美媒:人類-尼安德特人“混合腦”出爐
2021年03月08日19:17

原標題:美媒:人類-尼安德特人“混合腦”出爐 來源:參考消息網

參考消息網3月8日報導 美國趣味科學網站3月4日發表題為《科學家在培養皿中培育出人類-尼安德特人混合“微型腦”》的報導稱,由人類和尼安德特人基因混合培育出來的芝麻籽大小的大腦在加利福尼亞大學聖迭戈分校的培養皿中短暫存活,這提供了有關這些器官數千年來如何進化的令人期待的線索。全文摘編如下:

長期以來,科學家們一直想知道人類是如何進化出擁有如此之大且複雜的大腦的。弄清楚這一點的一個辦法是將參與大腦發育的現代基因與古老人類的基因進行比較。儘管科學家們已經發現大量尼安德特人的化石遺蹟——尼安德特人在約3.7萬年前滅絕,但他們尚未發現保存完好的尼安德特人大腦。為了縮小在知識上的差距,一個研究團隊在培養皿中培養微小的、無意識的“微型腦”。其中一些大腦是利用標準人類基因培育的,另一些則利用了通過基因編輯工具CRISPR從尼安德特人遺骸中提取的大腦發育基因。

這並非第一次為了研究而培育微型腦,但這是首次培育出人體器官與古老人類的混合體。

更確切地說,研究人員從尼安德特人的基因殘留物中拚湊出神經腫瘤腹側抗原1(NOVA1)基因,在一些用於培育微型腦的幹細胞中,用這些尼安德特人的NOVA1基因代替人類NOVA1基因。研究人員清楚NOVA1基因在大腦發育過程中發揮著作用。

該研究項目牽頭者、加利福尼亞大學聖迭戈分校的神經學家阿利鬆·穆奧特里在接受英國《自然》週刊記者採訪時說,完全是人類基因的大腦與人類-尼安德特人基因的混合大腦之間的區別顯而易見。

人類的微型腦往往是光滑的球體,就像小彈珠那樣。研究人員報告稱,尼安德特人的微型腦則較小,且形狀較不規則,發育也需要更長的時間。研究人員說,看一下不同的培養皿,任何人都能立即發現差別。

進一步分析表明,部分使用尼安德特人基因的微型腦在神經活動方面更加混亂,而且會產生與完全由人類基因培育的大腦不同的蛋白質。

穆奧特里及其團隊為該實驗選擇NOVA1基因,是因為這種基因在形成神經之間的聯繫方面發揮作用,而且因為這種基因受損可能導致神經障礙——令其成為希望瞭解大腦的研究人員的重要研究目標。

美國全國公共廣播電台報導說,這些差異表明,尼安德特人的大腦比人類的大腦成熟得更快,這令尼安德特人在較年輕的時候更有能力。但這種快速發育令尼安德特人失去延長的發育時期,而這一時期可能令人類孩童在複雜的思想和社會關係中具備優勢。

該研究論文發表在2月12日的美國《科學》週刊上。

以人類基因培養的微型腦(左)與以人類-尼安德特人基因培養的混合腦(右)做對比。(美國《科學》週刊網站)

【延伸閱讀】聰明人的大腦有何特殊?科學家破解人類大腦八大謎題

參考消息網2月3日報導 西班牙《趣味》月刊1月號刊載題為《人腦的八個謎題》的文章,文章介紹了科學家對人腦進行的八個研究結果,全文摘編如下:

人腦具備無與倫比的創造力和洞察力,而支撐這一切僅需一個電壓達20伏的電燈泡的能量。我們對大腦瞭解得越多,提出的疑問也就越多。科學家正嚐試揭示大腦最為複雜和神秘的特性。

人類大腦緣何如此特殊?

我們總認為大腦是個特別的器官。除人類以外的其他動物也會使用工具和解決問題,但它們無法發明電腦,也無法撰寫小說。儘管我們對大腦有了更深的瞭解,但要解釋大腦為何如此特別仍非易事。人腦的質量約為1.5千克,是大象大腦質量的三分之一。如果考慮與體重之比的話,那麼人腦簡直是龐然大物:人腦的尺寸是同等體形哺乳動物大腦尺寸的7至8倍。但這並不能解釋為何我們擁有非凡的認知能力。例如,尖鼠科動物的大腦約占體重的10%——穩坐動物王國頭把交椅,但沒人會說它們是最聰明的動物。

相比尺寸,更重要的應該是神經元的數量。美國範德比爾特大學神經科學家蘇珊娜·埃爾庫拉諾-烏澤爾說,人腦的神經元數量約為860億個。靈長目動物比同等體形的哺乳動物擁有更多的大腦神經元。人腦是靈長目動物大腦中最大的,其神經元數量也超過靈長目的其他物種。

聰明人的大腦有何特殊?

智力水平因人而異:如果影響智力的不是大腦結構和功能差異,又該是什麼呢?

首先需要指出的是,大腦體積更大的人通常智商更高。但這隻是其中一個因素。

要進一步探究這個問題,我們必須研究構成大腦組織的白質和灰質。灰質由神經細胞主體構成,而白質由神經細胞傳遞信號的纖維構成。

英國劍橋大學認知與腦科學研究所神經科學家羅吉爾·基維特及其同事發現,大腦額葉中的灰質的量會對(負責解決新問題的)“流動智力”產生影響,且“流動智力”的能力與連接前額葉的兩個區域的纖維(白質)數量成正比。

雖然多多益善,但組織數量並不是唯一的影響因素。哺乳動物大腦最引人注目的一個特點是,灰質層以褶皺的形式存在。這種形式可以增加皮層面積,拉近神經細胞之間的距離,加快連接速度。我們知道,更聰明的個體擁有更多的大腦褶皺,但這並不能完全解釋智力的問題。

最廣為人知的一個假說是“頂葉-額葉整合理論”,該理論提出,智力的基礎是連接大腦“熱點”(利用成像技術可以看見)的神經網絡。德國約翰·沃爾夫岡·歌德大學科學家烏爾麗克·巴斯滕觀察到大腦執行認知任務區域之間的聯繫,並找到了由大腦頂葉和額葉內20個可能與智力相關的不同區域構成的網絡。在這些點位上擁有更多灰質或更高神經活躍性的個體更加聰明。因此,顯而易見的是,聰明人大腦的物理結構與普通人不同。

大腦半球理論是真的嗎?

如果主導你的是大腦左半球,則你是一個理智的人;如果占主導地位的是大腦右半球,則創造力是你的強項。這個觀點誕生於上世紀60年代,當時人們發現,部分功能僅由大腦的一側負責。雖然這個觀點流傳甚廣,但並不是事實。誠然,大部分人使用大腦左半球處理語言,使用右半球操控情感。由此出現了一種理論,認為大腦左半球主導邏輯,右半球主導衝動,藝術家也不例外。占主導地位的大腦半球決定了一個人的性格。

事實更為複雜。舉個例子:雖然大腦左半球負責口頭語言,但捕捉語言的情感內容及其意味的卻是大腦右半球。沒有證據顯示存在占主導地位的大腦半球。美國猶他大學神經科學家傑弗里·安德森掃瞄了上千個執行不同任務的人的大腦,掃瞄圖像並沒有呈現出大腦一側或另一側占主導地位的情況。

美國哈佛大學心理學家斯蒂芬·科斯林提出了認知方式理論。該理論認為,一個人的認知方式取決於其大腦上部或下部所起的主導作用:大腦上部製訂和執行計劃;下部處理感官信息,並對事物進行分類以賦予其意義。科斯林說,我們隨時隨刻都在使用整個大腦,但“屋頂平台”和“地下室”所占的比重是關鍵。

為何有些老人頭腦清晰?

認知能力隨時間衰退。但為什麼有的老年人頭腦清晰、思維敏捷,而另一些人則不然呢?事實上,人腦從40歲開始萎縮,而受損的細胞是額葉細胞、紋狀體細胞和海馬體(參與複雜思考、運動和記憶過程)細胞。抵抗衰退的程度或許與認知保留有關。所謂的認知保留,是指大腦在出現症狀前承受衰老產生的負面影響的能力。

與認知保留有關的不僅是神經元的數量,更重要的是神經細胞通路的數量和質量。後者才是降低年齡和疾病對大腦影響的根本因素,因為當一條通路無法使用時,如果還可以利用其他通路傳遞信息,大腦就不會受到太大影響。

大腦有“熄火”的時候嗎?

似乎當我們休息時,大腦就會“熄火”,但事實並非如此。上海複旦大學認知神經科學家德尼茲·瓦坦塞韋爾說:“就算我們什麼也不做,大腦的很多進程也在運行。”對我們的祖先而言,“隨時待命”至關重要。如今,幾乎沒人會擔心草叢背後隱藏著捕食者,但我們必須對危險和機會保持關注,這就需要大腦隨時隨刻“插上電源”。

上世紀90年代,神經科學家發現,處於靜止狀態且閉上雙眼的人維持著緊張的腦部活動。科學家很快就確定了休息時大腦最活躍的區域,並將這些區域命名為預設模式網絡(DMN)。當我們執行需要集中注意力的任務時,DMN不太活躍,但當我們的大腦“走神”時,這些區域就會變得異常活躍。似乎DMN會影響記憶以及對未來的設想。DMN十分重要,因為“白日夢”是人類區別於其他動物的特點之一。

思考時大腦會發出什麼?

思考一下思想這件事,你很快就會摸不著頭腦。思想自然而然地產生,但要理解思想實在困難。

有人認為思想是非物質實體,但思想源於神經元傳遞的電信號。這隻是淺顯的解釋。美國加利福尼亞大學伯克利分校海倫·威爾斯神經科學研究所的奧古斯塔·舍爾斯秋克說:“思想這個詞就像是包含大量認知進程的雨傘。”部分思想以畫面的形式呈現,另一部分則以語言的形式呈現,很多思想都是無意識表現出來的。

最新研究使我們能將潛藏在思想背後的電信號聯繫起來。2018年,舍爾斯秋克及其同事記錄下了思想的物理路徑。為此,他們邀請一名受試者記住某個單詞並將其敘述出來,並在這一過程中測量此人腦部的電信號。最先激活的區域是聽覺和視覺皮層,它們負責接收聽覺和視覺信號。隨後啟動的是控制中心——前額葉皮層。任務越困難,前額葉皮層的激活程度就越高,受試者回答時花費的時間就越長,這表明該區域與其他區域進行交流需要一定的時間。進程末尾,前額葉皮層運行速度加快,促使人做出口頭回答。口頭回答甚至在個體意識到之前就已經發生了。舍爾斯秋克說,這解釋了為什麼有時我們會不經思考地說出一些話。

什麼是我們所謂的意識?

將你有意識的思想想像成一個添了柴的火爐。當你睡覺時,火焰會變小,但不會熄滅。當你做夢時,火焰會燒得更旺,併發出耀眼的光芒。當你昏迷時,幾乎只剩下火炭。換句話說,意識存在著不同的狀態。這個現象的一種解釋是,存在著名為“全局工作空間”的神經網絡。當大腦多個區域向這個網絡傳遞信息時(這個網絡將對信息進行處理),意識就會產生。當停止傳遞信息時,感覺就會停留在無意識的水平;當信息傳遞仍在進行但不完整時,我們的意識就會處在較低的水平,類似於做夢時的水平。

通過對意識水平進行研究,我們或許就能明白1千克神經細胞如何組織我們持續不斷的思想和情感“漩渦”,並創造所謂的意識。美國塔夫茨大學認知研究中心主任丹尼爾·丹尼特認為,意識是一種幻覺。丹尼特說,所有人都認為,我們獲知了我們情感狀態的某些屬性,我們對此十分熟悉,並將其視為經驗。但事實是,大腦僅向我們呈現令我們感興趣的事物,因此我們才能理解它們。這就是我們能看見顏色的原因,因為顏色只不過是大腦神經元的創造物。神經元對世界進行編碼,使世界變得簡單且能夠被我們理解。

肚子會對大腦產生影響?

有時我們會說,我們在用肚子做決定,從某種意義上來說,這不是無稽之談。

我們很容易忽視以下這一點:腸道會識別營養素、毒素和微生物,並將相關信息傳遞至大腦。事實上,腸道擁有大約5億個用於指導消化過程的神經元。其內還有大約2千克細菌:我們體內的微生物群會對所有器官產生影響。對小鼠進行的研究顯示,改變腸道微生物群可能會改變其行為,有時這會成為一件壞事:實驗中的小鼠可能會變得反社會。

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

【延伸閱讀】研究顯示:動物界也有永恒的愛 關鍵在大腦回路

參考消息網2月15日報導 據西班牙《阿貝賽報》網站2月13日報導,人類並不是唯一會與特定伴侶保持長久關係的哺乳動物。一些種類的蝙蝠、狼、海狸、狐狸、狐猴和其他動物也會這樣做。現在,發表在英國《科學報告》雜誌上的一項新研究表明,使愛情長久存在的大腦回路因物種而異。

這項研究比較分析了狐猴(人類的靈長類動物“遠親”)的彼此關係較近的幾個種群中的單配偶品種和多配偶品種。例如,紅腹狐猴和獴美狐猴是少數長期保持“一夫一妻製”的狐猴品種。它們甚至共同努力養育自己的後代並捍衛自己的領地。而且這種關係還不止於此:一對紅腹狐猴或獴美狐猴結為伴侶之後,它們就會將大部分時間花在彼此清理皮毛和相依相伴上,常常將尾巴纏繞在伴侶的身上。它們的關係通常會持續一生的三分之一時間。

總體來說,對生物學家而言,哺乳動物的單配偶製是一個謎,因為這不是一種常見的行為模式:在6500種已知的哺乳動物中,只有3%至5%是單配偶製。相比之下,約90%的鳥類會對單一伴侶保持某種形式的忠誠。這項研究的第一作者、美國杜克大學專家尼古拉斯·格里比說:“這是一種並不常見的模式。”

於是,科學家們提出了一個問題:為什麼有些物種在生物學層面傾向於長期保持單配偶製,而其他物種則不會。過去30年中對囓齒動物的研究將目標指向了交配過程中產生的兩種激素:催產素(也被稱為“愛情激素”)和加壓素,以及它們在大腦中的不同工作方式。

一些最初的線索來自對草原田鼠“一夫一妻製”的大量研究。與大多數其他囓齒動物不同,草原田鼠會與唯一伴侶共度一生。當研究人員將草原田鼠和高山田鼠(多配偶製)的大腦進行比較時,他們發現草原田鼠的大腦具有更多的“特殊部位”。在這些“特殊部位”,催產素和加壓素等激素可以“耦合”,特別是在大腦獎勵系統的某些部分。

但是,包括人類在內的其他物種也是如此嗎?杜克大學團隊為此選擇狐猴作為研究對象。研究人員解釋說:“儘管狐猴是我們較遠的靈長類動物近親,但與草原田鼠相比,它們與人類的基因相似度更大。”他們使用一種稱為放射自顯影的成像技術,繪製了杜克大學狐猴研究中心因自然原因死亡的12只狐猴大腦中催產素和加壓素的結合點位圖。

這些狐猴分屬7個品種:包括單配偶製的紅腹狐猴和獴美狐猴,它們的專一已為人所知,以及其他5種多配偶製的狐猴。結果表明,相較於草原田鼠,這些狐猴激素受體的密度和分佈存在顯著差異。也就是說,催產素和加壓素在狐猴大腦中的多個部位發揮作用,這意味著它們也會根據靶細胞的位置不同而產生不同作用。

但還有更多有趣之處:在比較單配偶製和多配偶製的狐猴時,研究人員並沒有發現太多差異。格里比說:“我們沒有發現證據表明,存在與囓齒動物大腦中相似的配偶關係腦回路。”因此,該團隊下一步將分析成對狐猴彼此之間的行為模式。

那麼對狐猴研究的意義何在?該研究的作者說,他們的發現提醒人們,不應基於在囓齒動物身上的實驗得出關於人類社交行為的簡單結論。

格里比說:“‘一夫一妻製’在大腦中可能有多種不同的實現機製,這會因我們研究的動物種類而有所不同。”

動物情侶相依相伴的溫馨畫面(資料圖片)
動物情侶相依相伴的溫馨畫面(資料圖片)

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

【延伸閱讀】腦機接口新進展:馬斯克讓猴子通過意念玩遊戲

參考消息網2月7日報導 據英國《每日電訊報》網站2月1日報導,科技億萬富翁埃隆·馬斯克創立的一家初創企業把一塊微芯片植入了猴子的大腦,這樣它就能靠自己的意念玩電子遊戲了。

報導稱,“神經連接”公司成立於四年半以前,目的是開發“腦機接口”技術。該公司正在靈長類動物身上測試其系統,但希望最終能將這些系統提供給人類。

在私人社交應用Clubhouse上進行的一場討論中,馬斯克說,該公司有“一隻頭骨上安裝了聯有細微導線的無線植入裝置的猴子,它可以通過意念玩電子遊戲”。

他補充說:“你看不到植入裝置在哪裡,它是一隻快樂的猴子。我們有世界上最好的猴子居所。我們希望它們能一起玩意念乒乓球遊戲。”

報導介紹,“神經連接”公司這一裝置的工作原理是,通過數以千計的細微導線將小型芯片連接到猴子的大腦。它們通過在顱骨鑽出的四個洞進入大腦,可以監測“神經脈衝”。

該公司的目標是最終治療大腦疾病,甚至允許人類與人工智能融合,但到目前為止,公司的大部分工作一直保密。

同時身為Tesla汽車公司和太空探索技術公司首席執行官的馬斯克說,目前有“這種裝置的原始版本,導線會從你的頭部伸出,但它就像你頭骨中的一個Fitbit運動記錄器,細微的導線會伸進你的大腦”。

馬斯克在罕見披露“神經連接”公司的工作進展之前,曾在去年8月透露,該公司一直在對一頭名為“格特魯德”的豬進行測試,在它腦中放入植入裝置達兩個月時間。

該公司去年夏天表示,希望能於今年開始進行人體試驗,不過這將取決於美國醫療監管機構是否批準。

“神經連接”公司最初計劃,利用其技術幫助癱瘓患者控制他們的智能手機或電腦,不過後來該公司說,這些芯片可以用來對患有腦部疾病的患者進行治療。

報導稱,這種技術的先進版本可以讓人類通過增強大腦來與超出凡人能力的人工智能展開競爭。(編譯/馮雪)

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

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