█腦科學動態

青少年睡眠不足與大腦連接中斷和行為問題有關

海馬體信號揭示大腦如何預測即將看到的景象

壓力如何導致睡眠和記憶力下降

壓力基因揭示細胞清除新機制

左撇子大腦的語言和抑制控制功能會左右互換

常用止痛藥在神經末梢直接掐斷痛感

█AI行業動態

革命性人造血：兼容所有血型且室溫保存兩年

首次在實驗室培育出真牙

█AI驅動科學

Science：全光譜視網膜假體，讓失明動物看見紅外光

通用生物醫學AI智能體Biomni，實現全流程自主科研

虛擬現實揭示情景記憶的層級事件分割機制

認知模型賦能機器心智理論：個性化建模突破人機協作瓶頸

機械手F-TAC實現人類級觸覺靈敏度

腦科學動態

青少年睡眠不足與大腦連接中斷和行為問題有關

佐治亞大學的Linhao Zhang、Charles Geier、Ellen House和Assaf Oshri團隊研究發現，睡眠不足會改變大腦默認模式網絡（DMN）的連接模式，并增加未來出現行為問題的風險。男孩和少數族裔兒童尤其容易受到影響。

研究團隊利用美國青少年大腦和認知發展研究（ABCD）的數據，對2,811名平均年齡11.94歲的青少年進行了跟蹤調查。通過Fitbit智能手環客觀記錄了參與者平均14晚的睡眠時間和效率，并結合核磁共振成像（MRI）分析了大腦默認模式網絡的連接模式。研究發現，睡眠時間短的青少年更可能表現為"低內部高外部"連接模式（DMN內部連接弱而與其他網絡連接強），而睡眠效率低的青少年則更可能表現為"高內部低外部"連接模式。這些異常連接模式與一年后出現的外化問題（如沖動控制差、攻擊行為）顯著相關。值得注意的是，男孩、年齡較大兒童和少數族裔兒童的睡眠時間普遍更短，在研究期間表現出更多行為問題。研究發表在 Brain and Behavior 上。

#疾病與健康 #心理健康與精神疾病 #神經機制與腦功能解析 #青少年發展 #睡眠科學

閱讀更多：

Zhang, Linhao, et al. “Latent Default Mode Network Connectivity Patterns: Associations With Sleep Health and Adolescent Psychopathology.” Brain and Behavior, vol. 15, no. 5, 2025, p. e70579. Wiley Online Library, https://doi.org/10.1002/brb3.70579

海馬體信號揭示大腦如何預測即將看到的景象

倫敦大學學院皇后廣場神經病學研究所的Oliver Warrington、Nadine N. Graedel、Martina F. Callaghan和Peter Kok團隊發現，海馬體通過特定神經編碼向視覺皮層傳遞預測信號，這種機制可能構成人類高效感知的基礎。

?實驗范式與分析概述。Credit: Science Advances (2025).

研究采用7特斯拉功能磁共振成像（7T fMRI，目前最高分辨率的非侵入式腦成像技術）觀測30名健康參與者。實驗設計聲音提示與抽象形狀的關聯任務，在75%試驗中呈現預測形狀，25%刻意省略以分離預測信號。結果顯示，當參與者僅聽到提示音時，海馬體CA2/3亞區和海馬旁皮質（PHC）就激活了獨特的神經活動模式，這些模式與實際看到形狀時的活動呈顯著負相關（r=-0.63），表明大腦使用截然不同的編碼處理預測與現實輸入。通過分析PHC不同皮質層活動，團隊發現預測信號特異性地出現在PHC深層——這是已知接收海馬體反饋信號的解剖結構層。這一發現顛覆了傳統認知，證明海馬體不僅是記憶存儲中心，更是通過"模式補全"機制主動生成感知預測的神經引擎。該機制可能普遍存在于學習、空間導航等認知功能中。研究發表在 Science Advances 上。

#神經科學 #神經機制與腦功能解析 #記憶機制 #預測模型構建

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Warrington, Oliver, et al. “Communication of Perceptual Predictions from the Hippocampus to the Deep Layers of the Parahippocampal Cortex.” Science Advances, vol. 11, no. 21, May 2025, p. eads4970. science.org (Atypon), https://doi.org/10.1126/sciadv.ads4970

壓力如何導致睡眠和記憶力下降

壓力如何破壞睡眠和記憶？賓夕法尼亞大學的Alyssa Wiest、John J. Maurer、Kevin T. Beier、Franz Weber和Shinjae Chung團隊發現，下丘腦室旁核（PVN）的CRH神經元通過特定神經通路介導這些壓力效應，人工調控該通路可改善相關癥狀。

研究結合光遺傳學和急性束縛壓力模型，發現激活PVN的CRH神經元會減少小鼠睡眠并損害其空間物體識別記憶，效果與真實壓力相似。關鍵突破在于：當人工抑制這些神經元時，壓力引發的記憶缺陷顯著減輕，睡眠時間也略有增加。進一步追蹤顯示，PVN通過投射至下丘腦外側區（LH）傳遞壓力信號——無論是自然壓力還是人工激活CRH神經元，都會特異性地激活LH神經元。這種PVN→LH通路可能是壓力干擾認知功能的核心機制，為開發針對壓力相關睡眠障礙和記憶衰退的干預手段提供了新靶點。研究發表在 Journal of Neuroscience 上。

#疾病與健康 #神經調控 #神經機制與腦功能解析 #心理健康與精神疾病

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Wiest, Alyssa, et al. “Role of Hypothalamic CRH Neurons in Regulating the Impact of Stress on Memory and Sleep.” Journal of Neuroscience, May 2025. www.jneurosci.org, https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.2146-24.2025

壓力基因揭示細胞清除新機制

細胞清除缺陷可能導致自身免疫疾病和代謝紊亂，但壓力如何影響這一過程尚不清楚。德克薩斯大學阿靈頓分校的Aladin Elkhalil、Alec Whited和Piya Ghose團隊發現，經典應激基因通過激活溶酶體運輸基因lyst-1，在熱應激條件下保障細胞殘骸的有效清除。

研究團隊利用秀麗隱桿線蟲（C. elegans）透明特性，結合CRISPR/Cas9基因編輯和活體成像技術，系統分析了熱應激下細胞清除過程。結果顯示，選擇性自噬受體SQST-1/p62通過負調控WDR-23蛋白，促進氧化應激轉錄因子SKN-1/Nrf入核，進而激活lyst-1基因表達。lyst-1編碼的蛋白質對吞噬體-溶酶體融合至關重要。在人類中，LYST基因突變會導致切迪亞克-東綜合征，本研究首次揭示其受應激通路調控的機制。通過熒光標記技術，團隊觀察到應激條件下該通路缺陷會導致細胞內積累未降解的死亡細胞殘骸。這些發現為理解壓力相關免疫疾病提供了分子層面的解釋。研究發表在 PLOS Genetics 上。

#疾病與健康 #神經機制與腦功能解析 #免疫調控 #細胞自噬

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Elkhalil, Aladin, et al. “SQST-1/P62-Regulated SKN-1/Nrf Mediates a Phagocytic Stress Response via Transcriptional Activation of Lyst-1/LYST.” PLOS Genetics, vol. 21, no. 5, May 2025, p. e1011696. PLoS Journals, https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1011696

左撇子大腦的語言和抑制控制功能會左右互換

西班牙海梅一世大學的Esteban Villar-Rodríguez和César Avila團隊通過腦成像研究發現，語言右腦偏側化的左撇子，其抑制控制功能會鏡像轉移至左腦，這種特殊腦組織與某些神經發育障礙特征相關。

研究團隊篩選86名非右利手參與者，其中36名存在語言右腦偏側化的非典型現象。通過功能磁共振成像（fMRI）結合停止信號任務（測量抑制沖動能力）發現，這些非典型左撇子的抑制控制網絡（包括額下回、前輔助運動區preSMA和丘腦底核）從典型的右腦轉移至左腦，形成鏡像組織模式。進一步分析顯示，非典型組的胼胝體體積更大，半球間功能連接更強。盡管行為測試中兩組抑制控制表現無差異，但非典型組在閱讀準確性測試中表現較差，且精神分裂特質和孤獨癥譜系特質評分更高。該發現為理解大腦功能偏側化與神經發育障礙的關聯提供了新證據，并支持"因果假說"——當語言功能占據右腦時，其他功能會相應調整至左腦。研究發表在 eLife 上。

#神經科學 #神經機制與腦功能解析 #心理健康與精神疾病 #腦科學 #跨學科整合

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Villar-Rodríguez, Esteban, et al. “What Happens to the Inhibitory Control Functions of the Right Inferior Frontal Cortex When This Area Is Dominant for Language?” eLife, edited by Ruth de Diego-Balaguer and Jonathan Roiser, vol. 12, Jan. 2024, p. RP86797. eLife, https://doi.org/10.7554/eLife.86797

常用止痛藥在神經末梢直接掐斷痛感

撲熱息痛（對乙酰氨基酚）作為全球最常用止痛藥，其作用機制卻長期存疑。耶路撒冷希伯來大學的Alexander Binshtok和Avi Priel團隊突破性發現其代謝物AM404能在外周神經直接阻斷疼痛信號。

研究團隊通過電生理實驗首次證實，感覺神經元能自主將撲熱息痛轉化為AM404。這種代謝物特異性地結合傷害性神經元中的電壓門控鈉通道（NaV1.8/1.7），通過局部麻醉機制阻斷動作電位傳導。在大鼠實驗中，AM404使炎癥性疼痛行為減少超50%，且不引起傳統麻醉藥常見的麻木或肌無力副作用。分子機制研究表明，AM404精確靶向鈉通道的局部麻醉結合位點，而其他代謝物無此特性。這一發現不僅解釋了撲熱息痛的外周鎮痛作用，更為開發精準靶向疼痛傳導通路的新型藥物提供了理論依據。研究發表在 Proceedings of the National Academy of Sciences 上。

#疾病與健康 #神經調控 #疼痛機制 #鈉通道 #藥物開發

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Maatuf, Yossef, et al. “The Analgesic Paracetamol Metabolite AM404 Acts Peripherally to Directly Inhibit Sodium Channels.” Proceedings of the National Academy of Sciences, vol. 122, no. 23, June 2025, p. e2413811122. pnas.org (Atypon), https://doi.org/10.1073/pnas.2413811122

AI 行業動態

革命性人造血：兼容所有血型且室溫保存兩年

日本奈良醫科大學（Nara Medical University）的研究人員Hiromi Sakai團隊成功開發出一種新型人造血，可適用于任何血型的患者。這種人造血通過從過期捐獻血液中提取血紅蛋白，并將其包裹在保護殼中，形成穩定且無病毒的人造紅細胞。由于這些人造細胞不含血型抗原，因此無需進行配型測試。據報道，該合成血液可在室溫下保存長達兩年，冷藏條件下可保存五年，遠超捐獻紅細胞的42天保存期限。

2022年，研究團隊已啟動小規模試驗。三組20至50歲的健康男性志愿者接受了單次靜脈注射血紅蛋白囊泡，劑量逐步增加至100毫升。盡管部分參與者出現輕微副作用，但血壓等關鍵體征未出現顯著變化。基于初步成功，Sakai團隊于去年7月加速研究進程，并于今年3月開始向志愿者注射100至400毫升人造血溶液。

若后續試驗確認無副作用，研究將轉向評估療效和安全性，目標是在2030年前投入實際應用。與此同時，中央大學理工學部的Teruyuki Komatsu教授也在開發另一種人造氧載體，利用白蛋白包裹血紅蛋白以穩定血壓，治療大出血和中風等病癥。動物實驗已顯示積極結果，研究人員正迫切希望推進至人體試驗階段。

#人造血 #血型兼容 #醫療創新 #血紅蛋白 #輸血技術

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首次實驗室培育出真牙

倫敦國王學院的研究人員首次在實驗室成功培育出人類牙齒。這項突破性研究利用患者自身細胞，有望用天然牙齒再生技術替代傳統的補牙和種植牙手段。通過與帝國理工學院合作，團隊成功模擬了牙齒早期發育所需的環境，使細胞能夠相互通信并形成牙齒結構，這種生物兼容性方案比現有治療方法更持久。再生牙科主任Ana Angelova-Volponi博士表示，正是這種"通過再生生物性替代牙齒"的理念吸引她加入該研究。

目前研究人員正在測試兩種方法：一種是將早期牙齒細胞直接植入頜骨，另一種是在實驗室培育完整牙齒后再移植。牙科、口腔與顱面科學院的博士生Xuechen Zhang指出，實驗室培育的牙齒能像真牙一樣自然再生并與頜骨融合，不僅更堅固耐用，還避免了排異風險。雖然團隊已攻克牙齒生長的環境難題，但如何將實驗室培育的牙齒精準植入患者口腔仍是待解挑戰。Zhang提出可將年輕牙齒細胞移植到缺牙部位，使其在口腔內繼續生長。

全球種植牙市場需求正持續增長，市場研究報告顯示，2023年該市場規模達44.3億美元，預計到2029年將以4.86%的年復合增長率增至58.9億美元。盡管這項技術距離臨床應用可能還需數年，但此次突破標志著牙科護理可能進入新時代。此前實驗室造牙嘗試均因細胞間無法有效通信而失敗，此次成功為數百萬缺牙患者帶來了新希望。

#牙科革命 #生物再生 #實驗室培育牙齒 #醫療突破 #種植牙替代方案

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https://www.techbusinessnews.com.au/news/scientists-grow-human-teeth-in-a-lab-for-the-first-time/

AI 驅動科學

Science：復旦團隊開發全光譜視網膜假體，讓失明動物看見紅外光

復旦大學周鵬、王水源、張嘉漪團隊與中國科學院上海技術物理研究所胡偉達團隊合作，研制出全球首款覆蓋可見光至紅外的自供電視網膜假體，成功使失明動物模型恢復視覺并拓展感知能力。

研究團隊開發的碲納米線網絡（TeNWNs）視網膜假體通過獨特的缺陷工程設計，實現了470-1550nm的超寬光譜響應（從可見光延伸至近紅外二區），其光電流密度達到現有體系的最高記錄。當植入失明小鼠眼底后，該假體可替代凋亡的感光細胞，將光信號轉化為電信號直接激活視網膜神經回路。行為實驗顯示，接受植入的小鼠不僅恢復了瞳孔對光反射，還能完成水獎勵視覺線索關聯學習任務，所需光強度僅為臨床安全閾值的1/80。在非人靈長類動物（食蟹猴）模型中，植入體展現出良好的生物相容性，半年后仍保持功能穩定且無排異反應。特別值得注意的是，該技術首次實現了無需外部設備的紅外視覺拓展，使動物獲得超越生理極限的"超視覺"能力。研究為視網膜退行性疾病治療提供了全新解決方案，同時規避了侵入性腦部手術的風險。研究發表在 Science 上。

#意識與腦機接口 #腦機接口 #知覺康復 #跨學科整合 #神經調控

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Wang, Shuiyuan, et al. “Tellurium Nanowire Retinal Nanoprosthesis Improves Vision in Models of Blindness.” Science, vol. 388, no. 6751, June 2025, p. eadu2987. science.org (Atypon), https://doi.org/10.1126/science.adu2987

通用生物醫學AI智能體Biomni，實現全流程自主科研

斯坦福大學黃柯鑫、Serena Zhang、王瀚宸、屈元昊、陸熒洲等聯合多個頂尖機構，開發出首個能自主完成實驗設計、數據分析和藥物發現的通用AI智能體Biomni，在8項基準測試中性能最高提升402%。

研究團隊首先通過行動發現智能體（Action Discovery Agent）分析2500篇文獻，構建了統一生物醫學環境Biomni-E1，整合150個專業工具和59個數據庫。核心架構Biomni-A1創新性地結合大語言模型的推理能力、檢索增強規劃（動態調整任務流程）和代碼驅動執行（用編程語言組合復雜操作），突破了預定義模板的限制。在遺傳學、藥理學等8個領域的測試中，系統展現出強大泛化能力：變異優先級排序任務準確率比基礎LLM高402.3%，藥物重定位分析速度快43%。實戰案例更令人印象深刻——通過分析458份血糖體溫數據，自主發現餐后體溫最高升幅達15.56°C；在骨骼發育研究中，不僅重現已知調控因子RUNX2，還新發現AUTS2等轉錄因子。分子克隆實驗方案經濕實驗驗證達到100%成功率，精確到秒的protocol設計媲美人類專家。

#AI驅動科學 #自動化科研 #跨學科整合 #個性化醫療 #大模型技術

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Huang, Kexin, et al. Biomni: A General-Purpose Biomedical AI Agent. bioRxiv, 2 June 2025, p. 2025.05.30.656746. bioRxiv, https://doi.org/10.1101/2025.05.30.656746

虛擬現實揭示情景記憶的層級事件分割機制

情景記憶如何通過事件邊界實現層級分割？Yue Li、Mikael Johansson和Andrey R. Nikolaev團隊利用虛擬現實模擬銷售場景，發現概念邊界（任務目標切換）比空間邊界（位置變化）更能破壞時序記憶，揭示了認知加工在事件分割中的主導作用。

研究設計VR編碼任務，參與者扮演銷售人員在不同展位（空間邊界）服務不同顧客（概念邊界）。通過2×2實驗設計（跨越/未跨越兩類邊界），結合近期判別測試評估記憶表現。結果顯示，概念邊界使序列記憶準確率下降12.7%，顯著高于空間邊界的4.3%影響。神經機制分析表明，概念變化通過前額葉-海馬回路重置時間上下文，而感知變化僅弱激活頂葉空間地圖。記憶信心評分顯示，雙重邊界未跨越時主觀記憶質量最高（置信度評分達8.2/10），支持事件模型的層級整合假說。該研究為自然情境下的記憶組織理論提供了實證支持，并展示了VR在認知研究中的優勢。研究發表在 npj Science of Learning 上。

#認知科學 #記憶機制 #虛擬現實 #神經機制與腦功能解析 #計算模型與人工智能模擬

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Li, Yue, et al. “Hierarchical Event Segmentation of Episodic Memory in Virtual Reality.” Npj Science of Learning, vol. 10, no. 1, May 2025, pp. 1–9. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s41539-025-00321-6

認知模型賦能機器心智理論：個性化建模突破人機協作瓶頸

Christian Lebiere、Peter Pirolli等跨機構團隊開發基于認知架構的機器心智理論（MToM）模型，成功在Minecraft救援任務中實現個性化行為預測與解釋，為人機協作奠定認知基礎。

研究采用ACT-R認知架構（模擬人類思維的計算框架）作為核心，結合基于實例的學習（IBL）方法反映個體經驗差異。通過知識追蹤技術，模型僅需觀察少量行為數據即可建立個性化認知檔案。實驗顯示，該系統能準確預測玩家的認知負荷、錯誤概率等指標，并解釋行為背后的認知機制。例如，在模擬救援任務中，模型可診斷玩家決策失誤是由于工作記憶超載還是空間認知偏差。相比傳統機器學習，該方法數據需求減少80%且具備可解釋優勢。研究還開發了信任校準模塊，使AI能動態調整干預策略。這些突破首次實現了機器對人類認知過程的機制化理解，而非僅模仿行為模式。研究發表在 Topics in Cognitive Science 上。

#認知科學 #計算模型與人工智能模擬 #人機協作 #個性化建模 #機器心智理論

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Lebiere, Christian, et al. “Cognitive Models for Machine Theory of Mind.” Topics in Cognitive Science, vol. 17, no. 2, 2025, pp. 268–90. Wiley Online Library, https://doi.org/10.1111/tops.12773

機械手F-TAC實現人類級觸覺靈敏度

機器人觸覺感知長期受限于低分辨率和窄覆蓋范圍。倫敦大學瑪麗皇后學院的Zihang Zhao、Wanlin Li、Kaspar Althoefer等研究人員開發的F-TAC機械手，通過70%表面積覆蓋的0.1毫米高分辨率觸覺傳感器，結合仿生算法實現了人類水平的適應性抓取能力。

?F-TAC 手概述。Credit: Nature Machine Intelligence (2025).

研究團隊整合17個視覺觸覺傳感器（vision-based tactile sensors，基于攝像頭捕捉接觸形變的感知技術），使傳感器外殼兼具結構功能。通過生成算法構建包含33種人類抓取模式的知識庫，機械手在600次真實環境測試中展現出卓越性能。多物體抓取實驗顯示，該系統在存在環境噪聲和動態交互時，成功率顯著高于傳統非觸覺系統（統計顯著性p<0.0001）。特別值得注意的是，其0.1毫米的空間分辨率能檢測細微接觸變化，而傳感器布局設計突破了傳統觸覺系統會限制運動范圍的瓶頸。這些進展為工業制造（精準裝配）、輔助機器人（安全交互）等場景提供了變革性解決方案。研究發表在 Nature Machine Intelligence 上。

#AI驅動科學 #自動化科研 #跨學科整合 #機器人技術 #觸覺感知

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Zhao, Zihang, et al. “Embedding High-Resolution Touch across Robotic Hands Enables Adaptive Human-like Grasping.” Nature Machine Intelligence, June 2025, pp. 1–12. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s42256-025-01053-3

整理｜ChatGPT

編輯｜丹雀、存源

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