2018: мякка разгублены агляд года ў неўралогіі

Час падпаліць падручнікі

Вітаем усіх на трэцім штогадовым аглядзе года ў галіне неўралогіі ад Spike. Мы зрабілі гэта да канца 2018 года. Хто бачыў, што набліжаецца?

Гэта азначае, што прыйшоў час падвесці вынікі і захапляцца вялікімі поспехамі, якія мы дасягнулі ў разуменні мозгу ў гэтым годзе. Pfft. Там зрабілі гэта. Зараз для ўласнага агляду, сёлета выбарка трох твораў прыгожай альбо правакацыйнай працы, якая паказвае нам, што мы разумеем менш, чым мы думалі.

1 / Нейроны "перадаюць" РНК

Студзень пачаўся на ўра: Джэйсан Шэпэрд і яго каманда апублікавалі дакумент, які паказвае, што РНК (мРНК) перадаецца паміж нейронамі. Я скажу адразу, што малекулярная біялогія - не адна з маіх моцных бакоў. Але потым і слон не жангліруе, і я дала гэта чорт добра паспрабаваць да грыжы. І высновы ў гэтым артыкуле настолькі дзіўныя, што калі вы прапусцілі яго тады, вам трэба пра гэта ведаць.

Усё пачынаецца з гена дугі і бялку, які ён кадуе. Мы ведаем, што дуга патрэбна для навучання. Выдаліце ​​ген дугі ў мышэй і навучанне ўкручваецца. Ген Дугі выяўляецца ў вялікіх рыбалоўных экспедыцыях па генах, звязаных з парушэннямі навучання і развіцця. І мы адразу даведаемся пра тое, што робіць бялок дугі - ён удзельнічае ў будаўніцтве сінапсаў, магчыма, шляхам перамяшчэння рэцэптараў AMPA.

Пакуль што генетыка. Ген дугі зачытваецца радком мРНК дугі, якая, у сваю чаргу, вызначае бялок дугі, а бялок дугі змяняе сінапсы. Шмат механізму, але ніякай функцыі. Тое, што разважанне з генам, які ўплывае на сінапсы, у сваю чаргу ўплывае на навучанне, зусім не выклікае маніторынгу. Мы ўжо шмат ведаем пра тое, калі і чаму сінапсы паміж нейронамі становяцца слабейшымі або мацнейшымі; Ведаючы гэты шлях ад гена да бялку, мы лепш разумеем, як сінапсы становяцца мацнейшымі і слабейшымі, але не паведамляе нам значна больш пра тое, чаму і калі. У якасці неўралагічных сістэм мы паднімаемся з ложка толькі за тое, што кажа нам пра тое, як нейроны размаўляюць адзін з адным.

Аказваецца, нейроны могуць размаўляць адзін з адным пры дапамозе дугі. Я зараз з ложка.

У студзені працы лабараторыі аўчаркі было паказана, што бялок дугі стварае вірусападобную абалонку, а ўнутры гэтай абалонкі абгорнутая ўласная мРНК дугі - іРНК, якая кадуе сам бялок. Такая абалонка, у сваю чаргу, заштурхоўваецца ў мяшок - везікул - які нейроны выкарыстоўваюць, каб перадаць рэчы адзін аднаму па сінапсах. За выключэннем таго, што гэты тып везікулы не вылучаецца падчас сінапсу, а проста вылучаецца дзе б там ні было на скуры нейрона.

Вялікім пытаннем, з якім сутыкнулася тады лабараторыя аўчарак, было: калі гэты мяшок, які змяшчае трохі мРНК дугі, выйдзе за межы нейрона, ці не атрымліваюць яго іншыя нейроны? І калі ён усё ж такі захапляецца, што гэта робіць? Яны вырашылі гэта сапраўды элегантна. Вазьміце кучу нейронаў у посуд, у якім няма дугі, бо яна была выбіта. Затым адкіньце ў гэтую посуд некаторыя мяшкі, напоўненыя дугой мРНК, спецыяльныя, якія былі зменены для святла. І глядзіце: ці могуць свецяцца мяшкі ўнутры нейронаў? Так, яны і зрабілі.

І калі Клішчар паглядзеў у гэтыя нейкія дугі нейронаў, якія цяпер напаўняюцца палаючымі мяшкамі, і знайшоў велізарную колькасць бялку Дугі. ІРНК была выкарыстана і бялкі выраблены з яе.

Карысныя наступствы гэтай працы патэнцыйна велізарныя. Па-першае, у нас ёсць гэта дзіўнае сведчанне некананічнай перадачы паміж нейронамі. Але яшчэ важней тое, што перадалося: гэта нейрон, які пасылае рэцэпт таго, як пабудаваць бялок на іншы нейрон. Бялок, які актыўна ўдзельнічае ў кантролі за навучаннем. Цяпер у нас ёсць доказы таго, што ўнутраныя ўказанні па змене сінапс аднаго нейрона могуць быць адпраўлены ў іншыя найбліжэйшыя нейроны і таксама могуць змяніць іх. Разуменне таго, як вучыць нейрон, атрымалася значна складаней.

Так, тое ж самае адбываецца і ў мух.

2 / Хто глядзіць гадзіннікаў?

Скажыце, што я быў раздражняльным бацькам, які выпускаў цукеркі па чарзе ў павольнай стомнай гульні для маёй забавы. У мяне ёсць міска з цукеркамі і вінаградам, змешаная разам, і 5-гадовы хлопец, які вельмі хацеў бы салодкага, на самай справе таты. Так што гульня ідзе наступным чынам - я зазіраю ў чару, выбіраю нешта і паказваю раздражнёнаму дзіцяці. Левай рукой я заўсёды бяру і паказваю вінаград, правай рукой - шакалад; Я паўтараю, што некалькі разоў падбіраю, каб ударыць дадому паведамленне. Затым я выбіраю па адным прадмеце ў кожны кулак, каб яны не бачылі, і прашу майго 5-гадовага ўзросту выбраць руку для адкрыцця. Што б яны абралі? Правая рука, так?

Але калі б я тады паклаў абедзве рукі ў міску, не гледзячы ў міску, што б яны забралі? Калі мой 5-гадовы зразумеў, як працуе свет, яны цяпер ведаюць, што мне не ўдалося ўбачыць, што я выбраў - таму яны павінны забраць руку наўздагад. Ці крычаць на матулю, каб прымусіць тату спакаваць у гэтай ідыёцкай гульні.

Каб выбраць руку, пяцігадоваму чалавеку патрэбныя даволі ўдасканаленыя веды пра тое, што ведаюць іншыя - мадэль свету, які ўключае выснову пра тое, што і самі ведаюць пра свет.

Праца Ёганы Экерт і яго калегаў у гэтым годзе паказала, што шымпанзэ валодаюць менавіта такімі ведамі - пра людзей.

Кожны шымпанзэр меў справу з двума такімі раздражняльнымі людзьмі. Было відаць два вядры, абедзве міксы з морквы і арахіса; адзін цяжкі на моркву, адзін цяжкі на арахіс. Вядра былі празрыстыя, таму шымпанзэр бачыў, якая морква цяжкая, а якая - арахісавая. Людзі наўмысна абралі рэдкія варыянты: чалавек 1 абраў арахіс з цяжкай морквы; Чалавек 2 абраў моркву з вядра арахіса. Кожны паказаў гэтыя шыпы шымпанзэ.

Пасля дэманстрацыі гэтага некалькі разоў і, як мяркуецца, шымпанзэ стаміліся ад гэтых раздражняльных людзей і іх стомнай гульні, потым прыйшлі выпрабаванні. На некаторых выпрабаваннях людзі глядзелі ў вядро, калі збіралі. На іншых выпрабаваннях яны не маглі бачыць вядро і ўзялі слепа. Шымпанзэр бачыў усё гэта. На кожным судовым працэсе прапаноўвалі абедзве кулакі і прасілі выбраць адзін. Якія абралі?

Напружанасць тут заключаецца паміж веданнем шымпанзэ пра тое, што знаходзіцца ў вёдрах, і веданнем таго, што ведаюць людзі. Шымпанзэр ведае, якое вядро поўна морквы (цьфу), а якое поўнага арахіса (woohoo!). Але таксама можа быць вядома, што Чалавек 1 працягвае збіраць арахіс з вядра морквы, а Чалавек 2 раздражняльна выбірае моркву з вядра арахіса. Такім чынам, калі б яна ведала гэта, шымпанзэ павінна выбраць кулак чалавека 1 і сабраць яго арахіс.

Ах, але пачакайце: калі чалавек 1 і 2 не зазірнуў у вядро, то напэўна было больш верагодна, што ў чалавека 1 зараз ёсць морква, а ў чалавека 2 - арахіс, таму што іх вёдры былі напоўнены. У такім выпадку шымпанзэ трэба выбіраць кулак чалавека 2, бо яны, хутчэй за ўсё, маюць арахіс.

Дзіўна, што шымпанзэ ўсё спрацавала. На выпрабаваннях, дзе людзі зазіралі ў вёдры, шымпанзе выбіралі кулак чалавека 1 - арахіса - значна часцей, чым выпадкова. На выпрабаваннях, дзе людзі не маглі бачыць у вёдрах і збіраліся выпадкова, шымпанзе ўсё часцей выбіралі кулак чалавека 2. Выбар шымпанзэ адлюстроўваў не толькі іх веды аб свеце, але і тое, што яны выводзілі з таго, што людзі ведалі пра свет. І выкарыстоўвалі гэтыя веды для карэкціроўкі верагоднасці прыняцця сваіх рашэнняў.

Паглядзі, шымпанзэ, лепшы статыстык, чым ты.

3 / Змешчанае дзяцінства

Вы памятаеце, калі вы былі адным, зараджаючы аб гэтым месцы з вельмі поўнай пялёнкай (пялёнкай, калі вы настойваеце), саслізнулі і прызямліліся так моцна, што пялёнка страціла стрымліванне і ў выніку пух-цунамі накрыла бабулю? Не? Ну, гэта дзякуючы дзіцячай амнезіі - мы не адкладаем доўгачасовых успамінаў пра наша ранняе дзяцінства.

Дзіцячая амнезія здаецца досыць відавочнай: мы нічога не памятаем пра сваё ранняе дзяцінства, таму ў нашым мозгу не павінна быць ніякай памяці. Ці гэта? Што рабіць, калі замест гэтага мы проста не можам атрымаць доступ да ўспамінаў. Праца з лабараторыі Пола Франкла на чале з Акселем Гускёленам паказала нам, што на самай справе там дзе-небудзь яшчэ ёсць успаміны пра ваша дзіцячае жыццё.

Мышы таксама не памятаюць рэчы з самага ранняга дзяцінства. Лабараторыя Франкленда паказала гэта, выпрабаваўшы памяць мышы, баючыся дрэннага месца - пакласці мыш у спецыяльную скрынку, нанесці лёгкі ўдар электрычным токам, паўтарыць пару разоў. Затым на наступны дзень вярніце яго назад у тую скрыню, і мыш застывае, успамінаючы скрынку, што гэта значыць, і прадчуваючы шок.

Рабіце гэта дарослым мышам - 60 дзён - і памяць доўжыцца больш за 90 дзён. Яны замярзаюць столькі ж, калі зноў ставяць у скрыню праз 90 дзён, як праз адзін дзень - нават калі ніколі не бачылі скрыню за 89 дзён. У іх ёсць выразная памяць пра дрэннае месца, якое доўжыцца даўжэй, чым яны былі ў жывых, калі ўпершыню ўбачылі яго. Даволі пераканаўчая доўгачасовая памяць.

Але зрабіце гэта немаўлятам-мышам - 14 дзён - і ўся памяць пра дрэннае месца знікла на 15 дзён. Пакладзіце іх назад у скрыню праз 30 дзён, скажам, і не мерзнуць наогул. Ці памяць знікла, ці схавана?

Мы ведаем, што гіпакампа моцна ўдзельнічае ў такіх відах месцаў. Так што гэта выдатны кандыдат для пошуку памяці пра дрэннае месца. Лабараторыя Франкленда скарысталася элегантным падыходам да ўвядзення ў гіпакампа гена, які адзначае нейроны, калі яны актыўныя. Ідэя заключалася ў тым, што нейроны, якія адкладаюць памяць падчас трэніроўкі ў дрэнным месцы, будуць самымі актыўнымі, таму будуць найбольш моцна пазначаныя. Важная частка заключаецца ў тым, што пазначэнне прымушае нейроны выражаць адчувальны да святла іонны канал. Тады, калі вам трэба было потым ззяць лазерам у тую ж самую частку гіпакампа, лазер зноў актывуе толькі тыя мечаныя нейроны. Тэарэтычна, рэактывацыя тых, што ўяўляюць сабой нейроны.

Лабараторыя Франкленда зрабіла гэта толькі на сваіх 14-дзённых мышах: пазначыла актыўных нейронаў, навучаючы іх даведацца пра дрэннае месца. Калі праз 15 дзён яны зноў паклалі іх у скрыню, яны не замярзалі, не паказваючы памяці, як чакалася. Але потым быў уключаны лазер у гіпакампа: і мышы застылі. Гэтак жа, як быццам паўторная актывацыя пазначаных нейронаў уключыла страчаную памяць пра дрэннае месца.

Як і ўсе добрыя навукоўцы, каманда правяла шмат кантрольных эксперыментаў, каб зрабіць гэта пераканаўчым. Яны ўключылі лазер без пазнакі нейронаў і без замарожвання. Яны пазначылі нейроны, але толькі ўключылі лазер у іншых месцах, напрыклад, у клетцы, а не ў спецыяльнай скрынцы: і не замярзання. Гэты кантроль на самай справе вельмі важны. Актывацыя такой колькасці нейронаў у гіпакампа адначасова можа выклікаць прыступ адсутнасці, падобны на эпілепсію, дзе мышы застывалі б на месцы. Але паколькі замаразкі былі толькі ў дрэнным месцы, а не там, дзе лазер быў уключаны, гэта даволі пераканаўчае сведчанне таго, што замарожванне ў дрэнным месцы было не проста прыступам.

Актывацыя пазначаных нейронаў працягвала працаваць пасля 30 дзён паміж трэніроўкай і тэставаннем. Ён працаваў праз 60 дзён. Памяць немаўляці пра тое, што адбылося ў дрэнным месцы, можа быць зноў ўключана па жаданні. Ён быў там, але яны не змаглі атрымаць доступ да яго. Што адкрывае крыху трывожную думку пра тое, што дзіцячая амнезія - гэта не сціранне памяці, а ўтойванне памяці.

План S

Калі мы збіраемся абмяркоўваць навуку ў 2018 годзе, я мяркую, што мы павінны згадаць план S. Адважны план, каб публікаваць творы з Еўрапейскага Саюза бясплатна і адразу ж даступны для чытання. І сапраўды рэалізаваць план можна было б за пару гадоў. Добрая ідэя, але тая, якая не выклікала канца спрачацца.

З аднаго пункту гледжання, гэта даўно неабходная акцыя, ці лічыце вы, што навука, якую плацяць падаткаплацельшчыкі, павінна быць даступная гэтым падаткаплацельшчыкам, альбо што вялікія прыбыткі навуковых выдавецтваў непрыстойныя. З іншага пункту гледжання, гэта драконаўскае заканадаўства з вузкімі, заблытанымі ўяўленнямі пра тое, што ўяўляе сабой адкрыты доступ (адсутнасць папярэдніх адбіткаў, свабодны доступ з кароткай затрымкай) і маладумствам для ўстаноў, якія залежаць ад даходаў з выдання часопісаў за іх існаванне (напрыклад, навуковых таварыстваў). Хто мае рацыю?

Усе, вядома. Нам патрэбны нейкі план S; версія, якую мы атрымалі, была недастаткова добра прадумана да абвяшчэння. Прыярытэтызацыя платнага адкрытага доступу перад усімі астатнімі рызыкуе надаць больш, а не менш, сілы створаным выдаўцам. І я бачыў незвычайна малае абмеркаванне шматгадовага досведу Вялікабрытаніі з уласнай версіяй плана S: мы атрымалі мандаты на залатую публікацыю прац з адкрытым доступам, што фінансуецца нашымі навуковымі саветамі з 2014 года, калі быў створаны цэнтральны фонд, які заплаціў за гэта ( і Wellcome Trust склаў падобны мандат уласнымі грашыма). Кожны універсітэт штогод атрымлівае сваю долю ў гэтым цэнтральным фондзе з простай місіяй: плаціць за працу, якую фінансуюць навукова-даследчыя саветы, будзе апублікавана "адкрыта для ўсіх".

Вынік? Без абмежавання колькасці часопісаў, якія будуць плаціць за публікацыю адкрытай для ўсіх газеты, гэта каштуе абсалютнага стану. Сродкі, якія захоўваюцца ў кожным універсітэце, хутка скарачаюцца кожны фінансавы год. Каб спыніць паводку, некаторыя універсітэты ўсталёўваюць свае мясцовыя правілы наконт таго, якія віды паперы будуць прэтэндаваць на фінансаванне (напрыклад, няма сродкаў для гібрыдных часопісаў), таму паміж універсітэтамі існуюць вялікія неадпаведнасці ў тым, як яны ажыццяўляюць гэтую, мабыць, простую палітыку. Горш за тое, што ў некаторых універсітэтах проста не хапае фінансавання і адмаўляюць даручэнні па аплаце дакументаў. Карацей, дарагі беспарадак.

Я з нецярпеннем чакаю, што архітэктары Plan S адкажуць на простае пытанне: калі рэалізуецца, дзе людзі будуць публікаваць, калі грошы скончацца?

Прывітанне, 2018 год быў не ўсім дрэнным.

У нас былі Пітэр Даян і Дэміс Хасабіс, абраныя стыпендыятамі Каралеўскага таварыства, у знак прызнання іх пачатковай працы ў галіне штучнага інтэлекту і неўралогіі. DeepLabCut прыносіў аўтаматызаванае адсочванне руху агульнага прызначэння. Мы атрымалі пераканаўчыя доказы таго, што малюсенькія групы нейронаў сярэдняга мозгу, у якіх знаходзяцца ключавыя нейрамадулятары мозгу, жывуць з незвычайнай разнастайнасцю, у штурханні дакументаў на працягу тыдня, які здаваўся адзін аднаму, пра серотонін, дофамін і норадреналін.

Уга Шпіерс і яго калегі паказалі нам, што розніца ў здольнасці да навігацыі паміж мужчынамі і жанчынамі адной краіны надзвычай ашаламляльна карэлюе з узроўнем гендэрнай няроўнасці ў гэтай краіне: чым больш няроўных падлог адносяцца да іх, тым большы разрыў у здольнасці арыентавацца. У той ступені, што краіны з нязначнай гендэрнай няроўнасцю - ваш Нарвегія і ваша Фінляндыя - не выяўляюць розніцы ў здольнасці да навігацыі мужчын і жанчын.

І я б не згадаў пра тое, што сам Спайк меў захапляльны год, калі ён ператварыўся з шоў аднаго чалавека на пляцоўку для багатай разнастайнасці галасоў у сістэмах нейранавукі. Некаторыя асноўныя моманты ўключаюць

  • Працягваецца шэраг рэкамендацый Эшлі Хуавінет па выбары і атрыманні доктара навук па неўралогіі (і будзьце ўважлівыя для будучай кнігі!)
  • Камень Кэлі Клэнсі пра тое, чаму простыя тлумачэнні ў біялогіі не з'яўляюцца надзейнымі
  • І тое, што выпадкова ператварылася ў тры часткі глыбокага пагружэння ў мазгі як кампутары: я пра тое, чаму "мозг як кампутар" - гэта тэорыя, а не метафара; Блэйк Рычардс пра тое, чаму гэта не проста тэорыя, а лагічная непазбежнасць таго, што мазгі - гэта кампутары; і Коры Мэйлі пра тое, чаму аналагавыя вылічэнні могуць быць значна лепшай метафарай апаратнай працы.

Пачакай, што гэта? Снежань прынёс нам нумар прыроды з сапраўды дзіўнай дакументацыяй па неўралогіі. Даведка пра ролю гіпакампа ў памяці. У адрозненне ад большасці дзіўных папер, гэты быў дзіўны тым, што не было ў ім. Няма крыклівай генетыкі; адсутнасць хітрай оптагенетыкі, каб прымусіць нейроны рабіць незямныя рэчы; адсутнасць DREADD для кіравання пэўнымі нейронамі з дапамогай канструктарскіх хімічных рэчываў; адсутнасць нейропікселяў і кальцыя, якія дазваляюць запісаць сотні ці тысячы нейронаў; фактычна няма запісу адзінак. Проста паводзіны, хімічныя пашкоджанні для прычыннасці і EEG / LFP для адсочвання стану сну. Нешта з канца 80-х. Як былі ў статыстычным аналізе (сур'ёзна прырода, барныя графікі з аднабаковымі палоскамі памылак у 2018 годзе?)

Але гэта зрабіла цікавы выпадак для навуковага разумення, і там яно ёсць у Прыроды. Здарэнне дзівацтва альбо паваротны момант да цудоўнага навуковага разумення ўспышкі? Далей да 2019 года, каб даведацца. Ўбачымся там!

Хачу больш? Выконвайце за намі ў The Spike

Twitter: @markdhumphries