2022年神经科学的7大突破

尽管神经科学研究在过去十年左右蓬勃发展，但2022年无疑是意义非凡的一年，涌现出近年来一些最重大的神经科学突破。以下七项发现展现了神经科学改变我们生活乃至我们对生命定义的巨大潜力。.

1. 人类大脑利用量子计算

这些类似心跳的脑电图特征是人类大脑利用量子计算的首个间接证据。这些脑电图诱发电位是通过一种专门用于探测人脑中纠缠自旋的特定磁共振成像技术检测到的。.

目前唯一能解释的解释是，大脑中存在量子纠缠的核质子自旋。该研究的主要物理学家总结道：

"𝙒𝙚 𝙖𝙙𝙖𝙥𝙩𝙚𝙙 𝙖𝙣 𝙞𝙙𝙚𝙖, 𝙙𝙚𝙫𝙚𝙡𝙤𝙥𝙚𝙙 𝙛𝙤𝙧 𝙚𝙭𝙥𝙚𝙧𝙞𝙢𝙚𝙣𝙩𝙨 𝙩𝙤 𝙥𝙧𝙤𝙫𝙚 𝙩𝙝𝙚 𝙚𝙭𝙞𝙨𝙩𝙚𝙣𝙘𝙚 𝙤𝙛 𝙦𝙪𝙖𝙣𝙩𝙪𝙢 𝙜𝙧𝙖𝙫𝙞𝙩𝙮, 𝙬𝙝𝙚𝙧𝙚𝙗𝙮 𝙮𝙤𝙪 𝙩𝙖𝙠𝙚 𝙠𝙣𝙤𝙬𝙣 𝙦𝙪𝙖𝙣𝙩𝙪𝙢 𝙨𝙮𝙨𝙩𝙚𝙢𝙨, 𝙬𝙝𝙞𝙘𝙝 𝙞𝙣𝙩𝙚𝙧𝙖𝙘𝙩 𝙬𝙞𝙩𝙝 𝙖𝙣 𝙪𝙣𝙠𝙣𝙤𝙬𝙣 𝙨𝙮𝙨𝙩𝙚𝙢. 𝙄𝙛 𝙩𝙝𝙚 𝙠𝙣𝙤𝙬𝙣 𝙨𝙮𝙨𝙩𝙚𝙢𝙨 𝙚𝙣𝙩𝙖𝙣𝙜𝙡𝙚, 𝙩𝙝𝙚𝙣 𝙩𝙝𝙚 𝙪𝙣𝙠𝙣𝙤𝙬𝙣 𝙢𝙪𝙨𝙩 𝙗𝙚 𝙖 𝙦𝙪𝙖𝙣𝙩𝙪𝙢 𝙨𝙮𝙨𝙩𝙚𝙢, 𝙩𝙤𝙤.''

在这种情况下，已知的系统是脑水（脑脊液），未知的系统是大脑。.

此外，纠缠程度与短期记忆表现和意识水平相关，因此它们很可能构成我们高级认知功能的重要组成部分。.

量子过程在非人类生物学中已被充分证实。例如，如果没有量子隧穿效应，光合作用以及地球上绝大多数生命可能都不会存在。.

这项研究也不是人类量子生物学的第一个证据。.

隐花色素利用三重态量子纠缠，已被证实是它们像绘制地图一样读取地球磁场的机制。人类眼睛也拥有隐花色素，但在进化过程中，它们在某个阶段失活了。

这项研究的发现可能标志着神经科学范式转变的开始，并揭示了发展基于机器的量子计算和通用人工智能的关键途径。.

研究：非经典脑功能的实验证据，Christian Matthias Kerskens 和 David López Pérez。

2. 人-动物脑合成

动物可能首次通过整合性脑移植获得人类智能的某些方面。.

类器官（或组装体）是在体外培养的、具有功能的神经元簇，通常由皮肤干细胞分化而来。这些相对复杂的活体脑组织结构，可以是动物的，也可以是人类的，被用于在实验室中研究真实大脑之外的神经机制。

然而，由于其体积和复杂性的限制，它们的科研价值相当有限。为了克服这一问题，《自然》杂志发表的一项新研究将人类大脑皮层类器官移植到活体大鼠大脑中（如上图所示）。.

整合6个月后，人类神经元达到了一个新的成熟阶段，体积比体外培养时增大了6倍。它们的活动也更好地模拟了在人脑中观察到的一些更复杂的行为。.

在后续实验中，研究人员利用光遗传学技术，并成功地影响了老鼠寻求奖励的频率。

尽管令人着迷，但这一新的生物学研究领域，甚至生物学本身，都可能充满伦理难题，甚至包括如何对这种杂交生物进行分类。.

研究：移植的人类皮层类器官的成熟和回路整合，Omer Revah 等人。

3. 硅基生物感知

这段视频远不止表面看起来那么简单——它实际上是生物神经元和硅芯片首次成功杂交，学习玩模拟游戏的案例。.

正如我们刚才所见，类器官是目前科学领域发展最快的领域之一。这项研究另辟蹊径，同样令人叹为观止，它利用计算机芯片合成人类/啮齿动物类器官的混合物。.

这项技术被称为“合成生物智能”（SBI），其目标是将这些曾经不同的智能形式协同融合起来。.

具体来说，研究人员试图将类器官中蕴含的三阶复杂性能力引入传统计算，而这种能力在传统计算中是无法实现的。此外，他们还试图在神经培养物中正式定义感知能力，并有效地展示感觉反馈学习。.

本研究利用高密度多电极阵列，将体外类器官与“计算机模拟”相结合。通过电生理刺激实现闭环结构化反馈，将名为“BrainDish”的实验嵌入到经典电脑游戏Pong的模拟环境中。.

神经元群对外部刺激做出适应性反应的能力是所有动物学习的基础。尽管这项初步实验只是一个非常基础的模拟，但它已经通过目标导向行为，在模拟的游戏世界中展现了智能和感知能力。.

这种方法为支持或挑战解释大脑如何与世界互动以及研究一般智力的理论提供了一条很有前途的新研究途径。.

研究：体外神经元在模拟游戏世界中学习并表现出感知能力，Brett J. Kagan 等人。

4. 比目鱼肌俯卧撑

研究人员在2022年取得了一项可能对人类健康产生突破性影响的发现。肌肉是我们体内最大的瘦组织，然而就全身氧化代谢而言，它们在静息状态下仅燃烧15%的葡萄糖。这与久坐带来的健康风险密切。

比目鱼肌是小腿上的一块小肌肉，重量仅约一公斤，但它却拥有一个此前不为人知的特殊机制。休斯顿大学的一项新研究表明，当这块肌肉被精准激活时，全身葡萄糖代谢率会显著提升30%至45%。而这一切的发生，恰恰是在比目鱼肌收缩本身几乎不消耗能量的情况下实现的。.

这项练习很简单，就是在保持前脚掌着地的情况下，反复抬起脚跟。你可以坐在地板上，也可以坐在椅子上进行这项练习。它也被称为“比目鱼肌俯卧撑”，据说可以激活一种此前未被发现的能量混合物。

有趣的是，这种类型的比目鱼肌收缩在行走或跑步时会停止。因此，研究人员还在跑步机上测试了下肢肌肉的能量消耗。.

值得注意的是，比目鱼肌俯卧撑消耗的氧气量是跑步的两倍多，是步行的数十倍。这一结果在22岁至82岁的成年人中均有观察到。.

这项研究表明，激活小腿肌肉可以显著改善全身代谢调节。研究结果揭示了一种广泛适用且切实可行的方法，可以对抗久坐带来的严重健康风险，即使是经常锻炼的人群也能从中受益。.

研究：一种增强和维持比目鱼肌氧化代谢的有效生理方法可改善葡萄糖和脂质调节，Marc T. Hamiliton 等人。

5. 潜在神经可塑性的突破

发表在《自然》杂志上的一项意外新发现揭示了成年哺乳动物大脑神经可塑性的一个重要新特征。.

麻省理工学院（MTI）的一个神经科学家团队正在研究小鼠大脑，以揭示神经元树突如何根据其位置的不同而以不同的方式处理突触输入。由于这项研究需要非常高分辨率的技术，他们意外地沉默突触称为丝状伪足在树突末端

首席研究员评论道：

“𝙏𝙝𝙚 𝙛𝙞𝙧𝙨𝙩 𝙩𝙝𝙞𝙣𝙜 𝙬𝙚 𝙨𝙖𝙬, 𝙬𝙝𝙞𝙘𝙝 𝙬𝙖𝙨 𝙨𝙪𝙥𝙚𝙧 𝙗𝙞𝙯𝙖𝙧𝙧𝙚 𝙖𝙣𝙙 𝙬𝙚 𝙙𝙞𝙙𝙣'𝙩 𝙚𝙭𝙥𝙚𝙘𝙩, 𝙬𝙖𝙨 𝙩𝙝𝙖𝙩 𝙩𝙝𝙚𝙧𝙚 𝙬𝙚𝙧𝙚 𝙛𝙞𝙡𝙤𝙥𝙤𝙙𝙞𝙖 𝙚𝙫𝙚𝙧𝙮𝙬𝙝𝙚𝙧𝙚.”

突触是神经机制，它使大脑能够灵活地将自身连接成近乎无限的各种配置。然而，已经功能性连接的突触需要很高的刺激阈值才能解耦并重新连接。.

沉默突触的阈值极低，几乎随时可以与其他神经元连接。尽管此前人们认为丝状伪足只存在于幼年大脑中，但这引发了许多关于成年大脑如何仍然具有高度神经可塑性的机制问题。.

研究还发现，成体的丝状伪足对赫布可塑性，其中一个神经元可以直接影响另一个神经元的突触可塑性。

这一发现为理解这种新机制如何驱动功能连接提供了新的视角，从而可以灵活控制突触连接，扩展成熟大脑的学习能力。.

它还解释了新记忆是如何形成的。.

“𝙏𝙝𝙚𝙨𝙚 𝙨𝙞𝙡𝙚𝙣𝙩 𝙨𝙮𝙣𝙖𝙥𝙨𝙚𝙨 𝙖𝙧𝙚 𝙡𝙤𝙤𝙠𝙞𝙣𝙜 𝙛𝙤𝙧 𝙣𝙚𝙬 𝙘𝙤𝙣𝙣𝙚𝙘𝙩𝙞𝙤𝙣𝙨, 𝙖𝙣𝙙 𝙬𝙝𝙚𝙣 𝙞𝙢𝙥𝙤𝙧𝙩𝙖𝙣𝙩 𝙣𝙚𝙬 𝙞𝙣𝙛𝙤𝙧𝙢𝙖𝙩𝙞𝙤𝙣 𝙞𝙨 𝙥𝙧𝙚𝙨𝙚𝙣𝙩𝙚𝙙, 𝙘𝙤𝙣𝙣𝙚𝙘𝙩𝙞𝙤𝙣𝙨 𝙗𝙚𝙩𝙬𝙚𝙚𝙣 𝙩𝙝𝙚 𝙧𝙚𝙡𝙚𝙫𝙖𝙣𝙩 𝙣𝙚𝙪𝙧𝙤𝙣𝙨 𝙖𝙧𝙚 𝙨𝙩𝙧𝙚𝙣𝙜𝙩𝙝𝙚𝙣𝙚𝙙. 𝙏𝙝𝙞𝙨 𝙡𝙚𝙩𝙨 𝙩𝙝𝙚 𝙗𝙧𝙖𝙞𝙣 𝙘𝙧𝙚𝙖𝙩𝙚 𝙣𝙚𝙬 𝙢𝙚𝙢𝙤𝙧𝙞𝙚𝙨 𝙬𝙞𝙩𝙝𝙤𝙪𝙩 𝙤𝙫𝙚𝙧𝙬𝙧𝙞𝙩𝙞𝙣𝙜 𝙩𝙝𝙚 𝙞𝙢𝙥𝙤𝙧𝙩𝙖𝙣𝙩 𝙢𝙚𝙢𝙤𝙧𝙞𝙚𝙨 𝙨𝙩𝙤𝙧𝙚𝙙 𝙞𝙣 𝙢𝙖𝙩𝙪𝙧𝙚 𝙨𝙮𝙣𝙖𝙥𝙨𝙚𝙨, 𝙬𝙝𝙞𝙘𝙝 𝙖𝙧𝙚 𝙝𝙖𝙧𝙙𝙚𝙧 𝙩𝙤 𝙘𝙝𝙖𝙣𝙜𝙚.”

这项研究的一个关键结论是，我们的大脑在神经解剖学上以一种使其在整个成年期保持高度适应性的方式进行准备，有可能随时发生变革性变化。.

研究：丝状伪足是成年新皮层中沉默突触的结构基质，Dimitra Vardalaki、Kwanghun Chung 和 Mark T. Harnett