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美国媒体:人类-尼安德特人“混合脑”出炉

2021-03-08 19:17:01 参考消息网
关键词:狐猴尼安德特人

参考消息网3月8日报道 美国趣味科学网站3月4日发表题为《科学家在培养皿中培育出人类-尼安德特人混合“微型脑”》的报道称,由人类和尼安德特人基因混合培育出来的芝麻籽大小的大脑在加利福尼亚大学圣迭戈分校的培养皿中短暂存活,这提供了有关这些器官数千年来如何进化的令人期待的线索。全文摘编如下:

长期以来,科学家们一直想知道人类是如何进化出拥有如此之大且复杂的大脑的。弄清楚这一点的一个办法是将参与大脑发育的现代基因与古老人类的基因进行比较。尽管科学家们已经发现大量尼安德特人的化石遗迹——尼安德特人在约3.7万年前灭绝,但他们尚未发现保存完好的尼安德特人大脑。为了缩小在常识上的差距,一个研究团队在培养皿中培养微小的、无意识的“微型脑”。其中一些大脑是利用标准人类基因培育的,另一些则利用了通过基因编辑工具CRISPR从尼安德特人遗骸中提取的大脑发育基因。

这并非第一次为了研究而培育微型脑,但这是首次培育出人体器官与古老人类的混合体。

更确切地说,研究人员从尼安德特人的基因残留物中拼凑出神经肿瘤腹侧抗原1(NOVA1)基因,在一些用于培育微型脑的干细胞中,用这些尼安德特人的NOVA1基因代替人类NOVA1基因。研究人员清楚NOVA1基因在大脑发育过程中发挥着作用。

该研究项目牵头者、加利福尼亚大学圣迭戈分校的神经学家阿利松·穆奥特里在接受英国《自然》周刊记者采访时说,完全是人类基因的大脑与人类-尼安德特人基因的混合大脑之间的区别显而易见。

人类的微型脑往往是光滑的球体,就像小弹珠那样。研究人员报告称,尼安德特人的微型脑则较小,且形状较不规则,发育也需要更长的时间。研究人员说,看一下不同的培养皿,任何人都能马上发现差别。

进一步分析表明,部分使用尼安德特人基因的微型脑在神经活动方面更加混乱,而且会产生与完全由人类基因培育的大脑不同的蛋白质。

穆奥特里及其团队为该实验选择NOVA1基因,是因为这种基因在形成神经之间的联系方面发挥作用,而且因为这种基因受损可能导致神经障碍——令其成为希翼了解大脑的研究人员的重要研究目标。

美国全国公共广播电台报道说,这些差异表明,尼安德特人的大脑比人类的大脑成熟得更快,这令尼安德特人在较年轻的时候更有能力。但这种快速发育令尼安德特人失去延长的发育时期,而这一时期可能令人类孩童在复杂的思想和社会关系中具备优势。

该研究论文发表在2月12日的美国《科学》周刊上。

以人类基因培养的微型脑(左)与以人类-尼安德特人基因培养的混合脑(右)做对比。(美国《科学》周刊网站)

【延伸阅读】聪明人的大脑有何特殊?科学家破解人类大脑八大谜题

参考消息网2月3日报道 西班牙《趣味》月刊1月号刊载题为《人脑的八个谜题》的文章,文章先容了科学家对人脑进行的八个研究结果,全文摘编如下:

人脑具备无与伦比的创造力和洞察力,而支撑这一切仅需一个电压达20伏的电灯泡的能量。大家对大脑了解得越多,提出的疑问也就越多。科学家正尝试揭示大脑最为复杂和神秘的特性。

人类大脑缘何如此特殊?

大家总认为大脑是个特别的器官。除人类以外的其他动物也会使用工具和解决问题,但它们无法发明电脑,也无法撰写小说。尽管大家对大脑有了更深的了解,但要说明大脑为何如此特别仍非易事。人脑的质量约为1.5千克,是大象大脑质量的三分之一。如果考虑与体重之比的话,那么人脑简直是庞然大物:人脑的尺寸是同等体形哺乳动物大脑尺寸的7至8倍。但这并不能说明为何大家拥有非凡的认知能力。例如,尖鼠科动物的大脑约占体重的10%——稳坐动物王国头把交椅,但没人会说它们是最聪明的动物。

相比尺寸,更重要的应该是神经元的数量。美国范德比尔特大学神经科学家苏珊娜·埃尔库拉诺-乌泽尔说,人脑的神经元数量约为860亿个。灵长目动物比同等体形的哺乳动物拥有更多的大脑神经元。人脑是灵长目动物大脑中最大的,其神经元数量也超过灵长目的其他物种。

聪明人的大脑有何特殊?

智力水平因人而异:如果影响智力的不是大脑结构和功能差异,又该是什么呢?

首先需要指出的是,大脑体积更大的人通常智商更高。但这只是其中一个因素。

要进一步探究这个问题,大家必须研究构成大脑组织的白质和灰质。灰质由神经细胞主体构成,而白质由神经细胞传递信号的纤维构成。

英国剑桥大学认知与脑科学研究所神经科学家罗吉尔·基维特及其同事发现,大脑额叶中的灰质的量会对(负责解决新问题的)“流动智力”产生影响,且“流动智力”的能力与连接前额叶的两个区域的纤维(白质)数量成正比。

虽然多多益善,但组织数量并不是唯一的影响因素。哺乳动物大脑最引人注目的一个特点是,灰质层以褶皱的形式存在。这种形式可以增加皮层面积,拉近神经细胞之间的距离,加快连接速度。大家知道,更聪明的个体拥有更多的大脑褶皱,但这并不能完全说明智力的问题。

最广为人知的一个假说是“顶叶-额叶整合理论”,该理论提出,智力的基础是连接大脑“热点”(利用成像技术可以看见)的神经网络。德国约翰·沃尔夫冈·歌德大学科学家乌尔丽克·巴斯滕观察到大脑实行认知任务区域之间的联系,并找到了由大脑顶叶和额叶内20个可能与智力相关的不同区域构成的网络。在这些点位上拥有更多灰质或更高神经活跃性的个体更加聪明。因此,显而易见的是,聪明人大脑的物理结构与普通人不同。

大脑半球理论是真的吗?

如果主导你的是大脑左半球,则你是一个理智的人;如果占主导地位的是大脑右半球,则创造力是你的强项。这个观点诞生于上世纪60年代,当时人们发现,部分功能仅由大脑的一侧负责。虽然这个观点流传甚广,但并不是事实。诚然,大部分人使用大脑左半球处理语言,使用右半球操控情感。由此出现了一种理论,认为大脑左半球主导逻辑,右半球主导冲动,艺术家也不例外。占主导地位的大脑半球决定了一个人的性格。

事实更为复杂。举个例子:虽然大脑左半球负责口头语言,但捕捉语言的情感内容及其意味的却是大脑右半球。没有证据显示存在占主导地位的大脑半球。美国犹他大学神经科学家杰弗里·安德森扫描了上千个实行不同任务的人的大脑,扫描图像并没有呈现出大脑一侧或另一侧占主导地位的情况。

美国哈佛大学心理学家斯蒂芬·科斯林提出了认知方式理论。该理论认为,一个人的认知方式取决于其大脑上部或下部所起的主导作用:大脑上部制订和实行计划;下部处理感官信息,并对事物进行分类以赋予其意义。科斯林说,大家随时随刻都在使用整个大脑,但“屋顶平台”和“地下室”所占的比重是关键。

为何有些老人头脑清晰?

认知能力随时间衰退。但为什么有的老年人头脑清晰、思维敏捷,而另一些人则不然呢?事实上,人脑从40岁开始萎缩,而受损的细胞是额叶细胞、纹状体细胞和海马体(参与复杂思考、运动和记忆过程)细胞。抵抗衰退的程度或许与认知保留有关。所谓的认知保留,是指大脑在出现症状前承受衰老产生的负面影响的能力。

与认知保留有关的不仅是神经元的数量,更重要的是神经细胞通路的数量和质量。后者才是降低年龄和疾病对大脑影响的根本因素,因为当一条通路无法使用时,如果还可以利用其他通路传递信息,大脑就不会受到太大影响。

大脑有“熄火”的时候吗?

似乎当大家休息时,大脑就会“熄火”,但事实并非如此。上海复旦大学认知神经科学家德尼兹·瓦坦塞韦尔说:“就算大家什么也不做,大脑的很多进程也在运行。”对大家的祖先而言,“随时待命”至关重要。如今,几乎没人会担心草丛背后隐藏着捕食者,但大家必须对危险和机会保持关注,这就需要大脑随时随刻“插上电源”。

上世纪90年代,神经科学家发现,处于静止状态且闭上双眼的人维持着紧张的脑部活动。科学家很快就确定了休息时大脑最活跃的区域,并将这些区域命名为默认模式网络(DMN)。当大家实行需要集中注意力的任务时,DMN不太活跃,但当大家的大脑“走神”时,这些区域就会变得异常活跃。似乎DMN会影响记忆以及对未来的设想。DMN十分重要,因为“白日梦”是人类区别于其他动物的特点之一。

思考时大脑会发出什么?

思考一下思想这件事,你很快就会摸不着头脑。思想自然而然地产生,但要理解思想实在困难。

有人认为思想是非物质实体,但思想源于神经元传递的电信号。这只是浅显的说明。美国加利福尼亚大学伯克利分校海伦·威尔斯神经科学研究所的奥古斯塔·舍尔斯秋克说:“思想这个词就像是包含大量认知进程的雨伞。”部分思想以画面的形式呈现,另一部分则以语言的形式呈现,很多思想都是无意识表现出来的。

最新研究使大家能将潜藏在思想背后的电信号联系起来。2018年,舍尔斯秋克及其同事记录下了思想的物理路径。为此,他们邀请一名受试者记住某个单词并将其叙述出来,并在这一过程中测量此人脑部的电信号。最先激活的区域是听觉和视觉皮层,它们负责接收听觉和视觉信号。随后启动的是控制中心——前额叶皮层。任务越困难,前额叶皮层的激活程度就越高,受试者回答时花费的时间就越长,这表明该区域与其他区域进行交流需要一定的时间。进程末尾,前额叶皮层运行速度加快,促使人做出口头回答。口头回答甚至在个体意识到之前就已经发生了。舍尔斯秋克说,这说明了为什么有时大家会不经思考地说出一些话。

什么是大家所谓的意识?

将你有意识的思想想象成一个添了柴的火炉。当你睡觉时,火焰会变小,但不会熄灭。当你做梦时,火焰会烧得更旺,并发出耀眼的光芒。当你昏迷时,几乎只剩下火炭。换句话说,意识存在着不同的状态。这个现象的一种说明是,存在着名为“全局工作空间”的神经网络。当大脑多个区域向这个网络传递信息时(这个网络将对信息进行处理),意识就会产生。当停止传递信息时,感觉就会停留在无意识的水平;当信息传递仍在进行但不完整时,大家的意识就会处在较低的水平,类似于做梦时的水平。

通过对意识水平进行研究,大家或许就能明白1千克神经细胞如何组织大家持续不断的思想和情感“漩涡”,并创造所谓的意识。美国塔夫茨大学认知研究中心主任丹尼尔·丹尼特认为,意识是一种幻觉。丹尼特说,所有人都认为,大家获知了大家情感状态的某些属性,大家对此十分熟悉,并将其视为经验。但事实是,大脑仅向大家呈现令大家感兴趣的事物,因此大家才能理解它们。这就是大家能看见颜色的原因,因为颜色只不过是大脑神经元的创造物。神经元对世界进行编码,使世界变得简单且能够被大家理解。

肚子会对大脑产生影响?

有时大家会说,大家在用肚子做决定,从某种意义上来说,这不是无稽之谈。

大家很容易忽视以下这一点:肠道会识别营养素、毒素和微生物,并将相关信息传递至大脑。事实上,肠道拥有大约5亿个用于引导消化过程的神经元。其内还有大约2千克细菌:大家体内的微生物群会对所有器官产生影响。对小鼠进行的研究显示,改变肠道微生物群可能会改变其行为,有时这会成为一件坏事:实验中的小鼠可能会变得反社会。

(2021-02-03 13:58:00)

【延伸阅读】研究显示:动物界也有永恒的爱 关键在大脑回路

参考消息网2月15日报道 据西班牙《阿贝赛报》网站2月13日报道,人类并不是唯一会与特定伴侣保持长久关系的哺乳动物。一些种类的蝙蝠、狼、海狸、狐狸、狐猴和其他动物也会这样做。现在,发表在英国《科学报告》杂志上的一项新研究表明,使爱情长久存在的大脑回路因物种而异。

这项研究比较分析了狐猴(人类的灵长类动物“远亲”)的彼此关系较近的几个种群中的单配偶品种和多配偶品种。例如,红腹狐猴和獴美狐猴是少数长期保持“一夫一妻制”的狐猴品种。它们甚至共同努力养育自己的后代并捍卫自己的领地。而且这种关系还不止于此:一对红腹狐猴或獴美狐猴结为伴侣之后,它们就会将大部分时间花在彼此清理皮毛和相依相伴上,常常将尾巴缠绕在伴侣的身上。它们的关系通常会持续一生的三分之一时间。

总体来说,对生物学家而言,哺乳动物的单配偶制是一个谜,因为这不是一种常见的行为模式:在6500种已知的哺乳动物中,只有3%至5%是单配偶制。相比之下,约90%的鸟类会对单一伴侣保持某种形式的忠诚。这项研究的第一编辑、美国杜克大学专家尼古拉斯·格里比说:“这是一种并不常见的模式。”

于是,科学家们提出了一个问题:为什么有些物种在生物学层面倾向于长期保持单配偶制,而其他物种则不会。过去30年中对啮齿动物的研究将目标指向了交配过程中产生的两种激素:催产素(也被称为“爱情激素”)和加压素,以及它们在大脑中的不同工作方式。

一些最初的线索来自对草原田鼠“一夫一妻制”的大量研究。与大多数其他啮齿动物不同,草原田鼠会与唯一伴侣共度一生。当研究人员将草原田鼠和高山田鼠(多配偶制)的大脑进行比较时,他们发现草原田鼠的大脑具有更多的“特殊部位”。在这些“特殊部位”,催产素和加压素等激素可以“耦合”,特别是在大脑奖励系统的某些部分。

但是,包括人类在内的其他物种也是如此吗?杜克大学团队为此选择狐猴作为研究对象。研究人员说明说:“尽管狐猴是大家较远的灵长类动物近亲,但与草原田鼠相比,它们与人类的基因相似度更大。”他们使用一种称为放射自显影的成像技术,绘制了杜克大学狐猴研究中心因自然原因死亡的12只狐猴大脑中催产素和加压素的结合点位图。

这些狐猴分属7个品种:包括单配偶制的红腹狐猴和獴美狐猴,它们的专一已为人所知,以及其他5种多配偶制的狐猴。结果表明,相较于草原田鼠,这些狐猴激素受体的密度和分布存在显著差异。也就是说,催产素和加压素在狐猴大脑中的多个部位发挥作用,这意味着它们也会根据靶细胞的位置不同而产生不同作用。

但还有更多有趣之处:在比较单配偶制和多配偶制的狐猴时,研究人员并没有发现太多差异。格里比说:“大家没有发现证据表明,存在与啮齿动物大脑中相似的配偶关系脑回路。”因此,该团队下一步将分析成对狐猴彼此之间的行为模式。

那么对狐猴研究的意义何在?该研究的编辑说,他们的发现提醒人们,不应基于在啮齿动物身上的实验得出关于人类社交行为的简单结论。

格里比说:“‘一夫一妻制在大脑中可能有多种不同的实现机制,这会因大家研究的动物种类而有所不同。”

动物情侣相依相伴的温馨画面(资料图片)

(2021-02-15 16:23:10)

【延伸阅读】脑机接口新进展:马斯克让猴子通过意念玩游戏

参考消息网2月7日报道 据英国《每日电讯报》网站2月1日报道,科技亿万富翁埃隆·马斯克创立的一家初创企业把一块微芯片植入了猴子的大脑,这样它就能靠自己的意念玩电子游戏了。

报道称,“神经连接”企业成立于四年半以前,目的是开发“脑机接口”技术。该企业正在灵长类动物身上测试其系统,但希翼最终能将这些系统提供给人类。

在私人社交应用Clubhouse上进行的一场讨论中,马斯克说,该企业有“一只头骨上安装了联有细微导线的无线植入装置的猴子,它可以通过意念玩电子游戏”。

他补充说:“你看不到植入装置在哪里,它是一只快乐的猴子。大家有世界上最好的猴子居所。大家希翼它们能一起玩意念乒乓球游戏。”

报道先容,“神经连接”企业这一装置的工作原理是,通过数以千计的细微导线将小型芯片连接到猴子的大脑。它们通过在颅骨钻出的四个洞进入大脑,可以监测“神经脉冲”。

该企业的目标是最终治疗大脑疾病,甚至允许人类与人工智能融合,但到目前为止,企业的大部分工作一直保密。

同时身为特斯拉汽车企业和太空探索技术企业首席实行官的马斯克说,目前有“这种装置的原始版本,导线会从你的头部伸出,但它就像你头骨中的一个Fitbit运动记录器,细微的导线会伸进你的大脑”。

马斯克在罕见披露“神经连接”企业的工作进展之前,曾在去年8月透露,该企业一直在对一头名为“格特鲁德”的猪进行测试,在它脑中放入植入装置达两个月时间。

该企业去年夏天表示,希翼能于今年开始进行人体试验,不过这将取决于美国医疗监管机构是否批准。

“神经连接”企业最初计划,利用其技术帮助瘫痪患者控制他们的智能手机或电脑,不过后来该企业说,这些芯片可以用来对患有脑部疾病的患者进行治疗。

报道称,这种技术的先进版本可以让人类通过增强大脑来与超出凡人能力的人工智能展开竞争。(编译/冯雪)

(2021-02-07 16:43:25)

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