紫杉醇修饰的生物支架在不同时间点清除瘢痕后移植。内源性神经干细胞可以在第一次清除瘢痕组织后被强烈激活，并有助于生物支架植入后的陈旧性长距离脊髓全横断损伤修复，但是不能在第二次清除瘢痕组织后有效地被激活，也不能促进陈旧性脊髓损伤修复。图片来源：戴建武等 中国科学院遗传与发育生物学所研究员戴建武团队与合作者通过建立大动物比格犬陈旧性长距离脊髓全横断损伤模型，将药物紫杉醇复合到自主研发的神经再生支架材料上，评价清除损伤区瘢痕组织后，内源神经干细胞的激活情况，及神经再生支架材料联合紫杉醇对犬陈旧性长距离脊髓全横断损伤的治疗效果。相关成果近日发表于《生物材料科学》期刊。 脊髓损伤（SCI）是一种常见的严重中枢神经系统损伤，是当今医学界的一大难题，也是神经科学研究中的重要问题。重塑脊髓损伤后的微环境并诱导内源性神经干细胞（NSCs）向神经元分化，是目前急性脊髓损伤修复最具有前景的修复方案之一。但对于陈旧性脊髓损伤，很少有研究关注内源性神经干细胞激活的相关问题。 戴建武团队与中南大学湘雅医院神经外科教授蒋星军团队的前期研究表明，载有紫杉醇的神经再生支架材料，能够有效促进犬类急性长距离脊髓全横断损伤后的轴突再生、神经元再生、电生理和运动功能恢复。但对于陈旧性性长距离脊髓损伤，该生物材料是否能发挥相似的作用仍未可知。 在新研究中，作者通过手术将犬的胸段完全切除1厘米脊髓组织，建立犬长距离脊髓全横断损伤模型。在术后第3个月和第6个月进行一次和二次瘢痕组织切除手术，然后分别植入载有紫杉醇的神经再生支架材料。术后观察期为6个月。 研究结果表明，第一次清除瘢痕组织后，植入载有紫杉醇的神经再生支架材料可促进陈旧性长距离全横断脊髓损伤犬的神经和运动功能恢复，但第二次清除瘢痕组织再植入该材料后没有类似的治疗效果。研究人员还发现，在陈旧性全横断脊髓损伤的病变部位，第一次瘢痕组织切除所激活的内源性神经干细胞明显多于第二次。 研究表明，瘢痕组织清除所激活的内源性神经干细胞或能为严重脊髓损伤的患者带来新希望，为未来在临床上推广该功能材料治疗脊髓损伤提供了良好的技术支持和保障。 查看详细>>

一向记忆力超群的陶然在2017年参加一场宣讲时，发现反复背诵的演讲稿，又记不住了。当时她61岁。 领导提醒，别紧张。但她心里清楚，又是脑海里的“橡皮擦”在作怪。健忘，让她感到心情低落，一度把自己关在家里。经过家人鼓励，陶然接受了相关检查，发现自己处于阿尔茨海默病临床前期。 经过一段时间的非药物干预，陶然发现，“橡皮擦”几乎不再出现了，自己也更愿意走出家门，打打太极拳，参加合唱队，脸上的笑容更多了。 以陶然这样的患者为例，2021年7月23日，由首都医科大学宣武医院主办的“2021阿尔茨海默病防治”专题会议上，10余位国内权威专家就阿尔茨海默病“早发现、早诊断、早治疗”二级预防的重要性，展开交流，并带来最新研究成果，有望提前5至10年预测老年痴呆的风险。 阿尔茨海默病（Alzheimer disease，简称AD），是一种常见的神经系统退行性疾病，绝大多数发生在65岁及以上，是引起老年痴呆最常见的原因。其临床表现为记忆障碍、失语、失认、视空间技能损害、执行功能障碍以及人格和行为的改变，会严重影响生活质量。从开始发病到临床晚期，一共分为6个阶段，过程尤为漫长。 该病的治疗难点在于其发病机制并未完全清晰，比较公认的病理机制是脑内β淀粉样蛋白(Amyloid-β，Aβ)水平异常，形成斑快，进而导致tau蛋白介导的神经纤维缠结。 目前，任何一种干预手段，无论是医学的还是非医学的，都只可能延缓该病的发展，但无法逆转。美国食品药品监督管理总局（FDA）曾在一份声明中指出，“这是一种毁灭性疾病”。 但当天与会的国内专家们均指出，可以抓住临床前期的黄金“时间窗”，有效控制并延缓发病，“只有这一个机会”。 黄金“时间窗” 阿尔茨海默病是一个独立疾病，有其完整连续的疾病谱。从临床前期、轻度认知功能障碍期到痴呆期，有长达20年左右的演化过程。 在认知领域，阿尔茨海默病最先损伤的脑区是海马，表现为情景记忆减退，导致患者出现“不可回忆地健忘”，即进入了轻度认知功能障碍（mild cognitive impairment，MCI)阶段。 中国阿尔茨海默病临床前期联盟主席、宣武医院神经内科主任医师韩璎教授指出，在MCI之前，还有一个主观认知下降阶段（subjective cognitive decline，SCD）——而这正是干预的突破口，也就是阿尔茨海默病“二级预防”的关键。 据2018年美国国立老化研究院阿尔茨海默病协会发表的最新标准，β淀粉样蛋白检测为阳性，但认知还未受损的，即可定义为临床前期的SCD。深圳湾实验室研究员，课题组组长、博导郭腾飞在会上指出，事实上，目前，约30%的70岁及以上认知正常的老年人，都处于这一阶段。 韩璎介绍，患者前期有代偿功能，不会出现明显的症状，但仍有2大特点，较为显著。首先，与急性事件无关的前提下，患者自身感觉到和过去正常状态相比，认知能力在持续下降。其次，经过年龄、性别和受教育程度校正后，在标准认知测试中表现正常，或者未达到轻度认知功能障碍标准。“这两个特点，缺一不可。” 据2020年发表在《柳叶刀公共卫生》（The Lancet Public Health）杂志上的流调数据显示，我国阿尔茨海默病的患病率为3.94%。5月11日刚刚揭晓的第七届全国人口普查结果显示：我国60岁以上人口是2.64亿。据此推算，目前，我国阿尔茨海默病患者已经超过了1000万，比10年前翻了接近一番。 PET靶向探针有望提前预测风险 韩璎表示，患者出现SCD临床特征后，可以前往记忆门诊或神经内科做临床评估和神经心理评估，验血并接受影像学检查。 中华医学会放射学分会神经专委会委员、四川大学华西医院放射科副主任吕粟表示，除了CT、脑脊液或血浆生物标志物、腰椎穿刺等传统方式的检查外，以磁共振（MRI）为代表的无创影像技术凭借无辐射、经济实惠、信息丰富等优势，在认知障碍的临床检查中发挥越来越重要的作用。结合基于人工智能算法的三维处理中心，还可以对全脑皮层、内侧颞叶顶叶皮层萎缩、脑白质损伤情况，做更精细的定量分析。 当天会议，专家们还带来了可以实现临床前期早期诊断的国家重点课题研究成果——正电子发射计算机断层扫描（positron emission tomography，PET）技术。PET是目前唯一可以进行功能、代谢和受体显像的核医学临床检查技术，具有无创特点，能提供全身三维和生理代谢功能的图像。为其提供精准显像的武器，则是被称为“分子探针”的一种放射性药物。 从事放射性药物研究、获多项国家和省部级发明专利的研究员朱霖教授表示，PET靶向探针的出现，改写了临床诊断标准，有望提前5至10年预测老年痴呆风险。截至目前，全世界共有3种已被验证，经FDA批准用于临床使用的β淀粉样蛋白斑块探针。 她指出，阿尔茨海默病的治疗药物，可能会恶化患有其他脑部疾病患者的认知能力，因此，“准确诊断是提供患者合理治疗方案的关键。” 目前，PET仪器因价格昂贵，鲜少被医疗机构采用。但专家们指出，未来，随着科技水平的发展，价格有望下降。行业内部也将继续探索高性价比、高准确性的阿尔茨海默病早期诊断技术及预测体系。 年轻人也难逃梦魇 阿尔茨海默病隐匿起病，潜伏期漫长，发病机制成谜，让人猝不及防。吕粟以一位36岁女性病例表示，虽然目前只存在1%左右的早发性阿尔茨海默病，看似比例微小，但同样值得引起年轻人、中年人的关注。 2020年，《柳叶刀》发表“柳叶刀特邀重大报告：关于痴呆的预防、干预和照护”2020年报告，发现调节12种危险因素，或能延缓或预防痴呆病例发生，分别是：缺乏教育（7%）、听力受损（8%）、创伤性脑损伤（3%）、高血压（2%）、过量饮酒（1%）、肥胖（1%）、吸烟（5%）、抑郁（4%）、社会孤立（4%）、缺乏体育锻炼（2%）、空气污染（2%）和糖尿病（1%）。 韩璎向澎湃新闻表示，在中国，40%的病例归因于以上因素，因此，每个人都应积极开展“一级预防”，控制这些危险因素。 2020年12月，国家卫生健康委疾病预防控制局局长常继乐在国务院新闻办公室举行的新闻发布会上表示，根据2019年数据显示，我国抑郁症的患病率达2.1%，焦虑障碍的患病率是4.98%，抑郁症和焦虑症这两个患病率约7%。 韩璎指出，近年来，人们的生活节奏、工作压力都在明显加大，越来越多的精神疾病困扰着年轻人群体，埋下了隐患。 目前，在阿尔茨海默病临床前期，除了药物干预之外，还可以通过非药物干预延缓疾病进展，这也同样适用于一级预防。如以冥想、打坐、瑜伽、太极拳为主的体育锻炼；以清淡饮食为主的地中海饮食；以精油、香薰为主的芳香疗法；圆艺种植；舞蹈运动等等。 查看详细>>

近日，谷歌与哈佛大学的Lichtman实验室合作，发布了最新的H01数据集，这是一个1.4 PB的人类脑组织小样本渲染图。H01样本通过连续切片电子显微镜以4nm分辨率成像，再通过自动计算技术重建和注释，最后可以看到初步的人类大脑皮层结构。该成果被称为"最强人类大脑地图"，展现可视3D神经元"森林"。 据了解，该成果的数据集包括覆盖大约1立方毫米的皮质组织，带有数万个神经元、数亿个神经重建元片段、1.3亿个神经突触、104个校对细胞以及许多其他亚细胞注释和结构。成果指出，H01是迄今为止所有生物中对大脑皮层进行这种程度的成像和重建的"最大样本"，也是"第一个大规模"研究人类大脑皮层的"突触连接性"的样本，这种连接性跨越了大脑皮层中所有层面的多种细胞类型。该项目的主要目标是为研究人类大脑提供一种新的资源，并改进和扩展连接组学的基础技术。目前，这项最新成果的预印本发表在bioRxiv上。 针对该项成果，《中国科学报》采访了中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心与生命科学学院、中国科学院深圳先进技术研究院脑认知与脑疾病研究所双聘教授、中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心核心骨干毕国强，围绕该项工作进行深入解读。 "最强大脑地图"具备里程碑式意义 毕国强认为，继线虫、果蝇、斑马鱼和小鼠皮层的连接组研究之后，Jeff Lichtman团队的这项工作把对神经系统的超微反向工程真正推进到人脑组织。虽然1立方毫米还不到人脑体积的百万分之一，但对其中几万个细胞和上亿个突触连接的解析可以在相当程度上反映人的大脑皮层的基本构成方式。这是人们探索大脑奥妙的一个里程碑。 这项工作对1立方毫米的人脑皮层里的超微结构细节做了精确的测绘，并通过对此PB级数据的自动化计算重建描述了其中数以万计的不同类型神经元、胶质细胞、血管细胞，以及数以亿计的神经突触连接的形态结构特性和组织方式，为人们了解大脑结构细节提供了关键的基准数据集。在此基础上，人们可以进一步发现神经微环路的工作方式，甚至脑疾病的微观结构基础。 这项工作和之前Lichtman团队以及Allen研究所Clay Reid和Nuno Costa团队等在鼠脑皮层的工作的最重要意义，就是克服了电镜成像通量的技术瓶颈，本项工作进而实现了超大规模成像数据的自动分析，从而能够真正有效绘制神经微环路连接组。长远看来，这些工作有可能对神经生物学以及神经计算领域产生深远影响。 然而，1立方毫米毕竟只是大脑的很小一部分，而且其中神经元接受的大部分输入都来自外部区域。这项研究乃至基于电镜成像的微观连接组学策略的局限是，只能解析微环路内部的局域连接，对更广泛的长程连接图谱的绘制则需要光学成像等技术来实现。 有观点指出，在脑成像相关领域，想要收集整个大脑的连接组数据集，还存在巨大的技术挑战和数据存储难题。对此，毕国强认为确实如此，1立方毫米的微环路结构解析已经是一个了不起的成就，需要很多人力和算力花一至两年的时间采集和分析PB级的数据。因此对整个人脑100多万倍的体积的全面微观解析至少在可见的未来是不可能的。一个现实的办法是进行多尺度分级解析，在全脑尺度利用高通量光学成像和稀疏采样策略解析神经元全局连接特性，在毫米尺度利用电镜成像解析局域连接组，二者结合来理解脑环路的结构特性和工作原理。两个尺度分别都是PB到十PB级的图像数据，也在当前的高性能计算可处理的范围内。 我国在相关领域有潜力和优势，但技术创新的持续驱动力仍有差距 我国在微观成像领域起步较晚，但发展较快，如中国科学院自动化研究所韩华团队已经建立了完善高效的电镜体成像流程，并研发了高速扫描电镜等技术。其他单位如中国科学技术大学类脑智能国家工程实验室吴枫团队在图像分析人工智能算法方面有很好的成果，近期也引进了类似的多束扫描电镜。预期我国科学家在此领域会作出重要贡献。 在全脑水平显微成像领域，我国已经有了一定技术优势。特别是在高通量光学成像技术方面，骆清铭教授团队研发的MOST/fMOST技术是国际上鼠脑介观图谱绘制应用最广的技术之一，基于fMOST成像已发表了上万小鼠全脑单神经元的形态解析和追踪。 据了解，目前毕国强团队在脑成像方面主要聚焦于全脑尺度的微米或亚微米分辨率成像，其最新进展是利用团队自主研发的高通量三维成像VISoR技术，完成了猕猴全脑显微成像，获得了PB级的数据，并实现了丘脑到皮层神经投射的单神经纤维追踪。该技术目前是国际上最快的大尺度样品三维成像，已经应用于猕猴全脑介观图谱研究，并可以扩展到人脑图谱。这项工作的预印本于去年在bioRxiv上公开并将在近期发表。 针对我国在脑成像相关领域的不足与挑战，毕国强认为，与国际相比，我国在脑显微成像技术领域的持续创新驱动力仍有明显差距，高端制造业基础较薄弱，精密光学器件、CMOS相机、激光器等核心技术和高性能部件主要来自国外。同时，当前的科研评价通常重视快出成果，项目过程管理细致繁琐，这些都不利于周期长、风险高、变化多的原创技术研发。 针对未来脑成像技术的发展趋势，毕国强认为主要有三个趋势： 一是成像技术本身的发展还有许多空间，特别是在新的光学、电子器件、传感器芯片等新技术发展的推动下，将不断产生创新方法，在成像分辨率、速度、通量等核心指标方面冲击技术边界，突破极限。 二是不同尺度和模态的成像技术，如扫描及透射电镜、超分辨光学显微、光片照明成像、以及更大尺度的宏观影像技术，在分别发展的同时也将不断交叉融合，这将是解析大脑多尺度复杂性的必由之路。 三是随着成像技术的发展，我们将以越来越快的速度获取前所未有的超大规模脑数据，因此，未来的成像技术必将与数字技术特别是人工智能技术紧密结合，这也是有效利用成像大数据理解大脑的关键。 查看详细>>

6月15日，清华大学计算机系举行“华智冰”成果发布会。作为我国首个原创虚拟学生，华智冰将入学清华大学计算机系，师从该系教授唐杰，即日起开启在清华大学的学习和研究生涯。 与一般的虚拟数字人不同，华智冰拥有持续的学习能力，能够逐渐“长大”，不断“学习”数据中隐含的模式，包括文本、视觉、图像，视频等，就像人类能够不断从身边经历的事情中来学习行为模式一样。随着时间的推移，华智冰针对新场景学到的新能力，将有机地融入自己的模型中，从而变得越来越聪明。 2016年，中国科学院院士、清华大学人工智能研究院院长张钹提出了“第三代人工智能体系”的雏形，并于2018年底正式公开“第三代人工智能”的理论框架体系，其核心思想为：建立可解释、鲁棒性的AI理论和方法；发展安全、可靠、可信及可扩展的AI技术；推动AI创新应用。 2019年，图灵奖得主约书亚·本吉奥指出，深度学习应该以感知为主向，向基于认知的逻辑推理和知识表达的方向发展，这个思想和张钹提出的第三代AI的思路不谋而合。这也成为了华智冰诞生的时代背景。 在发布会上，清华大学计算机系主任尹霞表示，“此次清华计算机系推出虚拟学生华智冰，是希望将该系的人工智能技术整合起来，在数据和知识双轮驱动方面作出一个标杆式的应用系统，也是计算机理论与应用研究结合的一个典范。 据介绍，“华智冰”到目前已经学会了自动问答以及做诗、做图等功能，而该研究团队的设计目标，是希望“华智冰”能够像人一样思考，甚至在很多任务上超越图灵测试，具有通用机器学习的认知能力。 “我们希望华智冰能够依靠一个大模型，在面对不同的学习阶段和应用场景时，不是重新训练模型，而是反过来丰富、增强模型。”唐杰说，“例如，在大一时能做诗、画画，创作音乐；大二时能够做数学、语文题。我们期待，未来的华智冰能够在多项认知智能上超过人类，不仅能识别图像，写诗、作画，回答数学问题，甚至会编程、写代码、做网页。或许到那时她就可以毕业了。对她来说，这也将是一次非常艰难的认知过程。” 对于华智冰入学清华后的培养规划，参加本次发布会的科研团队表示，华智冰现在的主要身份是一个“学生”，不断“学习”就是她当前最重要的工作，包括创造能力、交互能力，获取更多知识内容的学习能力。 除了学习知识和技能外，“华智冰”也是一个正在成长中的“女孩子”，研究团队希望她的情商上也有更多的提升。“也许在未来，我们与华智冰交流时，她不仅能回答我们的问题，还能像真实的朋友、家人一样自然、愉悦地交流互动。这些也正是数字人被期望拥有的能力与品质。”他们表示。 据清华大学科研院副院长曾鸣介绍，清华大学多年来一直关注人工智能领域的研究，并先后成立了清华大学人工智能研究院和清华大学人工智能产业研究院等机构。“我相信‘华智冰’能成为一个很好的依托，吸引大家的关注，增加大家对人工智能研究的了解。”他说。 查看详细>>