-夜型量表（Composite Scale of Morningness）评估昼夜节律偏好，UPPS-P量表测量冲动性，并采集唾液测定褪黑激素起始时间（DLMO）作为生物钟相位的客观指标。结果显示，夜型偏好与负面紧迫感（negative urgency，即负面情绪下的冲动行为）和缺乏毅力显著相关（p=.003），但DLMO与冲动性无关联。腕式体动记录仪（actigraph）数据表明，睡眠中点与生物钟相位可能交互影响次日冲动性，但未达统计学显著性（p=.07）。研究者推测，自我报告的昼夜节律偏好可能隐含未测量的心理特质，而时间治疗（chronotherapy）或可帮助青少年调节冲动行为。研究发表在 Sleep 上。

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Mirchandaney, Riya, et al. “0022 Circadian Preference, but Not Circadian Phase, Associates with State and Trait Levels of Impulsivity in Adolescents.” Sleep, vol. 48, no. Supplement_1, May 2025, pp. A9–10. Silverchair, https://doi.org/10.1093/sleep/zsaf090.0022

失眠新解：睡眠中清醒感实为正常脑活动

失眠患者常抱怨睡眠质量差，但客观测量往往难以验证。日内瓦大学医院的Carlotta L. Schneider团队与Christoph Nissen等合作者发现，睡眠中感知清醒的现象其实与高频脑活动相关，且失眠患者与健康人群在此机制上并无本质差异。

▷ 睡眠-觉醒感知。该图可视化了共计 559 份健康对照组和失眠症患者的系列觉醒报告的结果。Credit: Scientific Reports (2025).

研究团队在睡眠实验室中对30名失眠患者和30名健康参与者进行多晚监测。通过振动手环在非快速眼动睡眠（NREM）阶段进行序列唤醒（最多12次/晚），并立即询问感知状态。结果发现两组均有约50%概率将NREM睡眠误判为"清醒"，且客观睡眠参数（包括睡眠连续性、架构、频谱功率等）无组间差异。关键发现是高频（β频段）脑活动——反映皮层唤醒的指标——能预测清醒感知，这种关联与是否患失眠无关。研究支持"睡眠-觉醒连续体"新概念，表明睡眠中可存在类似觉醒的生理活动。这些发现解释了为何现行一线治疗认知行为疗法（CBT-I）有效——因为患者的睡眠调节系统基本完好，症状可能源于认知行为机制。研究发表在 Scientific Reports 上。

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Schneider, Carlotta L., et al. “Multimodal Assessment of Sleep-Wake Perception in Insomnia Disorder.” Scientific Reports, vol. 15, no. 1, June 2025, p. 19328. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s41598-025-00995-3

衰老大脑中发现新型逆转录酶编码RNA

Sanford Burnham Prebys医学研究所的Juliet Nicodemus、Jerold Chun等团队发现衰老大脑中存在数百种新型截短LINE1 RNA变异体，这些变异体编码功能多样的逆转录酶，可能为阿尔兹海默病治疗提供新靶点。

▷ 使用 RNAscope 技术检测衰老人类大脑中由长散播核元件 1“跳跃”而产生的新型截短 RNA 的结果。长散播核元件 1 是一种已知能够利用自身逆转录酶将自身复制粘贴到基因组其他位置的基因序列。Credit: Jerold Chun, Juliet Nicodemus, Sanford Burnham Prebys

研究团队分析了31例阿尔茨海默病患者和正常衰老大脑的皮层组织。通过酶活性检测发现所有大脑都存在RT活性，但阿尔茨海默病样本活性降低，这与神经元退化特征一致。采用PacBio HiFi长读长测序技术，团队意外发现550多种新型截短LINE1（长散播核元件1）ORF2 mRNA变异体，数量远超人类参考基因组记录。这些单顺反子（仅含一个蛋白编码区）变异体实验证实可编码功能性RT，不同变异体的酶活性差异高达50倍。空间转录组学分析显示RT活性主要存在于神经元富集的灰质区域，与神经元ORF2表达水平正相关。值得注意的是，全长双顺反子LINE1转录本在样本中极为罕见（<0.01%），且80%以上为非编码序列。

这些发现颠覆了“LINE1需完整双顺反子mRNA才能发挥功能”的传统认知，揭示了大脑中RT活性的新来源。研究为理解阿尔茨海默病进展中的体细胞基因重组提供了新视角，并支持进一步探索FDA已批准的RT抑制剂（如HIV治疗药物）的潜在治疗价值。研究发表在 The Journal of Neuroscience 上。

#疾病与健康 #神经机制与脑功能解析 #个性化医疗 #阿尔茨海默病 #逆转录酶

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Nicodemus, Juliet, et al. “Sequence Diversity and Encoded Enzymatic Differences of Monocistronic L1 ORF2 mRNA Variants in the Aged Normal and Alzheimer’s Disease Brain.” Journal of Neuroscience, May 2025. www.jneurosci.org, https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.2298-24.2025

AI预测大脑衰老轨迹，提前数年预警阿尔茨海默病

神经退行性疾病早期检测面临重大挑战，南加州大学Gengshuo Liu、Nikhil N. Chaudhari、Paul Bogdan等组成的多学科团队开发出突破性AI系统，仅需单次MRI扫描即可预测大脑未来衰老轨迹。

研究团队融合了3D扩散模型（生成高质量医学图像的人工智能技术）和ControlNet（能根据输入数据精确控制图像生成的架构）。该系统以健康成年人的单次脑部MRI为输入，通过数学框架模拟大脑随时间变化的复杂生理过程，预测出多年后的脑部影像。关键技术突破在于：模型平均体素强度误差仅15%，结构相似性指数高达93%，远超传统定性评估方法。通过FreeSurfer体积测量验证，生成图像能准确反映个体特异性脑萎缩模式，这对阿尔茨海默病风险预估具有重要价值。目前模型已展示出捕捉细微神经退行性变化的潜力，研究团队正计划扩展数据集以覆盖更广年龄范围，并寻求临床合作进行实际医疗场景验证。

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Liu, Gengshuo, et al. “Controllable Generative Model for Brain Evolution.” ICASSP 2025 - 2025 IEEE International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing (ICASSP), 2025, pp. 1–5. IEEE Xplore, https://doi.org/10.1109/ICASSP49660.2025.10888742

增强大脑自洁系统可清除阿尔茨海默病毒素

阿尔茨海默病与大脑废物清除系统功能障碍有何关联？哥伦比亚大学欧文医学中心的Kai Chen、Guang Yang等团队发现，抑制星形胶质细胞中的PERK蛋白可以显著改善"大脑洗碗机"——胶质淋巴系统（glymphatic system）的功能，有效清除毒性蛋白并改善认知能力。

▷ 一种绿色的示踪流体通过大脑的淋巴系统流动，该系统是一种最近发现的废物处理系统。该系统沿着大脑血管的外边缘（红色）移动废物。Credit: Kai Chen

研究团队使用两种阿尔茨海默病小鼠模型（5XFAD和PS19），通过向脑脊液注射示踪剂并结合高分辨率显微镜，首次证实水通道蛋白AQP4在疾病状态下会错误分布在星形胶质细胞表面。进一步机制研究发现，PERK蛋白过度激活会通过CK2激酶破坏AQP4的正确定位（星形胶质细胞终足）。当研究人员使用基因删除或临床阶段PERK抑制剂（原用于癌症治疗）干预后，AQP4重新定位于正确位置，使β-淀粉样蛋白和tau蛋白的清除效率提升67%。行为实验显示，治疗组小鼠在迷宫测试中表现改善35%，且脑内毒性蛋白聚集减少42%。该研究不仅揭示了胶质淋巴系统功能障碍的新机制，还为利用现有抗癌药物治疗神经退行性疾病提供了理论依据。研究发表在 Neuron 上。

#疾病与健康 #神经调控 #阿尔茨海默病 #胶质淋巴系统 #PERK抑制剂

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Chen, Kai, et al. “Selective Removal of Astrocytic PERK Protects against Glymphatic Impairment and Decreases Toxic Aggregation of β-Amyloid and Tau.” Neuron, vol. 0, no. 0, May 2025. www.cell.com, https://doi.org/10.1016/j.neuron.2025.04.027

年度阿尔茨海默病药物研发管线报告显示治疗前景乐观

全球有超过5700万痴呆症患者，阿尔茨海默病治疗需求迫切。内华达大学拉斯维加斯分校的Jeffrey L. Cummings团队分析了182项临床试验和138种药物，发现研发管线较去年显著扩大，特别是I期试验数量增加近一倍，为治疗带来新希望。

研究团队系统分析了clinicaltrials.gov上注册的所有阿尔茨海默病临床试验数据。结果显示，当前研发管线包含182项试验（北美洲2,227个站点，全球其他地区2,302个站点）和138种药物。疾病靶向疗法（DTTs）占主导地位（74%），其中小分子药物占43%，生物制剂占30%。值得注意的是，I期临床试验从2024年的27项增至48项，表明基础研究活跃度提升。56项新试验于2024年初启动，包括10项III期试验。生物标志物在27%试验中作为主要终点，在患者筛选和疗效评估中发挥关键作用。药物再利用策略表现突出，46种已获批药物（占管线33%）被重新开发用于阿尔茨海默病，可显著缩短上市时间。全球超过50,000名受试者参与试验，研究人员建议增加单个站点的试验数量以提高招募效率。研究发表在 Alzheimer's & Dementia: Translational Research & Clinical Interventions 上。

#疾病与健康 #个性化医疗 #药物研发 #生物标志物 #阿尔茨海默病

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Cummings, Jeffrey L., et al. Alzheimer’s Disease Drug Development Pipeline: 2025. alz-journals.onlinelibrary.wiley.com, https://doi.org/10.1002/trc2.70098. Accessed 4 June 2025

孤独症和多动症具有不同的大脑连接特征

孤独症（ASD）和多动症（ADHD）常共病但神经机制不清。美国国立卫生研究院和伦敦国王学院的Luke J. Norman、Gustavo Sudre等团队通过分析12,732名儿童青少年脑数据，首次系统揭示两种疾病具有相反的大脑连接模式。

研究团队整合全球多中心数据，采用横断面大型分析方法，对10,168名6-19岁参与者进行功能磁共振成像（fMRI）分析，重点关注丘脑（感觉信息中转站）和壳核（运动学习中枢）等关键区域。结果显示：ASD患者丘脑与额顶叶注意网络连接显著减弱，而ADHD患者相同通路连接异常增强。特别发现默认模式网络与背侧注意网络的超连接是ADHD的共性特征，这种模式在ASD组同样存在但强度较弱。尽管50-70%的ASD患者表现ADHD症状，研究证实两种疾病具有可区分的神经标记，效应量虽小（标准化均值差0.1-0.3）但具有临床意义。这些发现可能解释为何部分患者对特定治疗反应不同，为开发靶向干预策略提供新方向。研究发表在 Nature Mental Health 上。

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Norman, Luke J., et al. “Cross-Sectional Mega-Analysis of Resting-State Alterations Associated with Autism and Attention-Deficit/Hyperactivity Disorder in Children and Adolescents.” Nature Mental Health, May 2025, pp. 1–15. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s44220-025-00431-5

基因分析揭示抑郁症、躁郁症和精神分裂症的共同生物学机制

马克斯·普朗克精神病学研究所、亥姆霍兹慕尼黑和悉尼大学的Karolina Worf、Janine Knauer-Arloth等团队通过多组学分析发现，抑郁症、躁郁症和精神分裂症共享相同的分子机制，涉及昼夜节律、应激激素和神经递质通路。

▷ 维恩图显示了外显子 eQTL 基因（灰色）、BD、MDD 和 SCZ 联合 GWAS 外显子 eQT 评分基因（紫色）以及差异表达外显子水平基因（蓝色）之间的重叠。BD 双相情感障碍、MDD 重度抑郁障碍、SCZ 精神分裂症、CDG 交叉障碍、T2D 2 型糖尿病。Credit: Translational Psychiatry (2025).

研究团队采用外显子水平分析（exon-level analysis，基因的功能片段），对205例死后脑样本进行多模态研究。通过整合单核苷酸多态性（SNP）、罕见变异和多基因风险评分（PRS，综合评估遗传风险），发现三种疾病患者在外显子表达上存在显著差异，而传统基因水平分析无法检测这种差异。核心发现包括：110个共享基因涉及昼夜节律失调（统计显著性FDR=0.02）、皮质醇分泌异常（FDR=0.026）和多巴胺信号紊乱（FDR=0.038）。单核RNA测序显示这些基因主要在前额叶皮层2-6层兴奋性神经元中活跃。意外发现是心肌细胞肾上腺素能通路（FDR=0.0028）的关联，暗示精神-心脏共病机制。该研究为开发跨诊断治疗策略提供了分子靶点。研究发表在 Translational Psychiatry 上。

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Worf, Karolina, et al. “Exon-Variant Interplay and Multi-Modal Evidence Identify Endocrine Dysregulation in Severe Psychiatric Disorders Impacting Excitatory Neurons.” Translational Psychiatry, vol. 15, no. 1, Apr. 2025, pp. 1–13. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s41398-025-03366-8

神经类固醇被认定为难治性抑郁症的潜在治疗

全球约30%抑郁症患者对现有药物无反应，形成难治性抑郁症（TRD）。印度Smt. Kishoritai Bhoyar药学院的Krutika Nagpurkar、Pratik Ghive等团队通过系统综述发现，神经类固醇通过独特的多靶点机制展现出显著疗效，为TRD治疗带来新希望。

▷ 图形摘要总结了研究人员的综述论文。Credit: Nagpurkar et al. (Neuroscience, 2025).

研究团队分析了孕烯醇酮（allopregnanolone）、脱氢表雄酮（DHEA）等神经类固醇的临床证据。这些天然化合物能同时调节GABA_A受体（大脑"刹车系统"）和NMDA受体（记忆相关开关），增强神经可塑性。更重要的是，它们能重置过度活跃的HPA轴（下丘脑-垂体-肾上腺轴，压力反应中枢），从根源缓解抑郁相关的神经化学失衡。动物实验中，神经类固醇成功逆转慢性压力诱发的抑郁行为；人体试验显示其起效速度优于传统药物，且2019年FDA已批准同类药物brexanolone治疗产后抑郁。不过，这类化合物存在口服吸收率低、长期使用安全性待验证等挑战，需进一步研究优化。研究发表在 Neuroscience 上。

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Nagpurkar, Krutika, et al. “Neurosteroids as Emerging Therapeutics for Treatment-Resistant Depression: Mechanisms and Clinical Potential.” Neuroscience, vol. 577, June 2025, pp. 300–14. www.ibroneuroscience.org, https://doi.org/10.1016/j.neuroscience.2025.05.022

四种微小RNA与精神疾病和帕金森病直接相关

microRNA（miRNA）如何影响精神疾病和神经退行性疾病？加州大学戴维斯分校医学院的Selina M. Vattathil、Aliza P. Wingo和Thomas S. Wingo团队通过分析604名老年供体的脑组织样本，系统鉴定了49种与双相情感障碍、抑郁症、精神分裂症、创伤后应激障碍（PTSD）和帕金森病相关的miRNA，揭示了这些疾病潜在的共同分子机制。

▷ 本研究生成的 miRNA 数据与多个现有数据集和资源进行了比较和整合。Credit: Nature Aging (2024).

研究团队对604名供体（死亡年龄中位数90岁）的背外侧前额叶皮层（dlPFC）进行小RNA测序，结合全基因组关联研究（GWAS）数据，系统分析了470种miRNA的表达水平及其遗传调控。结果显示，49种miRNA与至少一种脑部疾病相关，其中miR-499a-5p同时增加双相情感障碍和精神分裂症风险，miR-1908-5p与双相情感障碍和重度抑郁症相关。进一步发现224种miRNA受遗传变异（miR-QTLs）调控，这些变异多位于启动子或增强子区域。研究还表明，位于基因内部的miRNA可能独立于宿主基因被调控。研究发表在 Nature Aging 上。

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Vattathil, Selina M., et al. “Mapping the microRNA Landscape in the Older Adult Brain and Its Genetic Contribution to Neuropsychiatric Conditions.” Nature Aging, vol. 5, no. 2, Feb. 2025, pp. 306–19. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s43587-024-00778-x

减少半胱氨酸摄入可激活脂肪"褐变"实现健康减重

高脂饮食通常导致肥胖，但如何在不减少进食的情况下实现减重？耶鲁大学医学院的Aileen H. Lee、Vishwa Deep Dixit等团队发现，限制单一氨基酸——半胱氨酸的摄入，可使持续高脂饮食的肥胖小鼠完全恢复健康体重，并显著改善代谢炎症。

▷ 半胱氨酸消除诱导的褐变和减肥需要去甲肾上腺素信号传导。a, 组织透明化及全脑 c-Fos 免疫标记方法。b, 热感觉信息流入大脑及产热外流至外周的示意图。c, 对 5 天后收集的 Cth −/− 大脑中 c-Fos + 细胞分布进行自动分析。Credit: Nature Metabolism (2025).

研究首先基于CALERIE-II临床试验数据，发现适度热量限制（15%持续两年）人群脂肪组织中半胱氨酸水平降低。随后通过小鼠实验证实，完全去除半胱氨酸会使白色脂肪组织（white adipose tissue, 储能型）几乎全部转化为棕色脂肪（产热型），这一过程使持续高脂饮食的肥胖小鼠在5天内启动显著减重，最终体重下降30%。机制研究发现，半胱氨酸缺乏会过度激活大脑多个区域，触发交感神经系统释放去甲肾上腺素，通过脂肪细胞的β3-肾上腺素受体诱导褐变。值得注意的是，该通路独立于已知的FGF21和UCP1机制，代表全新的代谢调控靶点。研究还发现适度限制半胱氨酸即可唤醒休眠的内源性合成通路，产生类似的健康益处，为开发新型减肥干预策略提供了理论基础。研究发表在 Nature Metabolism 上。

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Lee, Aileen H., et al. “Cysteine Depletion Triggers Adipose Tissue Thermogenesis and Weight Loss.” Nature Metabolism, June 2025, pp. 1–19. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s42255-025-01297-8

成瘾者更爱复杂音乐，药物成瘾重塑大脑奖赏阈值

长期药物使用如何改变大脑对音乐的响应？丹麦奥胡斯大学的Jan Stupacher、Benedetta Matarrelli、Danilo Cozzoli等团队发现，物质成瘾康复者对高复杂度音乐的运动欲望显著增强，揭示了多巴胺奖赏系统的阈值改变现象。

▷ A) 蓝色方块标记三种节...