Năm 2017: đánh giá vừa phải về năm trong khoa học thần kinh

Chúng tôi đến, chúng tôi thấy, chúng tôi đã mua sắm một chút

Tín dụng: Pixabay

Cái quái gì thế. Xin lỗi, ý tôi là: xin chào, và chào mừng đến với bài đánh giá năm 2017 của The Spike về khoa học thần kinh. Cảm ơn bất kỳ điều gì đã xảy ra, tôi không phải viết một bài phê bình về chính trị. Sự bất tài kết hợp ác ý của Tổng thống Mỹ và chính phủ Anh có thể sẽ làm cạn kiệt mọi hoán vị có thể có của các điều khoản lạm dụng vào tháng 6 năm 2018; sau đó, các quyết định và tuyên bố ngày càng mất trí của họ sẽ được thông qua mà không có phản hồi vì chúng tôi đã sử dụng Tất cả các từ. Từng người một. Ngay cả những người Pháp. Va te faire foutre Trump, ví dụ.

Não bộ. Đó là những gì chúng tôi ở đây cho. Giống như zombie, nhưng với một nền giáo dục. Có rất nhiều âm thanh và cơn thịnh nộ trong khoa học thần kinh trong năm nay. Các ấn phẩm Highbrow như Quanta và MIT Technology Review đã bùng nổ với những câu chuyện khoa học thần kinh. Neuron đã xuất bản rất nhiều bài báo ý kiến ​​đến mức họ phải dành toàn bộ vấn đề đẫm máu cho họ. Nếu có bất kỳ dấu hiệu nào cho thấy một lĩnh vực khoa học đã đạt đến không khí nóng nhất, thì đó là một trong những tạp chí ưu tú của nó xuất bản một vấn đề mà không có khoa học. Và Neuron đã xuất bản hai trong khoảng 12 tháng (Tôi nhận thấy sự trớ trêu khi phàn nàn về các ý kiến ​​trên một blog, cảm ơn bạn). Âm thanh và giận dữ; và nhiều ứng cử viên mạnh mẽ cho giải thưởng Nobel trong việc nêu rõ sự xuất hiện của Bleedin '.

Nhưng những gì bạn đã bỏ lỡ trong số các malestrom? Ở đây cho sự lựa chọn của bạn là bốn công văn đến vào năm 2017 từ các khoa học thần kinh hơn. Loại khoa học thần kinh có thể trở thành thời đại; hoặc đơn giản là cũ thú vị. Và những gì nhiều người có thể yêu cầu?

(1) Ngủ con sâu nhỏ, đừng khóc; Manuel sẽ hát cho bạn nghe một bài hát ru

Giấc ngủ là một điều tuyệt vời. Nó hồi sinh chúng ta, và làm sạch bộ não của chúng ta. Nó có vẻ cần thiết cho việc học, và cho sự sáng tạo. Tất cả chúng ta đều thích nó nhiều hơn. Không có nó, chúng ta chết. Động vật có vú cần ngủ rất tệ đến nỗi, bị mất ngủ, các phần não của chúng sẽ đi ngủ độc lập với phần còn lại trong khi con vật đang làm việc. Với những hậu quả khó xử. Những người tham dự bị phản lực khủng khiếp tại các hội nghị quốc tế sẽ nhận ra đây là một phần trong phiên áp phích mà bạn ném đầu vào bảng áp phích trong khi rõ ràng vẫn đang nói chuyện, bởi vì các mảnh vỏ não của bạn đã biến mất. đi ngủ".

Vì vậy, tất cả chúng ta muốn biết thêm về cách não đi vào giấc ngủ. Nhưng bộ não là những con thú lớn khó sử dụng - làm thế nào chúng ta có thể nghiên cứu làm thế nào toàn bộ não đi vào giấc ngủ? Manuel Zimmer và nhóm của ông đã tìm ra một giải pháp: nghiên cứu giấc ngủ ở loài sâu nhỏ bé C Elegans. Vâng, rõ ràng là những con giun với 302 tế bào thần kinh trong toàn bộ cơ thể chúng ngủ thiếp đi. Về mặt kỹ thuật, nó rơi vào trạng thái lờ đờ: con giun không hoạt động, nhưng có rất ít bằng chứng cho thấy nó mơ (ngoài cơn ác mộng tái diễn khi bị bắt vì ăn vi khuẩn khi mở miệng).

Zimmer và nhóm cho chúng tôi thấy hoạt động thần kinh đạp xe quanh toàn bộ não trong khi con sâu quay (và vặn vẹo), rồi đột ngột dừng lại khi con sâu ngủ. Có đến 75 phần trăm tế bào thần kinh của nó đóng cửa hoàn toàn; và phần còn lại tiếp tục hoạt động, nhưng theo cách không liên quan đến hoạt động của họ khi thức dậy. Nói cách khác, họ đã bước vào một trạng thái toàn cầu khác - một trạng thái trông rất giống một cuộc đi bộ ngẫu nhiên quanh một điểm cố định (nếu bạn hào hứng với những điều như vậy. Tôi là vậy. Nhưng sau đó tôi mã hóa các mô hình hệ thống động lực cho vui. bạn biết đấy, đừng tin lời tôi. Những gì chúng ta đạt được ở đây là quan điểm về giấc ngủ không phải là một thứ được tạo ra bởi một số mạch ngủ rời rạc chi tiết, mà là một công tắc trong trạng thái động lực học của toàn bộ não.

Nhưng bài báo này cũng đáng chú ý về độ sâu của nội dung của nó. Chúng ta thường than thở rằng các bài báo trong các tạp chí khoa học ưu tú nhất, Natures and Science, đều là miệng và không có quần: họ báo cáo kết quả tuyệt vời về bằng chứng mỏng manh nhất. Nhưng bài báo này, trong Khoa học, đã dành vài trang đầu tiên để mô tả sâu sắc và chi tiết về cách các dòng dõi khác nhau của C Elegans (tất cả cùng một loài, nhớ) có những khả năng khác nhau để rơi vào trạng thái thờ ơ và cách mà nó thay đổi phát triển. Nó giống như một ngọn lửa của khoa học sâu sắc: không có hình ảnh lớn, không có gì hào nhoáng, nhưng làm việc cẩn thận sâu sắc để tìm ra loại giun chính xác phù hợp nhất với câu hỏi điều gì xảy ra khi giun ngủ. Trong khoa học. Chết tiệt chết tiệt. Có hy vọng nào chưa?

(2) Bạn có muốn nghe giọng nói không?

Ảo giác thính giác. Người ta sẽ nghĩ rằng đây là một mánh khóe để nghiên cứu một cách khách quan, khi họ thực sự xác định kinh nghiệm chủ quan cá nhân. (Giả vờ, moi?) Tuy nhiên, ảo giác là một dấu hiệu suy nhược của tâm thần phân liệt và các rối loạn nhận thức khác, biết một cái gì đó về cách não tạo ra chúng sẽ khá hữu ích. Năm nay Phil Corlett và hợp tác với một ý tưởng gọn gàng: tại sao không tạo ra ảo giác thính giác cả ở những người khỏe mạnh và ở những người tự nhiên phải chịu đựng chúng? Vì nếu sau đó chúng ta đo lường sự khác biệt về mức độ dễ dàng tạo ra ảo giác ở hai nhóm, chúng ta có thể học được điều gì đó về cách bộ não của ảo giác hoạt động khác nhau.

Hóa ra chúng ta có thể khiến những người bình thường có ảo giác thính giác. Không có gì đáng sợ, chỉ cần nghe một cái gì đó không có ở đó. Điều đó thật đơn giản: ghép ánh sáng của đèn với âm thanh ngắn mà bạn có thể nghe thấy. Làm điều đó rất nhiều. Sau đó, chỉ cần tự nháy đèn. Ngay cả những người bình thường sau đó báo cáo nghe giai điệu một tỷ lệ tốt của thời gian. Vì vậy, mấu chốt của nghiên cứu mới này là: chúng ta cũng hãy làm điều đó ở những người đã nghe thấy ảo giác thính giác và hỏi liệu họ có nghe thấy âm thanh ảo giác hơn không? Và nếu vậy, tại sao?

Câu trả lời là: có, họ làm. Hơn rất nhiều. Và cho âm thanh yên tĩnh hơn nhiều quá. Nhưng cái nhìn sâu sắc quan trọng ở đây là các tác giả đã sử dụng dữ liệu này để tạo ra một mô hình về lý do tại sao. Và câu trả lời là, dự đoán - dự đoán. Những cặp ánh sáng và âm thanh đó đặt bộ não lên để đưa ra dự đoán. Nó dự đoán rằng ánh sáng có nghĩa là một âm thanh cũng có mặt. Vì vậy, khi ánh sáng lóe lên một mình, não đi thẳng về phía trước và dự đoán âm thanh khi không có mặt. Ở những người bình thường, đôi khi dự đoán này chiến thắng chống lại bằng chứng cảm giác rằng không có âm thanh, và một âm thanh được nghe thấy ở nơi không tìm thấy. Nhưng trong ảo giác dự đoán này chiếm ưu thế, vì vậy họ nghe thấy nhiều âm thanh hư cấu hơn.

Tất cả đều phù hợp với một lý thuyết ảo giác thú vị, rằng chúng xảy ra khi não bắt đầu thêm quá nhiều tín nhiệm vào những dự đoán mà nó đưa ra, thay vì sử dụng thông tin đến từ thế giới bên ngoài. Giống như các học giả bóng đá. Về cơ bản, lý thuyết cái quái gì là Alan-Shearer-nói-về-bây giờ-đã-làm-ngay-khi-xem-đó-trận-đấu-về-ảo giác.

(3) Một tạp chí lớn công bố kết quả null Tiêu đề của bit này không phải là lỗi đánh máy. eLife đã xuất bản một bài báo gần như hoàn toàn về sự vắng mặt của một hiệu ứng.

Trở lại năm 2004, một bài báo có ảnh hưởng lớn trong Khoa học cho rằng bệnh nhân mắc bệnh Parkinson trong và ngoài thuốc dopamine dường như học được những điều khác nhau về cùng một nhiệm vụ. Những người dùng thuốc đã học cách chọn các lựa chọn có khả năng được khen thưởng nhất, cho thấy họ học tốt nhất từ ​​phản hồi tích cực. Những người không dùng thuốc đã học cách tránh các lựa chọn ít có khả năng được khen thưởng, cho thấy họ học tốt nhất từ ​​phản hồi tiêu cực (nghĩa là bỏ lỡ phần thưởng). Phát hiện này đã châm ngòi cho toàn bộ cách suy nghĩ về cách dopamine kiểm soát việc học thông qua các tác động của nó đối với các khối tế bào thần kinh mà chúng ta gọi là hạch nền.

Một bài báo vào năm 2012 cho thấy một cái gì đó là không ổn. Ở đó Shiner và đồng báo cáo rằng thực sự bệnh nhân dùng thuốc và thuốc có thể học được nhiệm vụ giống nhau và học nó cũng giống như một nhóm kiểm soát. Nhưng những gì bệnh nhân không thể làm là khái quát những gì họ đã học được khi phải đối mặt với các lựa chọn kết hợp mới - họ không thể tiếp nhận những gì họ đã học và sử dụng nó theo những cách mới. Vậy đó là cái gì? Có phải thuốc dopamine thay đổi phong cách học tập, hoặc khả năng thích ứng thông tin đã học với những lựa chọn mới?

Mục tiêu của nghiên cứu eLife năm nay từ Liz Coulthard, tác giả chính của John Grogan, là đi đến tận cùng của bí ẩn bằng cách lặp lại toàn bộ nghiên cứu một lần nữa, và trong tất cả các kết hợp có thể của việc bệnh nhân được sử dụng hay tắt thuốc trong thời gian học tập hoặc trong quá trình kiểm tra. Và họ không tìm thấy gì, nada, niente, không phải là xúc xích. Bugger tất cả. Họ không tìm thấy sự khác biệt giữa bệnh nhân và không có sự khác biệt giữa bệnh nhân và kiểm soát đối với bất cứ điều gì. Và tìm thấy nó ba lần. Một kết quả null rất thuyết phục, tất cả nói.

Một khối lượng công việc khổng lồ, không có kết quả tích cực, và được công bố trên một tạp chí ưu tú. Nhược điểm nhỏ là việc nắm bắt dopamine của chúng ta thậm chí còn giống một con gấu trúc hơn với lưỡi của nó bị mắc kẹt trong khối Rubik: bị cản trở một cách đau đớn.

(4) Biến một hệ thần kinh thành một hệ thống khác.

Nhiều câu hỏi về cách thức hoạt động của bộ não không thể được trả lời ở động vật phức tạp. Những điều như: có thể cùng một hành vi phát sinh từ các mạch thần kinh khác nhau?

Nhưng Paul Katz biết làm thế nào để khắc phục những vấn đề này: sử dụng động vật không xương sống biển ngu ngốc. Trong một tác phẩm phi thường mà các nhà thần kinh học động vật có vú chỉ có thể mơ ước, Sakurai và Katz đã lấy hai loài sên biển có liên quan chặt chẽ với nhau và cho thấy rằng mặc dù có cùng một chuyển động bơi và các nơ-ron rất giống nhau, nhưng cách nối giữa các nơ-ron đó lại khác nhau. . Cùng một hành vi, cùng các nơ-ron, nhưng các mạch khác nhau.

Các chuyển động nhịp nhàng như bơi lội được tạo ra bởi các mạch tự dao động, có các nơ-ron vỡ với hoạt động đều đặn, mỗi lần nổ khiến một cơ bị co lại. Vì vậy, S & K đã nói: đúng, vì vậy hai mạch này phải tạo ra cùng một vụ nổ nhưng theo những cách khác nhau. Để chứng minh điều này, họ đã chặn các khớp thần kinh của cùng một cặp tế bào thần kinh ở cả hai loài. Trong một loài, điều này cho phép các tế bào thần kinh khác rơi vào một kiểu bùng nổ chậm mà không hoàn toàn đúng. Mặt khác, phong tỏa này hoàn toàn bị phá hủy bùng nổ. Tế bào thần kinh giống nhau, tác dụng khác nhau.

Hai con sên biển này có một tổ tiên chung. Vì vậy, hai mạch khác nhau này ngụ ý rằng sự tiến hóa đã thúc đẩy hệ thống dây điện khác nhau của mạch này, nhưng vẫn giữ nguyên hành vi. Sự tiến hóa ở đây là tác động lên các dây giữa các nơ-ron, không phải các loại nơ-ron cũng như các loại máy phát mà chúng sử dụng. Nếu đúng, điều này có nghĩa là chúng ta có thể lấy một mạch và nối lại nó để khớp với mạch kia, và kết thúc với cùng một kiểu bắn trong cả hai. Một số gubbins khoa học viễn tưởng ngay tại đó. Ý tôi là, hãy tưởng tượng nếu chúng ta có thể.

Chúng ta có thể. Đây chính xác là những gì S & K đã làm.

Để bắt đầu, họ đã đơn giản hóa nhiệm vụ của mình bằng cách chặn cùng một cặp nơ-ron, đưa mạch xuống chỉ còn bốn nơ-ron ở cả hai loài. Một lần nữa, họ trở nên chậm chạp, sai lầm trong một; và sod tất cả trong khác. Tất cả những điều khác biệt là hai kết nối trong mạch nổ chậm bị thiếu trong mạch sod-all. Vì vậy, họ đã tự tạo ra những kết nối đó - họ đã tạo ra các khớp thần kinh nhân tạo. Họ đã ghi lại từ tế bào thần kinh nguồn, biến đổi đầu ra của tế bào thần kinh thành tập hợp dao động nhỏ dự đoán mà nó sẽ gây ra ở một tế bào thần kinh ở đầu kia; và đưa tín hiệu kết quả là đầu vào điện vào nơron đích. Voila, khớp thần kinh nhân tạo. Rửa sạch và lặp lại cho cả hai kết nối bị thiếu.

Và lo, mạch sod-all bắt đầu chậm, nổ sai theo tất cả các cách giống nhau trong tất cả các nơ-ron giống nhau. Họ đã biến hệ thần kinh của một loài động vật thành một hệ thần kinh khác.

Âm thanh rên rỉ cao vút mà bạn có thể nghe thấy là các nhà thần kinh học động vật có vú lặng lẽ sôi sục vì ghen tị. Sên biển đá (© Bảo vệ Tiến sĩ của Angela Bruno):

Và năm 2017 đã có nhiều hơn thế. Rafael Yuste cuối cùng đã ghi lại TẤT CẢ CÁC NEURONS (tốt, Christopher Dupre đã ghi lại tất cả các tế bào thần kinh). Cuộc thăm dò Neuropixels thay đổi trò chơi, kéo dài trong đánh giá năm ngoái, cuối cùng đã được xuất bản. Elsayed và Cickyham đã hỏi một câu hỏi khó xử: bạn biết tất cả những thứ thú vị mà chúng ta tiếp tục tìm thấy trong các quần thể nơ-ron lớn - bạn biết đấy, những tờ báo Tự nhiên đó - nếu chúng chỉ là những vật phẩm tạo ra nhiều nơ-ron đơn lẻ với sự điều chỉnh thực sự buồn tẻ và không có gì để làm với nước sốt đặc biệt của dân số '' cả? Họ đã cho chúng tôi một loạt các cách để kiểm tra; và tìm thấy có một số nước sốt đặc biệt sau khi tất cả. Phù. Chúng tôi đã tổ chức lễ kỷ niệm 200 năm của bài luận văn An An về Shakes Palsy, bài viết của James Parkinson, đã đưa ra nghiên cứu có hệ thống về các rối loạn thần kinh. Và chúng tôi đã có sự tiết lộ rằng các bài báo khoa học của người Hồi giáo đã giảm khả năng đọc trong vài thập kỷ qua - các tác giả thiếu sự trớ trêu của câu này. Vâng, các từ được sử dụng trong các bài báo khoa học đã trở nên phức tạp hơn theo thời gian. Và người phạm tội tồi tệ nhất? Di truyền học. Nhưng chúng tôi đã biết điều đó rồi.

Một điều mà các nhà khoa học có lẽ chúng ta đánh giá thấp là - nếu bạn chú ý - bạn sẽ luôn nghe tin tốt. Những tiến bộ trong sự hiểu biết của chúng ta về thế giới tự nhiên; của những đột phá công nghệ; của tuyệt tác y tế. Và, trong những thời kỳ ngu ngốc của chủ nghĩa dân tộc bị rạn nứt, chúng ta được nghe về các quốc gia làm việc cùng nhau, về sự hợp tác vượt qua mọi sự khác biệt.

ITER đạt đến nửa chặng đường. Với phản ứng tổng hợp hạt nhân có lẽ là giải pháp lâu dài duy nhất cho các cuộc khủng hoảng năng lượng và carbon đồng thời của chúng tôi và ITER là nỗ lực duy nhất trên bàn để đưa nó hoạt động thương mại trong tương lai gần, việc đưa nó trở lại đúng hướng chỉ có thể là một điều tuyệt vời. Và như một sự hợp tác giữa 35 quốc gia trong lịch sử không hòa hợp với nhau (bao gồm cả Mỹ, Nga, Trung Quốc và một bên là Trung Quốc, Nhật Bản và Hàn Quốc), điều đó cũng có nghĩa là chúng ta vẫn có thể kéo nhau lại.

Tốt hơn nữa, một synchrotron mới đã mở trong năm nay. Tuyệt vời, bạn đang nghĩ, một nguồn ánh sáng cường độ cao khác để nhìn vào các tinh thể. Whoop-de-doop. À, nhưng cái này là synchrontron duy nhất ở Trung Đông. Có trụ sở tại Jordan, nhưng được xây dựng bởi sự hợp tác giữa Iran, Jordan, Ai Cập, Israel và Palestine. Tôi sẽ cho phép bạn quay lại và đọc lại danh sách các quốc gia đó. Khoa học một lần nữa vượt qua xung đột và chính trị.

Ồ, và họ gọi nó là: Synchrotron-light cho Thí nghiệm và Khoa học Ứng dụng ở Trung Đông. Vâng, từ viết tắt chính thức là: SESAME. Và dự án tài trợ chính thức? Mở SESAME. Để cười Chúng tôi sẽ ổn thôi.

Muốn thêm? Theo dõi chúng tôi tại The Spike

Twitter: @markdhumphries