Brain-X (交叉脑科学): Volume 2 Issue 3，正式上线！

Brain-X（交叉脑科学）

Volume 2 Issue 3 正式上线

(2024年9月)

本期概况：

1. Brain-X | 展望：感觉神经调控，在骨愈合中的作用机制

由创伤和疾病（如感染、肿瘤或先天性异常）引起的大面积骨缺损的临床治疗，仍然是目前的一项挑战。为了解决这一系列临床问题，过去几十年来，组织工程领域进行了大量研究，致力于开发用于骨修复和再生的功能性生物材料（如人工替代支架）。然而，多数合成材料的临床表现尚不理想，在设计和合成方面仍需改进。骨骼有较为丰富的神经支配，然而支配骨骼的感觉神经（SNs）在骨改建过程中的作用长期被忽视。此前，骨再生生物材料设计主要集中在调节免疫细胞、促进成骨和血管生成。直到近年来，研究揭示了外周神经，特别是SNs在骨愈合和改建过程中的重要意义。

7月17日，Brain-X 期刊发表了题为 “Peripheral sensory nerve regeneration: Novel target in bone tissue engineering” 的Perspective。全面而深入地阐述了 SNs 调节骨愈合过程中的细胞和分子机制，并概述了用于神经化骨组织再生的生物材料的最新进展，从而确立骨工程生物材料设计的潜在未来方向。文章总结了SNs再生在骨愈合中的作用的最新发现：例如SNs如何影响骨骼损伤后的愈合过程，包括SN相关的神经递质和神经肽促进干细胞的成骨分化；SNs与血管网络重建之间的相互作用，从而对骨修复产生间接的影响；最后关注了用于神经化和血管化骨愈合的生物材料的进展，提出了未来骨愈合材料设计的潜在策略。

图1.用于神经化-血管化骨再生的生物材料设计

文本链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/brx2.71

本文引用格式：

Lan Xiao, Jiaying Liu, Fuhua Yan, Yin Xiao. Peripheral sensory nerve regeneration: Novel target in bone tissue engineering. Brain-X. 2024; 2:e71. https://doi.org/10.1002/brx2.71

Review

1. Brain-X | 基于二维材料的人工光电突触器件

为克服冯·诺依曼架构计算和存储单元物理分离造成的处理延迟和高功耗问题，人们通过模仿人类大脑的功能架构进行拟神经形态计算，以实现自适应学习、高并行计算和低功耗。由于人脑通过视觉神经元调控突触权重可实现对视觉信息的学习和记忆等功能，人们考虑采用光信号调控突触权重，制备光电突触器件。光电突触器件以高带宽、低串扰、低功率、无延迟的光信号作为输入，通过改变器件电导率调控突触权重，可将视觉信号感知、信息处理和数据记忆融为一体，类似于生物突触。基于二维材料异质结构，可根据需要设计能带结构，实现高效光学和电学调制，使基于此材料的光电突触器件同时具备“探测“和”记忆“功能。

2024年10月20日，中国科学院苏州纳米所赵宇坤和苏州科技大学张建亚等在交叉脑科学刊物Brain-X上发表了题为“Research progress and applications of optoelectronic synaptic devices based on 2D materials”的综述，总结了基于二维材料的人工光电突触器件的研究进展和应用。

本文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/brx2.70004

本文引用格式：

Yukun Zhao, Linrui Cheng, Rui Xu, Zexin Yu, Jianya Zhang. Research progress and applications of optoelectronic synaptic devices based on 2D materials. Brain-X. 2024; 2:e70004. https://doi.org/10.1002/brx2.70004

2. Brain-X | 离子通道Piezo在外周听觉感知中的潜在作用

机械门控阳离子通道PIEZO1和PIEZO2在全身广泛表达并发挥多种生理作用。其基本的功能是感受机械刺激，参与触觉和本体感觉的形成，也与血压、呼吸、膀胱控制等相关。随着对PIEZO家族的不断研究，科学家们发现PIEZO2蛋白在内耳毛细胞表达。而内耳毛细胞作为听觉感受器，本身具备将机械信号转化为生物电信号的功能，因此， PIEZO作为一种能感受机械力的离子通道，在内耳毛细胞中发挥何种生理功能，引起了学者们的好奇。

2024年10月20日，华中科技大学同济医学院附属协和医院孙宇等在交叉脑科学刊物Brain-X上发表了题为“Mechanosensitive Piezo channels and their potential roles in peripheral auditory perception”的综述文章，系统总结了PIEZO的结构特征与生理作用，重点阐述现有研究中关于耳蜗毛细胞中PIEZO通道的可能作用。

总而言之，PIEZO家族在生物体的各个系统中发挥着多样功能，但其在耳蜗和听觉感知中的具体功能仍需更深入的研究。这将为理解听觉过程及其在听力损失中的潜在干预提供新见解。

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/brx2.70006

本文引用格式：

Zhangyi Yi, Ge Yin, Chunjiang Wei, Yizhou Quan, Yu Sun. Mechanosensitive Piezo channels and their potential roles in peripheral auditory perception. Brain-X. 2024; 2:e70006. https://doi.org/10.1002/brx2.70006

3. Brain-X | 动脉自旋标记(ASL)在新冠肺炎感染的脑灌注改变中作用

本文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/brx2.70007.

本文引用格式：

Sana Mohammadi, Sadegh Ghaderi, Farzad Fatehi. Brain perfusion alterations in patients and survivors of COVID-19 infection using arterial spin labeling: A systematic review. Brain-X. 2024; 2:70007. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/brx2.70007

4. Brain-X | 综述：阿尔茨海默病治疗方法

阿尔茨海默病（AD）是痴呆中最常见的类型。根据WHO提供的数据，截至2023年，全球痴呆人数超过5500万人，而阿尔茨海默病占据了总数的60%-70%。目前对于AD的治疗并没有特别有效的手段，但是随着对于AD研究的深入，越来越多的方案/药物，逐渐被开发。2024年7月15日，武汉科技大学程静联合湖北省疾病预防控制中心占建波等在交叉脑科学刊物Brain-X上发表了题为“Advances of therapy for Alzheimer's disease: An updated review”的综述，总结AD的治疗方法。

总而言之，阿尔茨海默症的治疗是一个复杂且充满挑战的领域。药物治疗和非药物治疗各有优劣，需要根据患者的具体情况制定个性化的治疗方案。药物治疗可以一定程度上缓解症状，但无法逆转脑部损伤。非药物治疗如认知训练、运动、社交活动等，可以帮助患者保持大脑活跃，延缓疾病进展，提高生活质量。未来，多学科协作，将药物治疗与非药物治疗相结合，并不断探索新的治疗方法，将是攻克阿尔茨海默症的关键。

文本链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/brx2.68

本文引用格式：

Can Mei, Jianbo Zhan, Shuzhen Zhu, Yutong Zhang, Chang-e Xiong, Jia Wang, Yu Jia Xu, Hua Zhong, Jing Cheng. Advances of therapy for Alzheimer's disease: An updated review. Brain-X. 2024; 2:e68. https://doi.org/10.1002/brx2.68

5. Brain-X | 情感障碍的分子异常，与影像特征的关联

近年来，情感障碍的发病率迅速增加，其中尤以重度抑郁症（MDD）突出。然而，双相情感障碍（BD），特别是BD II型易被误诊为MDD，导致延误治疗，疗效不佳。尽管情感障碍已成为全球性的重大问题，其发病机制仍不清楚。利用磁共振成像（MRI）和基因、蛋白质和其他分子进行的研究，在理解其病理生理学方面日渐成熟，这些研究证实：基因、蛋白质和环境因素以及成像特征的变化，与临床症状有关。

2024年9月17日，山东第一医科大学医学信息与人工智能学院于长斌教授和中国科学院自动化研究所刘振宇研究员在Brain-X（交叉脑科学）发表了题为“A systematic review on investigating major depressive disorder and bipolar disorder using MRI and genetic data from 2018 to 2024”的综述论文，系统总结了情感障碍患者的分子异常（如基因表达和蛋白质水平的变化）与影像特征（如灰质和白质变化）之间的关系，以及它们如何影响临床表现和治疗反应，并对相关领域研究发展进行了展望。

本综述总结了近些年关于MDD和BD的基因成像研究的最新进展，重点调研了它们神经生物学基础中的共性和差异。

本文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/brx2.70000

本文引用格式：

Kai Sun, Xin Wang, Guifei Zhou, Wenchao Lv, Rujia Song, Wei Wei, Zhenyu Liu, Changbin Yu. A systematic review on investigating major depressive disorder and bipolar disorder using MRI and genetic data from 2018 to 2024. Brain-X. 2024; 2:e70000. https://doi.org/10.1002/brx2.70000

6.Brain-X | 视网膜变性疾病中翻译后修饰的机制和靶向治疗进展

视网膜变性疾病是一个广泛而多样的疾病类别，遗传改变和易感因素决定了疾病的发病。其中，青光眼、糖尿病视网膜病变（DR），年龄相关性黄斑变性以及近视是主要类型，也是全球视力丧失的主要原因。目前，有大量研究去尝试揭示这些视网膜退行性疾病的发病机制并制定治疗策略。

华中科技大学同济医学院附属同济医院赵寅团队在Brain-X 以“Posttranslational modifications in retinal degeneration diseases: An update on the molecular basis and treatment” 为题目发表的综述论文，系统论述了翻译后修饰和对话视网膜退行性疾病演变中的作用机制及潜在治疗策略。

青光眼是一组以渐进性视网膜神经节细胞（RGC）丧失和视神经变性为特征的神经退行性疾病。在全球范围内，青光眼是不可逆失明的主要原因，预计到2040年将影响约1.12亿人。目前，对青光眼的研究主要集中在RGC以及视网膜小胶质细胞、内皮细胞，磷酸化修饰、乙酰化、泛素化以及甲基化备受关注，针对PI3K/AKT、NF-κB、mTORC1等通路可能存在潜在的治疗靶点。

本文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/brx2.70005

本文引用格式：

Ke Yao, Qianxue Mou, Zhen Jiang, Yin Zhao. Posttranslational modifications in retinal degeneration diseases: An update on the molecular basis and treatment. Brain-X. 2024;2:e70005. https://doi.org/10.1002/brx2.70005

7. Brain-X | 提升神经科学研究中的动物福利

在神经科学研究领域，实验动物的福利状况，始终受到全球科研界的深切关注，其重要性不仅在于直接影响实验动物的生存质量，更在于对实验结果准确性及可靠性的深远影响。科学界普遍强调，实验动物福利是科学研究、伦理道德及法律规范的重要交汇点，对于推动科学研究的健康发展、维护动物伦理道德标准，具有不可或缺的作用。

近日，深圳大学总医院王霜晴联合中山大学附属第五医院毕方方教授等在交叉脑科学刊物Brain-X上发表了“Promoting the welfare of animals utilized in neuroscience research”的综述。本文第一作者为中山大学附属第五医院神经内科硕士研究生张添烁及张念念。

目前，全球普遍遵循的动物福利原则为3R原则，即替代（replacement）、减少（reduction）和优化（refinement）。此原则旨在减少实验动物的使用量，提升动物福利水平，并通过引入替代性方法来不断改进研究手段。在神经科学研究领域，非人类灵长类动物、鼠类、鱼类等动物被广泛用于各类实验之中，但这也引发了日益显著的伦理与动物福利问题。为此，有必要制定更为严格的动物福利规范，采取一系列周密且稳健的策略，积极推广非动物实验技术，同时应优化实验设计策略，力求在保障科学严谨性的前提下，最大限度地减少所需动物的数量。同时，倡导加强保护，明确动物权益，鼓励社会各界广泛参与监督，共同营造关注动物福利的社会环境从而切实保护动物福利。

希望，在维护科学研究严谨性的同时，确保参与神经科学实验的动物，能够享受到更好的福利待遇，从而推动科学进步与动物保护的双赢局面。

本文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/brx2.70002

本文引用格式：

Tianshuo Zhang, NianNian Zhang, Ruoqing Feng, Hao Wang, Fangfang Bi, Shuangqing Wang. Promoting the welfare of animals utilized in neuroscience research. Brain-X. 2024; 2:e70002. https://doi.org/10.1002/brx2.70002

本文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/brx2.70005.

本文引用格式：

Ke Yao,  Qianxue Mou,  Zhen Jiang,  Yin Zhao. Posttranslational modifications in retinal degeneration diseases: An update on the molecular basis and treatment. Brain-X. 2024; 2:70005. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/brx2.70005

Commentary

1. Brain-X | 急性高温暴露后Tanycytes细胞调节代谢的作用机制

福州大学医工交叉研究院联合浙江大学医学院研究团队在Brain-X发表了“A novel neuronal circuit: Tanycytes mediate defensive metabolic responses following acute high-temperature exposure”的评论文章，本文总结了Tanycytes细胞在高温暴露下调节代谢反应过程中的作用机制及重要意义。第一作者为福州大学医工交叉研究院副研究员陈琪，浙江大学医学院附属第二医院神经外科主治医师/特聘副研究员蓝玉龙及浙江中医药大学中西医结合临床医学博士邹爽为共同通讯作者，文章由英国哈德斯菲尔德大学Anke Brüning-Richardson教授及英国基尔大学Ruoli Chen教授共同参与撰写。

本文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/brx2.70003

本文引用格式：

Qi Chen, Anke Brüning-Richardson, Ruoli Chen, Shuang Zou, Yu-Long Lan. A novel neuronal circuit: Tanycytes mediate defensive metabolic responses following acute high-temperature exposure. Brain-X. 2024; 2:e70003. https://doi.org/10.1002/brx2.70003

2. Brain-X | 基于脑机接口的fMRI脑信号测量中重建连续语言

脑机接口（BCI）旨在连接人脑神经活动与外部设备。先前的研究表明可以从颅内电极记录的信号中解码出语音和文本[1]，以恢复脑功能或精神障碍患者的语言功能[2]。但这些方法主要依赖于侵入性颅内电极记录的高时空分辨率及高信噪比的信号，限制了其应用场景。Tang等人近期在Nature Neuroscience杂志上提出了一种新方法，用于从非侵入的功能磁共振成像（fMRI）测量的大脑活动中重建连续语言[3]。为更好地理解此文，Brain-X（交叉脑科学）以“Reconstructing continuous language from brain signals measured by fMRI based brain-computer interface”为题开展了相关讨论。

在过去十年中，基于fMRI的神经编码模型取得了重大进展，例如，使用从语言模型中提取的特征，可以预测对于连续自然语言的神经响应。但要从fMRI中重建连续语言，必须克服三个困难。首先，脑内语义表征区域并不明确，先前的研究表明，这些区域分布在多个脑区[4]。其次，由于 fMRI 测量的血液动力学特性，单个 fMRI 时间点捕捉到的信息来自于 6 到 10 秒前出现的单词。第三，在语言构建过程中，对语义空间的约束十分具有挑战性，因为现有的 fMRI 数据只能捕获真实语义空间的一部分。

本研究中语义解码的成功主要归因于大脑中语义表征的分布性质。虽然无法像基于运动皮层信号的侵入性语音脑机接口一样实现较低的单词错误率，但非侵入式语义重建方法在解码更高层次的概念方面展现了前景，例如，从静默视频中解码文本，这一点是基于运动皮层信号的侵入性语音脑机接口难以实现的。

尽管上述工作有许多优点，但仍存在一些局限性。首先，在贝叶斯解码框架中，解码器的有效性在很大程度上依赖于编码模型的性能。GPT-1 的特征可能只能表征大脑中语义信息的一个子集。例如，在这项工作中，仅使用了编码效果较好的体素进行解码，其余体素可能也参与了语义表征，但无法通过 GPT-1 的特征进行编码。其次，该研究假设大脑响应是先前时间点上对语义响应的线性叠加。这一假设可能与大脑中的实际激活过程不一致。

同时，这项研究为非侵入式脑机接口技术提供了新的视角，我们看到未来脑机接口的几个发展方向。首先，更安全、便携且耐用的侵入性脑机接口可以帮助到许多神经功能障碍患者；其次，成本更低、体积更小的非侵入性 BCIs 可能在临床和娱乐应用中发挥作用；最后，提高非侵入性 BCIs 的时间分辨率也至关重要。例如，将其与脑电图或磁脑电图数据结合，可以弥补 fMRI 的低时间分辨率。

本文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/brx2.70001

本文引用格式：

Shurui Li, Yuanning Li, Ru-Yuan Zhang. Reconstructing continuous language from brain signals measured by fMRI based brain-computer interface. Brain-X. 2024;2:e70001. https://doi.org/10.1002/brx2.70001

投稿指南链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/page/journal/28353153/homepage/author-guidelines

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