2018: меко объркан преглед на годината в невронауката

Време е да запалите учебниците

Добре дошли всички на третия годишен преглед на годината в невронауката от The Spike. Направихме го до края на 2018 г. Кой видя, че това идва?

Което означава, че е време да направим равносметка и да се възхищаваме на големите постижения, които постигнахме в разбирането на мозъка през тази година. Pfft. Там, направете това. Сега за реалния преглед, тази година извадка от три парчета красива или провокативна работа, която ни показва, че разбираме по-малко, отколкото сме мислили.

1 / Невроните „предават“ РНК

Януари започна с гръм: Джейсън Шепърд и неговият екип публикуваха документ, показващ, че пратената РНК (мРНК) се предава между невроните. Ще кажа веднага, че молекулярната биология не е една от силните ми страни. Но тогава нито един слон жонглира, и аз направих това проклето добро опитване до херния. И откритията в този документ са толкова странни, че ако сте го пропуснали тогава, трябва да знаете за него знайте.

Всичко започва с Arc гена и протеина, който кодира. Знаем, че Arc е необходима за учене. Изтрийте Arc гена при мишки и ученето се завинтва. Генът на дъгата се появява в онези големи риболовни експедиции за гени, свързани с нарушения на ученето и развитието. И за веднъж дори знаем нещо за това, което прави Arc протеинът - той участва в изграждането на синапси, вероятно чрез преместване на AMPA рецепторите на място.

Засега толкова генетика. Arc генът се чете от низ от ArC mRNA, което от своя страна уточнява протеин на Arc, а протеинът Arc променя синапсите. Много механизъм, но без функция. Това общуване с ген, който засяга синапсите, от своя страна се отразява на ученето, е малко неразбиращо. Вече знаем много за това кога и защо синапсите между невроните стават по-слаби или по-силни; познаването на този път на гена към протеина ни дава по-добро разбиране за това как синапсите стават по-силни или слаби, но не ни казва много повече за това защо или кога. Като системни невролози ние ставаме от леглото само за нещо, което ни казва за това как невроните разговарят един с друг.

Оказва се, че невроните могат да разговарят помежду си, използвайки Arc. Сега съм от леглото.

Докладът от лабораторията на Shepherd през януари показа, че протеинът Arc прави вирусна обвивка и вътре в тази обвивка е обвита собствената иРНК на Arc - иРНК, която кодира самия протеин. След това тази обвивка от своя страна се премества във вид на торба - везикул, която невроните използват, за да предават неща един на друг при синапси. С изключение на този тип везикул не се освобождава при синапс, а просто се освобождава от мястото, където върху кожата на неврона се е образувало.

Големият въпрос, с който тогава се сблъска лабораторията на овчаря, е: ако тази торба, съдържаща малко иРНК на Arc, се освобождава извън неврона, поема ли се от други неврони? И ако все пак се заеме, какво прави? Те се справиха с това по наистина елегантен начин. Вземете куп неврони в чиния, в която няма дъга в тях, тъй като е избита. След това изхвърлете част от онези пълни с ArC мРНК торби в това ястие, специални, които са променени да светят. И внимавайте: светещите торбички ли свършват вътре в невроните? Да, те го направиха.

А клинчърът беше, когато екипът на Шепърд след това погледна вътре в тези без дъгови неврони, сега пълни със светещи торбички, и откри огромни количества протеин на дъгата. ИРНК беше поета и протеини произведени от нея.

Последствията от тази работа са потенциално огромни. Като нещо, ние имаме това поразително доказателство за неканонично предаване между невроните. Но по-важно е какво се предава: това е неврон, който изпраща рецепта как да конструира протеин към друг неврон. Протеин, който участва активно в контрола на обучението. Вече имаме доказателства, че вътрешните инструкции за промяна на синапсите на един неврон могат да бъдат изпращани до други неврони наблизо, а също и потенциално да променят техните. Разбирането как невроните учат просто стана много по-сложно.

О, и същото се случва и при мухите.

2 / Кой гледа часовниците?

Кажете, че бях досадният вид баща, който раздаваше сладкиши един по един в бавна досадна игра за собствено забавление. Имам купа сладки и грозде, всички смесени заедно, и 5-годишен, който много би харесал сладко, всъщност татко. Така играта върви по следния начин - поглеждам в купата и вземам нещо и го показвам на раздразненото дете. С лявата ръка винаги вземам и показвам грозде, с дясната ръка шоколад; Повтарям този подбор и показвам няколко пъти, за да чукнете вкъщи съобщението. Тогава аз избирам по един елемент във всеки юмрук, за да не могат да го видят, и помоля моята 5-годишна да избере ръка, която да отворя. Кое биха избрали? Дясна ръка, да?

Но ако след това сложа и двете си ръце в купата, без да гледам в купата, какво биха избрали? Ако моята 5-годишна разбра как работи светът, те сега знаят, че не бях в състояние да видя какво съм избрал - така че трябва да изберат ръка на случаен принцип. Или да крещиш на мама, за да накараш татко да се опакова в тази идиотска игра.

За да вземете ръка, 5-годишният има нужда от доста напреднали знания за това, което другите знаят - модел на света, който включва извода за това, което другите сами знаят за света.

Работата на Йохана Екерт и колеги тази година показа, че шимпанзетата имат точно това знание - за хората.

Всеки шимпанзе трябваше да се справи с двама такива досадни хора. Имаше две кофи, двете смеси от моркови и фъстъци; един тежък на морковите, един тежък на фъстъците. Кофите бяха прозрачни, така че шимпанзето можеше да види коя е моркова и коя е фъстъка. Хората умишлено подбраха редките варианти: Човек 1 набра фъстъци от тежката моркова кофа; Човешки 2 набрани моркови от тежката фъстъчена кофа. Всеки показа тези кирки на шимпанзетата.

След като показа това няколко пъти и вероятно, като шимпанзетата се умориха от тези досадни хора и тяхната досадна игра, след това дойде тестът. При някои изпитания хората гледаха в кофата, докато берат. На други опити те не можаха да видят кофата и взеха сляпо. Шимпанзето можеше да види всичко това. На всяко изпитание му се предлагаха и двата юмрука и се искаше да избере един. Кое избра?

Напрежението тук е между знанието на шимпанзета за това, което има в кофите, и знанието за това, което хората знаят. Шимпанзетата знае коя кофа е пълна с моркови (ъъъ) и коя е пълна с фъстъци (woohoo!). Но може също така да се знае, че Human 1 продължава да бере фъстъци от кофичката с моркови, а Human 2 дразнещо подбира моркови от кофичката с фъстъци. Така че, ако знаеше това, шимпанзето трябва да избере юмрука на Човек 1 и да събере фъстъка му.

А, но изчакайте: ако Хората 1 и 2 не погледнаха в кофата, тогава със сигурност беше по-вероятно, че Човек 1 сега има морков, а Човек 2 сега има фъстъче, защото точно с това бяха пълни кофите им. В този случай шимпанзето трябва да избере юмрука на Human 2, тъй като е по-вероятно да имат фъстъци.

Удивително е, че шимпанзетата успяха да постигнат всичко това. По време на опити, където хората поглеждаха в кофите, шимпанзетата избираха юмрука на Човек 1 - берачката на фъстъци - много по-често, отколкото случайност. На опити, при които хората не можеха да видят в кофите и берат на случаен принцип, шимпанзетата избираха по-често юмрука на Human 2. Изборът на шимпанзетата отразяваше не само техните познания за света, но и това, което правят извода, че хората знаят за света. И използва тези знания, за да коригира вероятността на техните решения.

Внимавайте, шимпанзето е по-добър статистик от вас.

3 / Пропуснато детство

Спомняте ли си, когато бяхте един, зареждайки за мястото с много пълна пелена (памперс, ако настоявате), подхлъзна се и се приземи толкова силно на удря си, че пелената изгуби сдържане и полученото в пух цунами покри баба? Не? Е, това е заради детската амнезия - не оставяме дългосрочни спомени от ранното си детство.

Детската амнезия изглежда доста очевидна: не можем да си спомним нищо за ранното си детство, така че не трябва да има памет, съхранявана в мозъка ни. Или е така? За какво, ако вместо това просто нямаме достъп до спомените. Работа от лабораторията на Пол Франкъл, ръководена от Аксел Гускьолен, ни показа, че всъщност може да има спомени от вашето детство още там някъде.

Мишките също не могат да си спомнят неща от ранното си детство. Лабораторията на Франкланд показа това, като тества паметта на мишката от страх от лошо място - поставете мишката в специална кутия, нанесете лек токов удар, повторете няколко пъти. След това на следващия ден я върнете обратно в тази кутия и мишката замръзва, спомняйки си кутията, какво означава и предчувствайки шок.

Направете това на възрастни мишки - на 60 дни - и тази памет трае повече от 90 дни. Те замразяват толкова много, ако се поставят обратно в кутията след 90 дни, колкото след един ден - дори ако никога не са виждали кутията през интервенцията от 89 дни. Те имат ясна памет за лошото място, което трае по-дълго, отколкото бяха живи, когато за първи път го видяха. Доста убедителна дългосрочна памет.

Но направете това на невръстни мишки - на 14 дни - и целият спомен за лошото място е изчезнал до 15 дни по-късно. Поставете ги обратно в кутията след 30 дни, да речем, и никакво замръзване. Изчезна ли паметта или е скрита?

Знаем, че хипокампусът е силно въвлечен в този вид спомени от места. Така че е чудесен кандидат за намиране на паметта за лошото място. Лабораторията на Франкленд използва елегантния подход да инжектира в хипокампуса ген, който маркира невроните, когато са активни. Идеята тук беше, че невроните, които полагат паметта по време на тренировка на лошо място, ще бъдат най-активни, така че ще бъдат най-силно маркирани. Съществената част е, че маркирането кара невроните да изразяват светлочувствителен йонен канал. Тогава, ако по-късно бихте светили лазер в същата част на хипокампуса, лазерът ще активира отново тези маркирани неврони. На теория, повторно активиране на каквото и да представляват тези неврони.

Лабораторията на Франкленд направи точно това в своите 14-дневни мишки: маркира активните неврони, докато ги обучава да научат за лошото място. Когато ги върнаха обратно в кутията след 15 дни, те не замръзнаха и не показаха памет, както се очакваше. Но тогава лазерът в хипокампус беше включен: и мишките замръзнаха. Сякаш повторното активиране на маркираните неврони включи загубена памет за лошото място.

Както при всички добри учени, екипът направи много контролни експерименти, за да направи това убедително. Включиха лазера, без да маркират невроните и без замръзване. Те маркираха невроните, но само включиха лазера на други места, като клетката им, а не специалната кутия: и няма замръзване. Този контрол всъщност е много важен. Активирането на толкова много неврони в хипокампус едновременно може да причини припадък, подобен на епилепсия, при който мишките да замръзнат на мястото си. Но тъй като замръзването е било само на лошо място, а не където и да е бил включен лазерът, това е доста убедително доказателство, че замръзването на лошото място не е само припадък.

Активирането на маркираните неврони все още работи след 30 дни между обучение и тестване. Той работи след 60 дни. Споменът на бебешката мишка за случилото се на лошото място може да бъде върнат по желание. Беше там, но те не можаха да получат достъп до него. Което отваря леко притеснителната идея, че детската амнезия не е изтриването на паметта, а скриването на паметта.

План S

Ако ще обсъдим науката през 2018 г., предполагам, че трябва да споменем план S. Смел план за свободно публикуване на публикации от целия Европейски съюз и незабавно достъпен за всички за четене. И да направим планът стартиран само за няколко години. Достойна идея, но тази, която не доведе до край на спора.

От една гледна точка това е отдавна необходимо действие, независимо дали смятате, че науката, платена от данъкоплатците, трябва да бъде на разположение на тези данъкоплатци, или че огромните печалби на научните издателства са нецензурни. От друга гледна точка, това е драконично определяне на закона, с тесен, затъмнен възглед за това, което представлява отворен достъп (без предварителни разпечатки, без свободен достъп с кратко закъснение) и малко мисъл за институциите, които зависят от приходите от издаване на списания за тяхното съществуване (като например научени общества). Кой е прав?

Всички, разбира се. Нуждаем се от план S от някакъв вид; версията, която получихме, не беше добре обмислена, преди да бъде обявена. Приоритизирането на платения достъп за отворен достъп пред всички останали рискува да даде повече, не по-малко, власт на утвърдените издателства. И видях странно малко обсъждане на дългогодишния опит на Обединеното кралство с нашата собствена версия на план S: ние бяхме наредили златна публикация с отворен достъп на работа, финансирана от нашите изследователски съвети от 2014 г., когато беше създаден централен фонд, който да плати за това ( и Wellcome Trust направиха подобен мандат със собствени пари). Всеки университет получава своя дял от този централен фонд всяка година с проста мисия: заплащането за всеки документ, финансиран от изследователските съвети, да бъде публикуван „отворен за всички“.

Резултат? Без ограничения за това колко журнали ще таксуват за публикуване на отворена за всички хартия, това струва абсолютно богатство. Средствата, държани от всеки университет, бързо се намаляват всяка финансова година. За да спрат потопа, някои университети въвеждат свои местни правила относно това какъв вид хартия ще отговаря на условията за финансиране (напр. Няма средства за хибридни списания), така че има големи несъответствия между университетите в начина на прилагане на тази очевидно проста политика. По-лошото е, че някои университети просто изчерпват финансирането и отхвърлят мандатните искания за заплащане на документи. С една дума скъпа каша.

Очаквам с нетърпение архитектите на Plan S да отговорят на простия въпрос: ако бъде приложен, къде ще публикуват хората, когато парите изтичат?

Хей, 2018 не беше всичко лошо.

Имаме Питър Даян и Демис Хасабис избрани за стипендианти на Кралското общество в знак на признателност за тяхната новаторска работа в областта на изкуствения интелект и невронауката. DeepLabCut внесе в масите автоматизирано проследяване на движение с общо предназначение. Получихме убедителни доказателства, че мъничките групи от неврони на средния мозък, в които се намират ключовите невромодулатори на мозъка, са дом на изключително разнообразие, в шум от документи в рамките на това, което изглежда една седмица един на друг, на серотонин, допамин и норадреналин.

Хюго Спиърс и колегите ни показаха, че разликата в способността за навигация между мъжете и жените в дадена държава корелира доста поразително с нивото на неравенството между половете в тази страна: колкото по-неравнопоставени са половете, толкова по-голяма е разликата в способността да навигиране. Доколкото държавите с незначително неравенство между половете - Вашата Норвегия и Финландия - не показват разлика в способностите за навигация между мъжете и жените.

И ще ми бъде отхвърлено да не споменавам, че самият Спайк имаше вълнуваща година, тъй като премина от шоу за един човек до платформа за богато разнообразие от гласове в системната невронаука. Някои акценти включват

  • Постоянната поредица от съвети на Ашли Хуавинет за избор и получаване на докторска степен по невронаука (и внимавайте за предстоящата книга!)
  • Скъпоценният камък на Кели Кланси за това, защо прости обяснения в биологията не са надеждни
  • И това, което случайно се превърна в дълбоко гмуркане от три части в мозъци като компютри: аз защо „мозъкът като компютър“ е теория, а не метафора; Блейк Ричардс защо не е просто теория, а логична неизбежност, че мозъците са компютри; и Corey Maley за това защо аналоговите компютри могат да бъдат далеч по-добра хардуерна метафора за мозъка.

Чакай, какво е това? Декември ни изнесе брой на Nature с наистина странна хартия за невронауката. Доклад за ролята на хипокампуса в паметта. За разлика от повечето странни документи, този е странен за това, което не е в него. Без лъскава генетика; няма хитро оптогенетика, която да накара невроните да правят неземни неща; няма DREADD за контрол на специфични неврони с дизайнерски химикали; няма невропиксели или калциеви изображения, които да записват стотици или хиляди неврони; всъщност няма запис на единица. Просто поведение, химически лезии за причинно-следствена връзка и EEG / LFP за проследяване на състояния на съня. Като нещо от края на 80-те. Както бяха статистическите анализи (сериозно Nature, лентови диаграми с едностранни грешки през 2018 г.?).

Но това направи интересен случай за научно прозрение и ето го в Природата. Странност или повратна точка към ценното научно разбиране за светкавицата? Нататък към 2019 г., за да разберете. Ще се видим там!

Искам още? Следвайте ни в The Spike

Twitter: @markdhumphries