█ 脑科学动态
反思孤独感：抑郁症的隐形推手
听对了音乐，注意力提升不是梦！
多巴胺通过不同受体调节动机和强化学习
自噬调节葡萄糖代谢，防止神经元死亡
超声波微泡技术增强抗癌免疫反应
从肠道入手，基因治疗为巴顿病患儿延长生命
记忆如何让你对高热量食物欲罢不能？
海马体通过“离线学习”优化记忆
█ AI行业动态
微软推出免费Microsoft 365 Copilot Chat，助力企业全员AI化
█ AI研发动态
Nature：新模型实现101种语言的直接语音翻译
AI工具MISO通过多模态空间组学分析揭示癌症细胞特征
机器学习模型助力识别更年期女性认知衰退
深度学习模型改善乳腺癌预后预测
随机泰勒导数估计器：8分钟解决百万维问题
AI打假神器：99%准确率识别假新闻
人体运动变电力：舒适可穿戴技术的未来
脑科学动态
对孤独的反思，才是抑郁症的隐形推手
孤独感和抑郁症之间的关系一直是心理学研究的热点。香港大学的Tatia M.C. Lee教授及其团队采用网络分析方法，对900名中国成年人进行了调查，旨在揭示孤独、反思和抑郁之间的复杂关系。研究发现，反思孤独感是调节孤独与抑郁关系的关键因素。
▷孤独、沉思和抑郁作为单一结构之间的中介模型。Credit: Nature Mental Health (2024).
研究团队采用网络分析（network analysis）方法，这是一种关注变量内部和之间连接的分析技术。通过对900名成年人的调查，研究构建了孤独-抑郁和孤独-反思-抑郁网络。结果显示，孤独感与抑郁症状之间没有强关联，而特定的反思想法（如“想想你是多么孤独”）与特定的孤独感（如“你多久感到孤独”）之间的联系是维持孤独-反思-抑郁网络的关键（部分相关系数=0.307）。研究建议，抑郁症的干预应着重改善反思的想法，尤其是孤独感。研究发表在 Nature Mental Health 上。
#大脑健康 #抑郁症 #孤独感 #网络分析
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Luo, Jingyi, et al. “A Network Analysis of Rumination on Loneliness and the Relationship with Depression.” Nature Mental Health, vol. 3, no. 1, Jan. 2025, pp. 46–57. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s44220-024-00350-x
听对了音乐，注意力提升不是梦！
音乐常被用于提高注意力，但哪些音乐特性最有效尚不明确。东北大学的Psyche Loui与Brain.fm合作，通过脑电图（EEG）和磁共振成像（MRI）研究了特定音乐特征对大脑的影响，发现快速调制的音乐（指音乐中的声音信号如音量、频率等在短时间内发生快速变化）能显著提高注意力，尤其对ADHD患者效果更佳。
▷脑电图揭示了刺激与大脑的耦合。Credit: Communications Biology (2024).
研究团队对约40名测试对象进行了脑电图和磁共振成像扫描，测试对象在听Brain.fm音乐时完成需要持续注意力的计算机任务。研究发现，快速调制的音乐能引发注意力网络的更大活动，并且beta范围的调制对ADHD症状较多的参与者帮助更大。研究结果表明，有针对性的音乐可能通过基于振荡的神经机制支持认知表现的提升。研究发表在 Communications Biology 上。
#认知科学 #ADHD #音乐调制 #脑电图 #磁共振成像
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Woods, Kevin J. P., et al. “Rapid Modulation in Music Supports Attention in Listeners with Attentional Difficulties.” Communications Biology, vol. 7, no. 1, Oct. 2024, pp. 1–13. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s42003-024-07026-3
多巴胺通过不同受体调节动机和强化学习
多巴胺在动机和强化学习中的作用已被广泛研究，但其在细胞和神经回路水平的具体机制尚不明确。美国国家心理健康研究所、匹兹堡大学等机构的研究人员，包括Hugo Tejeda和Zachary Freyberg，通过开发新型小鼠模型和电生理学技术，揭示了多巴胺D3和D1受体在奖励相关行为中的不同作用。
▷Credit: Nature Neuroscience (2024).
研究团队首先开发了一种新型小鼠品系，能够选择性删除伏隔核（nucleus accumbens）中的D3受体，同时保留其他多巴胺受体。通过行为实验，研究人员发现删除D3受体显著降低了小鼠的动机行为，如为获取食物奖励而努力的意愿，但对强化学习的影响较小。电生理学实验进一步表明，D3受体通过调节伏隔核神经元的生理活动来影响动机，而D1受体则通过不同的机制调节强化学习。研究还发现，D3和D1受体在神经元中的生理作用不重叠，表明多巴胺信号在同一细胞类型中通过不同受体实现功能分区。这一发现为理解多巴胺在奖励相关行为中的作用提供了新的视角，并可能为治疗动机障碍相关的精神疾病（如抑郁症）提供新的靶点。研究发表在 Nature Neuroscience 上。
#神经科学 #多巴胺 #动机 #强化学习 #伏隔核
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Enriquez-Traba, Juan, et al. “Dissociable Control of Motivation and Reinforcement by Distinct Ventral Striatal Dopamine Receptors.” Nature Neuroscience, vol. 28, no. 1, Jan. 2025, pp. 105–21. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s41593-024-01819-9
自噬调节葡萄糖代谢，防止神经元死亡
自噬然后在神经保护中起关键作用？科隆大学CECAD衰老研究卓越集群的Natalia Kononenko与科隆大学、于利希研究中心和洛桑大学的研究人员合作，使用PET成像、多组学和3D运动学技术，发现自噬通过ATG5调节葡萄糖代谢，保护浦肯野细胞免受代谢失衡影响。
研究使用正电子发射断层扫描、多组学和三维运动学（3D kinematics）技术，对缺乏ATG5的小鼠进行了研究。结果显示，自噬通过ATG5防止葡萄糖转运蛋白2（GLUT2）在细胞表面过度积累，从而维持浦肯野细胞中的糖酵解（glycolysis）在较低水平，保护细胞免受代谢失衡影响。缺乏ATG5的小鼠表现出GLUT2积累，导致葡萄糖摄取增加、糖酵解活性改变和有毒代谢副产物产生，最终导致浦肯野细胞死亡和运动步态功能障碍。研究发表在 Nature Metabolism 上。
#大脑健康 #自噬 #葡萄糖代谢 #浦肯野细胞 #神经退行性变
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Tutas, Janine, et al. “Autophagy Regulator ATG5 Preserves Cerebellar Function by Safeguarding Its Glycolytic Activity.” Nature Metabolism, Jan. 2025, pp. 1–24. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s42255-024-01196-4
超声波微泡技术增强抗癌免疫反应
实体瘤的微环境严重阻碍了细胞免疫疗法的效果。康考迪亚大学生物学和物理学系的Brandon Helfield、Ana Baez等研究人员提出了一种新方法，利用聚焦超声（focused ultrasound）和微泡（microbubbles）技术来增强免疫细胞的抗癌能力。他们发现这种方法可以调节T细胞的通透性，促进多种细胞因子的分泌。
▷定制设计的超声治疗设置和方案。Credit: Frontiers in Immunology (2024).
研究人员使用聚焦超声波束和临床批准的造影剂微泡作用于新鲜分离的人体免疫细胞。当超声波作用于微泡时，微泡会以极高频率振动，对T细胞膜产生推拉作用，增加其通透性（permeability）。这种方法模拟了T细胞对抗原的自然反应，促使T细胞分泌90多种细胞因子（cytokines），这些信号分子对免疫反应至关重要。实验结果显示，48小时内细胞因子分泌量增加了0.1至3.6倍。此外，研究人员发现，当超声波增加细胞膜通透性时，细胞因子的分泌量通常会下降，但细胞存活率几乎没有受到影响。这种方法不仅无创，还可以重复使用，未来有望与抗癌药物结合，提高治疗效果。研究发表在 Frontiers in Immunology 上。
#神经技术 #癌症免疫疗法 #超声波 #微泡 #细胞因子
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Baez, Ana, et al. “Immunomodulation of Human T Cells by Microbubble-Mediated Focused Ultrasound.” Frontiers in Immunology, vol. 15, Oct. 2024. Frontiers, https://doi.org/10.3389/fimmu.2024.1486744
从肠道入手，基因治疗为巴顿病患儿延长生命
巴顿病是一种致命的儿童神经退行性疾病，不仅影响大脑，还导致肠道神经系统退化，引发严重胃肠道症状。圣路易斯华盛顿大学医学院的 Jonathan Cooper 团队与费城儿童医院的 Robert O. Heuckeroth 合作，通过基因治疗研究肠道神经系统的退化机制，发现基因治疗可显著改善症状并延长小鼠寿命。
研究使用巴顿病小鼠模型，通过腺相关病毒介导的基因治疗向肠道提供缺失的酶。研究人员发现，随着疾病进展，肠道神经系统中的神经元逐渐丧失，肠道传输速度变慢。基因治疗在新生儿期实施时，可有效预防肠道传输缺陷，减少神经元丧失，并显著延长小鼠寿命。即使在断奶后进行治疗，虽然效果较弱，但仍能延长寿命。
此外，研究还分析了死于 CLN1 疾病的儿童的结肠组织，发现与小鼠模型相似的神经元退化现象。这表明肠道神经系统的退化是独立于大脑和脊髓的，基因治疗对肠道神经系统的保护作用为巴顿病及其他神经退行性疾病的治疗提供了新思路。研究发表在 Science Translational Medicine 上。
#大脑健康 #基因治疗 #肠道神经系统 #巴顿病 #溶酶体贮积症
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Ziółkowska, Ewa A., et al. “Gene Therapy Ameliorates Bowel Dysmotility and Enteric Neuron Degeneration and Extends Survival in Lysosomal Storage Disorder Mouse Models.” Science Translational Medicine, vol. 17, no. 781, Jan. 2025, p. eadj1445. science.org (Atypon), https://doi.org/10.1126/scitranslmed.adj1445
记忆如何让你对高热量食物欲罢不能？
记忆如何影响饮食行为和体重？莫内尔化学感官中心的Guillaume de Lartigue及其团队通过实验小鼠模型，首次揭示了海马体（hippocampus）中特定神经元群如何编码糖和脂肪的记忆，并直接影响食物摄入和体重。
研究团队使用活动依赖性基因捕获技术（activity-dependent genetic capture），识别了海马体背侧（dHPC）中对脂肪和糖有反应的神经元群。糖反应神经元编码了糖的空间位置记忆，而脂肪反应神经元则增强了脂肪摄入的偏好和动机。通过沉默这些神经元，研究人员发现小鼠对糖的记忆和摄入减少，体重增加也得到了控制。相反，重新激活这些神经元则增加了食物摄入。这些发现表明，食物记忆在饮食行为和代谢健康中扮演了重要角色。研究发表在 Nature Metabolism 上。
#神经科学 #食物记忆 #肥胖 #海马体 #活动依赖性基因捕获
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Yang, Mingxin, et al. “Separate Orexigenic Hippocampal Ensembles Shape Dietary Choice by Enhancing Contextual Memory and Motivation.” Nature Metabolism, Jan. 2025, pp. 1–21. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s42255-024-01194-6
海马体通过“离线学习”优化记忆
记忆巩固是将临时记忆转化为长期记忆的过程，但其选择性机制尚不明确。研究人员通过脑成像技术和动物实验，揭示了海马体与新皮质在记忆存储中的动态交互作用，并提出了模拟选择模型。研究结果表明，情绪唤醒和肾上腺激素在记忆巩固中起关键作用，海马体不仅参与记忆过去，还参与想象未来。
研究通过分析海马体的CA3和CA1区域的功能，提出CA3生成多样化活动模式，而CA1评估并强化最可能带来奖励的模式。这一机制与Dyna强化学习算法（Dyna reinforcement learning algorithm）类似，通过离线模拟加速学习。研究发现，记忆巩固不仅是强化偶然记忆，而是通过有限经验的模拟推导出最佳策略，从而增强适应性决策。研究还表明，情绪唤醒时释放的肾上腺素（epinephrine）和皮质醇（cortisol）通过杏仁核（amygdala）调节记忆强度，优先巩固具有行为意义的记忆。这一发现为理解记忆巩固的选择性机制提供了新视角。研究发表在 Nature Neuroscience 上。
#认知科学 #记忆巩固 #海马体 #强化学习 #情绪唤醒
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Lee, Jong Won, and Min Whan Jung. “Memory Consolidation from a Reinforcement Learning Perspective.” Frontiers in Computational Neuroscience, vol. 18, Jan. 2025. Frontiers, https://doi.org/10.3389/fncom.2024.1538741
AI 行业动态
微软推出免费Microsoft 365 Copilot Chat，助力企业全员AI化
微软近日宣布推出Microsoft 365 Copilot Chat，作为其办公软件平台中现有免费聊天工具的升级版。这一新工具将为企业员工提供免费的AI助手服务，无需额外付费即可使用。Copilot Chat由GPT-4o驱动，提供安全的AI聊天服务，用户可以直接在聊天中访问AI代理。此举旨在让企业中的每个员工都能充分利用Copilot和AI代理，提升工作效率和协作能力。
新版本的Copilot Chat不仅保留了现有的所有功能，如文档上传、问题解答、摘要生成和数据分析，还新增了Copilot Pages功能，支持企业内部的跨部门协作，并允许用户创建和添加AI生成的图像，以增强演示文稿的视觉效果。此外，用户还可以通过自然语言在Copilot Chat中直接创建AI代理，进一步简化工作流程，提升生产力。
微软AI at Work首席营销官Jared Spataro表示，Copilot Chat将使企业的所有员工，从客户服务代表到一线技术人员，都能立即开始使用Copilot和AI代理。未来，每个组织都将结合使用Microsoft 365 Copilot Chat和Microsoft 365 Copilot，以推动大规模的AI转型。
#微软 #Copilot #AI #办公软件 #生产力
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https://www.microsoft.com/en-us/microsoft-365/blog/2025/01/15/copilot-for-all-introducing-microsoft-365-copilot-chat/
AI 研发动态
AI工具MISO通过多模态空间组学分析揭示癌症细胞特征
空间组学技术的进步使得从同一组织切片中获取多种组学数据成为可能，但处理这些数据需要高效的计算工具。宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院的Mingyao Li及其团队开发了MISO（多模态空间组学）工具，通过整合多种组学数据和显微解剖图像，成功揭示了癌症的细胞水平特征。
▷用于分析具有配对组织学图像的空间多组学数据集的 MISO 工作流程。Credit: Nature Methods (2025).
MISO通过整合转录组学（transcriptomics，研究基因表达）、蛋白质组学（proteomics，研究蛋白质）和代谢组学（metabolomics，研究代谢物及其过程）等多种空间组学数据，分析每个像素中的20,000至30,000个数据点。研究团队利用MISO分析了膀胱癌、胃癌和结直肠癌的组织样本，发现了新的细胞特征。例如，在膀胱癌中，MISO检测到与免疫治疗反应相关的三级淋巴结构细胞；在胃癌中，成功区分了癌细胞与正常黏膜；在结直肠癌中，识别了癌细胞的不同亚类。此外，MISO还用于分析非癌性脑组织的结构。这些发现为个性化治疗提供了重要依据。研究发表在 Nature Methods 上。
#神经技术 #空间组学 #癌症研究 #人工智能 #个性化治疗
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Coleman, Kyle, et al. “Resolving Tissue Complexity by Multimodal Spatial Omics Modeling with MISO.” Nature Methods, Jan. 2025, pp. 1–9. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s41592-024-02574-2
机器学习模型助力识别更年期女性认知衰退
更年期过渡期间的主观认知衰退（SCD）是女性健康的重要问题，可能预示阿尔茨海默病等神经退行性疾病的风险。北美更年期协会的研究团队，包括Stephanie Faubion，利用机器学习模型分析了1,200多名护士的数据，开发出识别严重SCD及其相关因素的模型。
研究团队采用Bortua算法进行特征选择，构建了七个机器学习模型，并通过受试者工作特征曲线下面积（AUC, Area Under Curve）、准确性、敏感性、特异性和F1评分评估模型性能。支持向量机模型表现最佳，AUC为0.846，准确度为0.789。研究确定了13个重要特征因素，其中更年期症状和绝经阶段与SCD关联最强。这些发现为更年期女性认知健康管理提供了新视角。研究发表在 Menopause 上。
#认知科学 #机器学习 #更年期 #主观认知衰退 #早期干预
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Zhao, Xiangyu, et al. “Using Machine Learning Models to Identify Severe Subjective Cognitive Decline and Related Factors in Nurses during the Menopause Transition: A Pilot Study.” Menopause (New York, N.Y.), Jan. 2025. PubMed, https://doi.org/10.1097/GME.0000000000002500
深度学习模型改善乳腺癌预后预测
乳腺癌诊断依赖于肿瘤标本的组织病理学评估，但观察者间和实验室间的差异可能导致治疗不足或过度。卡罗林斯卡学院医学流行病学和生物统计学系的 Abhinav Sharma 开发并验证了基于深度学习的模型，用于基于人工智能的精准病理学任务，以改善乳腺癌诊断。
▷WEEP 为不同建模策略选择的图块的可视化。Credit: DOI: 10.69622/27291567.v1
研究开发了基于深度学习的模型 predGrade，使用 H&E 染色的全玻片图像（WSIs）对乳腺癌进行三级分类，减少了观察者间和实验室间差异。验证了 AI 解决方案 Stratipath Breast，在瑞典两家医院显著改善了中风险乳腺癌患者的预后风险分层。提出了 WEEP 方法，用于空间解释弱监督模型，提供了 AI 模型决策的视觉解释性。开发了多染色预后风险评分预测模型，结合 H&E 和免疫化学（IHC）染色，提高了预后风险预测的准确性。
#神经技术 #乳腺癌 #深度学习 #精准病理学 #预后预测
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Sharma, Abhinav. Development and Validation of Novel Deep Learning- Based Models for Cancer Histopathology Image. 2024. Karolinska Institutet, thesis. openarchive.ki.se, https://doi.org/10.69622/27291567.v1
随机泰勒导数估计器：8分钟解决百万维问题
高维问题在科学和工程领域普遍存在，但传统计算方法效率低下。新加坡国立大学计算中心的Zekun Shi、Zheyang Hu、Min Lin和Kenji Kawaguchi与Sea AI实验室合作，开发了随机泰勒导数估计器（STDE），通过结合泰勒模式自动微分和随机采样技术，显著提高了计算效率。
STDE的核心是泰勒模式自动微分（Taylor-mode automatic differentiation），它通过随机采样子集而非计算每个导数，大幅减少了计算需求。研究团队在单个NVIDIA A100 GPU上仅用8分钟就解决了百万维问题，而传统方法需要数周时间。STDE还具有高度可扩展性和并行化能力，适用于多个领域，如天体物理学、工程、可再生能源、医疗保健和金融。例如，在医疗保健领域，STDE可以模拟药物与患者特定生物学的相互作用，提高疗效并减少副作用。研究发表在 NeurIPS 2024 上。
#神经技术 #高维问题 #随机泰勒导数估计器 #自动微分 #计算效率
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Shi, Zekun, et al. Stochastic Taylor Derivative Estimator: Efficient Amortization for Arbitrary Differential Operators. 2024. openreview.net, https://openreview.net/forum?id=J2wI2rCG2u
AI打假神器：99%准确率识别假新闻
假新闻对在线新闻平台的可信度构成严重威胁，尤其是在社交媒体上。为了应对这一问题，基尔大学计算机科学与数学学院的Uchenna Ani、Sangeeta Sangeeta和Patricia Asowo-Ayobode开发了一种基于机器学习的人工智能工具。他们采用了多种技术，包括集成投票方法，最终开发出能够以99%准确率检测假新闻的模型。
该研究的关键方法是集成投票（ensemble voting）技术，结合了多种机器学习模型的预测结果，包括随机森林、双向编码器表示（BERT）、门控循环单元（GRU）和长短期记忆网络（LSTM）。研究人员从新闻内容和社会背景中提取特征，并通过超参数调优显著提升了BERT模型的性能，使其准确率达到100%。通过对WELFake数据集的评估，该方法的整体准确率达到了99%，远超现有系统。这一成果为打击在线错误信息提供了强有力的工具，未来有望通过进一步研究实现100%的准确率。研究发表在 44th SGAI International Conference on Artificial Intelligence 上。
#认知科学 #假新闻检测 #机器学习 #BERT #集成投票
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Asowo, Patricia, et al. “An Ensemble Modelling of Feature Engineering and Predictions for Enhanced Fake News Detection.” Artificial Intelligence XLI, edited by Max Bramer and Frederic Stahl, Springer Nature Switzerland, 2025, pp. 225–31. Springer Link, https://doi.org/10.1007/978-3-031-77918-3_16
Nature：SEAMLESSM4T-V2 模型实现101种语言的直接语音翻译
在全球化背景下，语言障碍成为沟通的一大难题。Meta的无缝通信团队开发了SEAMLESSM4T模型，该模型支持多达101种语言的多种翻译模式，包括语音到语音翻译、语音到文本翻译、文本到语音翻译、文本到文本翻译和自动语音识别。这一创新填补了现有翻译系统的语言覆盖空白，并显著提高了翻译准确度。
▷SEAMLESSM4T-V2 模型示意图。Credit: Nature (2025).
SEAMLESSM4T模型通过使用一个新的多模态语料库（multimodal corpus）和其他公开数据构建，支持从英语到其他语言的翻译。在语音到文本和语音到语音任务中，该模型的BLEU（Bilingual Evaluation Understudy）分数分别比现有系统高出8%和23%。此外，SEAMLESSM4T在语音到文本任务中对背景噪音和说话者变化的抵抗力比现有系统高出约50%。研究人员还评估了该模型在毒性和性别偏见方面的安全性，并提供了两种策略来减轻毒性。所有贡献都公开供非商业使用，以推动包容性语音翻译技术的进一步研究。研究发表在 Nature 上。
#神经技术 #语音翻译 #多模态语料库 #BLEU分数 #包容性技术
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Barrault, Loïc, et al. “Joint Speech and Text Machine Translation for up to 100 Languages.” Nature, vol. 637, no. 8046, Jan. 2025, pp. 587–93. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s41586-024-08359-z
人体运动变电力：舒适可穿戴技术的未来
北卡罗来纳州立大学的研究团队开发了一种新型可穿戴技术，该技术能够通过人体运动产生电力，同时提高佩戴者的舒适度。研究团队由化学与生物分子工程副教授Lilian Hsiao和英威达教授Saad Khan领导，他们利用两亲物（amphiphiles）分子来减少材料与皮肤之间的摩擦，并通过摩擦产生电力。在概念验证测试中，这些材料不仅触感良好，还能产生高达300伏的电压。
▷新的可穿戴技术，既可以通过人体运动发电，又可以提高佩戴者的舒适度。在概念验证测试中，这些材料触感良好，并且可以产生高达 300 伏的电压。Credit: Pedro Henrique Wink Reis, NC State University
研究团队利用两亲物（amphiphiles）分子，这些分子通常用于消费品中以减少与人体皮肤的摩擦。通过将这些分子融入可穿戴材料，研究人员发现这些材料不仅触感良好，还能通过与人体皮肤或其他材料摩擦产生的摩擦力发电。在概念验证测试中，这些材料可以产生高达300伏的电压。研究团队还发现，一些两亲物具有电子特性，使它们能够“捐赠”电子，从而增强摩擦电输出。这一发现为开发既舒适又能发电的可穿戴设备提供了新的可能性。研究发表在 Science Advances 上。
#神经技术 #可穿戴设备 #两亲物 #摩擦发电 #舒适材料
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Jani, Pallav K., et al. “Compressing Slippery Surface-Assembled Amphiphiles for Tunable Haptic Energy Harvesters.” Science Advances, vol. 11, no. 3, Jan. 2025, p. eadr4088. science.org (Atypon), https://doi.org/10.1126/sciadv.adr4088
整理｜ChatGPT
编辑｜丹雀、存源
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天桥脑科学研究院（Tianqiao and Chrissy Chen Institute）是由陈天桥、雒芊芊夫妇出资10亿美元创建的世界最大私人脑科学研究机构之一，围绕全球化、跨学科和青年科学家三大重点，支持脑科学研究，造福人类。
Chen Institute与华山医院、上海市精神卫生中心设立了应用神经技术前沿实验室、人工智能与精神健康前沿实验室；与加州理工学院合作成立了加州理工天桥神经科学研究院。
Chen Institute建成了支持脑科学和人工智能领域研究的生态系统，项目遍布欧美、亚洲和大洋洲，包括、、、科研型临床医生奖励计划、、中文媒体追问等。
