大脑生物科技 Advanced Technology in Neuroscience研究专题：生物物理技术解锁大脑奥秘

用户投稿 2025年11月01日 08:20:01 5 0

Advanced Technology in Neuroscience研究专题：生物物理技术解锁大脑奥秘

在神经科学的浩瀚领域中，生物物理技术正以惊人的速度拓展研究的前沿。《Advanced Technology in Neuroscience》杂志特别推出生物物理技术专题，深入探索这一领域的前沿科技。从利用低温电子显微镜对阿尔茨海默病中淀粉样蛋白-β的精细观测，到借助二维和三维电子显微镜技术全面解析大脑结构，再到对生物光子现象的创新性研究，这些先进的技术手段正在为神经科学的基础研究和临床应用带来革命性的变革。本专题将引领读者深入探究这些尖端技术，揭示它们如何为我们解开大脑的神秘面纱提供全新的视角和强大的工具。

A closer look at pathogenic amyloid-β in Alzheimer’s disease using cryo-electron microscopy: a narrative review

利用低温电子显微镜仔细观察阿尔茨海默病中的致病性淀粉样蛋白-β：叙述性综述

大脑生物科技 Advanced Technology in Neuroscience研究专题：生物物理技术解锁大脑奥秘

引用本文： Gao Yang; Schedin-Weiss Sophia; Tjernberg Lars O.. A closer look at pathogenic amyloid-β in Alzheimer’s disease using cryo-electron microscopy: a narrative review. Advanced Technology in Neuroscience 1(2):p 177-187, December 2024. DOI: 10.4103/ATN.ATN-D-24-00014

文章亮点：

- 低温冷冻电镜突破：助力观察到近原子级分辨率的Aβ蛋白结构，为研究阿尔茨海默病病理机制提供新视角。

- 剖析了以Lecanemab为代表的新型抗Aβ抗体药物的作用机制及优势。

- 深入分析Aβ聚集的不同形态和结构，探讨其在疾病发展中的作用。

全文阅读链接： https://journals.lww.com/atn/fulltext/2024/12000/a_closer_look_at_pathogenic_amyloid___in.3.aspx

Two- and three-dimensional electron microscopy techniques: powerful tools for studying the brain under physiological and pathological conditions

二维和三维电子显微镜技术：研究生理和病理条件下大脑的有力工具

引用本文： Luján Rafael; Turegano-Lopez Marta; Aguado Carolina; Merchan-Perez Angel. Two- and three-dimensional electron microscopy techniques: powerful tools for studying the brain under physiological and pathological conditions. Advanced Technology in Neuroscience 1(2):p 143-165, December 2024. DOI: 10.4103/ATN.ATN-D-24-00009.

文章亮点：

- 介绍了2D和3D电子显微镜技术在神经科学研究中的应用及优势，如SDS-FRL和VEM技术。

- 深入解析了大脑细胞和突触连接的微观结构，为理解神经功能提供依据。

- 为分析电子显微镜图像开发了多种软件工具，提高了研究效率和准确性。

全文阅读链接： https://journals.lww.com/atn/fulltext/2024/12000/two__and_three_dimensional_electron_microscopy.1.aspx

Exploring current and future technologies to make sense of the biophoton phenomenon: a narrative review

探索当前和未来的技术来理解生物光子现象：叙述性综述

引用本文： Hoh Kam Jaimie; Billeres Malvina; Herault Laurent; Cali Corrado; Sarmiento Bernard; Cassano Paolo; Magistretti Pierre; Mitrofanis John. Exploring current and future technologies to make sense of the biophoton phenomenon: a narrative review. Advanced Technology in Neuroscience 1(2):p 201-210, December 2024. DOI: 10.4103/ATN.ATN-D-24-00019.

文章亮点：

- 深入剖析生物光子的来源、特性和潜在功能，揭示其在细胞通信和修复中的可能作用。

- 总结了当前用于检测生物光子的先进技术，如光电倍增管和EMCCD。

全文阅读链接： https://journals.lww.com/atn/fulltext/2024/12000/exploring_current_and_future_technologies_to_make.5.aspx

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科学之美丨来看宇宙中最精密的“生物计算机”

水、脂肪和蛋白质，三种平平无奇的物质，为何能承载人类的智慧与情感？

大脑的功耗相当于一个14瓦灯泡，为何能实现强大的认知能力？

人类如何用科技对抗大脑深处血管上的“微型炸弹”？

在2024年“科技跨年秀”——总台“科晚”的舞台上，特别呈现了《科学之美》的演讲和舞蹈。为了呈现更多维度震撼人心的科学之美，总台社教节目中心策划推出总台“科晚”延展品牌——“科学之美”。该片由中国科学技术协会提供专业指导。

《科学之美》（第一季）以五大自然奥秘为主题，邀请六位中国科学院院士：物理学家、北京大学原校长王恩哥院士，地衣真菌学家魏江春院士，天文学家崔向群院士，神经生物学家与生物物理学家蒲慕明院士，生物影像学家、海南大学校长骆清铭院士，细胞生物学与生物物理学家程和平院士，共同分享科学之美的体悟。以超微观摄影、科学实验与野外考察纪实相结合的方式，呈现纯粹、极致、绚烂的视觉奇观。记录科学与艺术的共生，吟唱智慧与感性的交响。

人类大脑，宛如宇宙星辰，从神经元的“宇宙闪烁”，到大脑血管内“异想天开”的疾病解决方案，大脑的奥秘始终是科学研究的最前沿。央视科教频道（CCTV-10）周日（5月11日）晚21:20将播出《科学之美》第五集《大脑秘境》，看科学家如何在颅骨之下的宇宙中寻找生命的密码。

860亿个神经元组成的“小宇宙”

大脑，作为人体最复杂的器官之一，是一个无比神奇的“指挥官”。若将大脑比作宇宙，神经元便是其中闪烁的星辰。

△神经元在大脑内的生长、连接

成年人的大脑皮层中，密布着860亿个神经元，每个神经元通过树突棘手拉手的方式与同伴相连，编织出一张堪比星系的复杂神经网络，使得大脑中的信息得以巩固和存储。

△浩如星海的神经元

婴儿出生后，神经连接爆发式增长，到2~3岁时，大脑里面神经突触数量达到顶峰，每个神经元可以与超过一万个神经元连接。如同一场无声的宇宙大爆炸，奠定了人类认知世界的基石，也呈现出生物进化的微观之美。中国科学院院士程和平说：“ 脑 这个宇宙当中的一个一个神经元就是星星，跟我们的宇宙不一样，它的世界有通讯的，它们沟通的方式用电脉冲。”

△大脑神经元之间的连接

大脑中的神经元就像宇宙中的星星，它们通过电脉冲建立连接。我们常说的“长脑子”，就是神经宇宙的持续生长和连接。

更奇妙的是，这场宇宙演化永不停息。如果某个刺激反复出现，大脑就会在相关的神经元之间形成新的连接。这些新连接就像是大脑中的“新路线”，让信息能够更快地传递和处理。俗话说：“活到老，学到老。”我们永远可以相信自己的大脑，无论什么年龄，只要有意识地重复去练习某一项技能，都有可能突破自我极限，创造奇迹。

大脑内隐秘的“生命之河”

大脑里的血管有多长？

答案是16亿米 ——相当于地球到月球距离的4倍。它们比普通血管更加纤细，却能以惊人的效率为神经元输送氧气与养分。

△细密而复杂的脑血管网

数量庞大的脑血管供养着大脑内多如繁星的神经网络，这些神经网络支配了我们的呼吸、心跳、思维、意识、睡眠、记忆……作为点亮生命的源头，脑组织如果6分钟没有血液，就会造成脑细胞永久的死亡。

人类对于脑血管的认识经历了漫长的过程，想要穿透颅骨，清晰地看到脑血管的构造，曾是医学界难以企及的奢望。直到一束神秘射线的降临，人类对脑血管才有了更深入的了解。

X射线的发现，实现了人体内部结构的成像，但是这种间接的影像对于脑部血管的成像不够理想。

‍△核磁设备下的脑血管成像‍

1927年6月28日，葡萄牙神经外科医生莫尼兹第一次尝试将一种“碘化钠造影剂”从患者的颈部注入动脉，获得成功。人类第一次无须打开头颅，就看到了大脑内血管的形态。

如今，荧光造影剂结合核磁技术， 让 纤细的脑血管更加清晰。这不仅是医学技术的革命，更让医生在生死博弈中掌握了精准的脑海导航图。

一根弹簧圈如何拯救大脑疾病？

脑血管系统时刻在为神经元提供能量保障，然而，这条超长的血管网，其实非常脆弱。

一旦发生脑出血的情况，仅仅10秒钟就可引起意识丧失，超过5分钟就会造成不可逆的脑损伤。大脑的“断电危机”，往往只在瞬息之间。

△脑动脉瘤的瞬间破裂示意画面

颅内动脉瘤，是一种脑血管壁上鼓起的“致命泡泡”，奔腾的血液汹涌地流进“泡泡”的内部，每一次冲击，都可能将这颗“定时炸弹”引爆。如果“泡泡”破裂，患者会经历一生中最剧烈的头痛。这也就是大家常说的出血性脑卒中。一部分严重的患者尚未抵达医院便已死亡。面对这样的绝境，人类如何不打开头颅，减少对大脑的损伤，还能顺利化解危机？

△现代治疗脑动脉瘤手术场景

1964年7月，美国芝加哥大学的一位医生向世界介绍了他的一次大胆尝试。他在患者颅骨钻孔，将不锈钢针沿着孔洞插入了大脑里的动脉瘤。电流从针尖涌入的刹那，动脉瘤内的血液开始凝固，有可能会爆裂的“致命泡泡”变成“实心”的血球，脑卒中的风险暂时解除。

△通过电刺激形成动脉瘤栓塞

1990年，关于人类大脑血管内危险的“致命泡泡”，又有另一项颠覆性的治疗技术出现。科学家古列尔米将一个由特殊合金材质制成的微型弹簧圈，从患者大腿股动脉送入大脑血管的动脉瘤腔内，弹簧圈的紧密填塞让危险易爆的动脉瘤变成一个“实心”的血球，从而失去爆炸的风险。这项技术的神奇之处，在于医生能像“放风筝”般在病人体外操控脑中血管内弹簧圈停留的位置，直到操作满意后才完成最终放置。