随着图结构数据在诸多领域的广泛应用,图神经网络(GNN)作为分析图数据的有力工具备受关注。然而,现有GNN在学习节点表示时,主要依赖于邻居节点的相似性信息,忽视了节点间差异性的潜力。近期,一项新颖的”极化消息传递”(Polarized message-passing, PMP)范式应运而生,为GNN设计注入了全新理念。 研究背景:传统GNN通过聚合邻居节点的特征来学习目标节点的表示,但仅考虑了节点间的相似性,未能充分利用节点差异性所蕴含的丰富信息。实际上,现实世界的图数据中普遍存在”友谊悖论”、”影响不平衡”等现象,反映出图中节点的独特性质。有鉴于此,本研究提出PMP范式,旨在同时捕获节点间相似性和差异性的双重信息,借此提升GNN的表示学习能力。 研究机构:本项研究由来自新加坡科技研究局、香...
果蝇视觉系统中色相选择性的电路机制 色彩感知是视觉体验中的一个关键方面,对于生物个体与外界环境的互动起着重要作用。对于人类等三种感光细胞型的灵长类动物,已发现视皮层存在对特定色相(如青色、蓝绿色和橙色)以及非光谱色(如紫色和洋红色)有选择性响应的神经元。然而,这种色相选择性响应的神经环路基础一直未被阐明。 在最新发表于《自然神经科学》的研究中,哥伦比亚大学的Rudy Behnia课题组利用果蝇这一遗传操作便利的模式生物,发现其视觉系统中存在色相选择性神经元,并揭示了产生这种色相选择性响应的神经环路机制。该研究结果为深入理解色彩感知的神经基础提供了新的见解。 研究人员首先利用两光子钙成像技术,测量了果蝇视觉系统中几种关键神经元对各种光谱和非光谱色光刺激的响应。他们发现,传递色彩信息的突触中继投...
本篇论文报道了关于斑鸭在大规模神经元扰动后如何恢复其复杂学习行为的研究。研究人员利用基因手段选择性地扰动斑鸭中产生鸣唱序列的关键脑区HVC(hyperpallium ventralis)中投射神经元的活动,导致鸣唱严重降解。令人惊讶的是,即使在被阻止鸣唱一段时间后,斑鸭也能在2周内完全恢复其原有鸣唱。 作者及论文来源:本研究由来自加州理工学院的Bo Wang、Zsofia Torok、Alison Duffy、David G. Bell、Shelyn Wongso、Tarciso A. F. Velho、Adrienne L. Fairhall和Carlos Lois共同完成。该论文于2024年发表在Nature Neuroscience杂志上。 研究工作流程: a)首先,作者利用慢病毒载体...
大脑清除机制在睡眠和麻醉状态下受到抑制 背景介绍 清除大脑中的代谢废物和有毒物质是维持神经系统健康的关键过程。然而,这一过程的具体机制一直存在争议。一种被广泛讨论的观点认为,睡眠状态能促进所谓”淋巴液系统”(glymphatic system)的工作,从而加强大脑中的清除过程。一些研究者甚至提出,长期睡眠不足可能会导致淋巴液系统功能受损,加重如阿尔茨海默病等神经退行性疾病。麻醉药物在一定剂量下也被认为能够增强大脑的清除功能。但这一理论仍然存在一些质疑。 论文来源 本研究由英国帝国理工学院的尼古拉斯·弗兰克斯(Nicholas P. Franks)教授和威廉·威斯登(William Wisden)教授领导,于2024年发表在《自然神经科学》(Nature Neuroscience)杂志上。 研...
强迫症行为一直与纹状体的过度活跃有关。纹状体中的钙结合蛋白阳性(即帕尔卡萨利)的GABA能神经元(PVIs)在调节纹状体活性和抑制不适当的主动行为中发挥着关键作作用。为了探究纹状体PVIs在调控强迫症行为中的潜在作用,研究人员评估了Sapap3基因缺陷小鼠(Sapap3-KO)的过度自嗜行为(作为评价类强迫行为的行为学指标)。 研究背景: 强迫行为是各种神经精神疾病(如强迫症)的核心症状,越来越多的证据表明,它与皮质纹状体环路功能异常有关。既往研究发现,强迫症患者和表现出病理性重复行为的动物模型中,纹状体区域的PVIs密度降低。PVIs能够通过强大的反向抑制作用调节纹状体中的投射神经元活性,因此被认为在调控行为输出中发挥着重要作用。然而,PVIs与强迫症行为之间的因果关系尚未阐明。 论文来源...
这篇论文报告了一项关于中脑多巴胺神经元自身刺激(intracranial self-stimulation, ICSS)的认知表征的研究。作者试图解答为什么大鼠会努力工作去获得ICSS,即多巴胺神经元的脉冲激活是如何在大脑中表征的。 研究背景: 多巴胺神经元的脉冲激活信号通常被认为是奖赏预测误差,在学习过程中起教师信号作用。但如果这个信号本身并不带有价值表征,为什么大鼠会为获得这种信号而努力工作呢?之前的研究并未深入探讨ICSS的认知表征基础。 作者来源: 本研究由加州大学洛杉矶分校(UCLA)和新泽西州立大学合作完成,第一作者来自UCLA心理系,合作者来自新泽西州立大学。该研究发表在自然神经科学(Nature Neuroscience)杂志上。 研究流程: 1) 将啰草酰胺可控光操纵离子通...
一、研究背景及目的 下联合器(subcommissural organ, SCO)是位于脑室系统入口处的一种腺体结构,在人类和其他脊椎动物中均有分布,但其功能一直未被完全阐明。之前的研究提示SCO可能参与神经发育调控、脑脊液内环境维持等过程,但大多依赖体外细胞培养或器官移植等模型,而在活体动物水平对其功能研究较少。该研究旨在通过基因操作特异性消除小鼠SCO细胞,探索SCO在脑发育中的关键作用。 二、研究对象及方法 1. 通过转录组分析,篮选出在SCO中高度特异性表达的三个基因sspo、car3和spdef。 2. 利用这三个基因的启动子驱动Cre重组酶的表达,构建了spdef-cre、car3-cre、sspo-cre和sspo-creer四个小鼠修饰株系,能够特异性标记或消除SCO细胞。 ...
背景介绍: 大规模神经记录数据通常可以用神经元协同激活模式来描述。但是,将神经活动变异限制于固定的低维子空间的观点可能会忽略更高维的结构,例如固定的神经序列或缓慢演化的潜在空间。本研究认为,神经数据中与任务相关的可变性也可以在试次或时间上共同波动,定义不同的”协变量类”(covariability classes),这些类可能会在同一数据集中同时出现。 研究动机: 传统的降维方法(如主成分分析(PCA))通常只能捕捉单一的协变量类。为了区分混合在一起的多种协变量类,研究人员开发了一种新的无监督降维方法——切片张量分量分析(SliceTCA)。 研究方法: SliceTCA是一种新型张量分解方法,基于切片秩(slice rank)。它可以将神经数据张量分解为三种切片类型的分量:神经元切片、试次...
阿尔茨海默症(AD)是一种与年龄相关的慢性神经退行性疾病,其病理机制涉及多种因素,包括脑部炎症。小胶质细胞,特别是那些表达AD风险基因TREM2的细胞,被认为在AD发病中发挥重要作用,但它们的确切贡献尚未完全阐明。近期一项研究发现,在与淀粉样蛋白沉积相关的老化和疾病小鼠模型中,存在一群表达高水平TREM2的”衰老”小胶质细胞,它们的蛋白质表达谱与之前发现的TREM2依赖的”疾病相关”小胶质细胞(DAM)有明显区别。研究人员通过清除这些表达TREM2的”衰老”小胶质细胞,从而改善了AD小鼠模型的认知功能和大脑炎症状况,暗示这些细胞在AD病理机制中可能发挥不同于DAM的作用。该研究为我们认识TREM2在小胶质细胞活化和衰老中的双重角色提供了新的视角。 作者与论文来源 该研究论文发表于《自然神经科...
这是一项关于癫痫性皮层发育畸形(FCD)II型的研究报告。作者们试图探究FCD II型中存在的细胞衰老现象,以及靶向这些衰老细胞是否可以减轻癫痫发作。 背景介绍: FCD II是一种常见的导致儿童癫痫和发育迟缓的皮层畸形疾病。它由于PI3K-AKT-mTOR通路基因(如AKT3、DEPDC5、mTOR、PIK3CA等)的体细胞mosaic突变所导致。这些突变会导致部分神经细胞出现mTOR通路过度活化,形成异常的巨大神经元(dysmorphic neurons, DNs)和气球细胞(balloon cells, BCs),这些细胞散布于正常皮层组织中。FCD II型通常对抗癫痫药物治疗无效,需要手术切除癫痫灶区。阐明DNs和BCs的分子机制及其与癫痫活动的关联,对于寻找新的治疗靶点十分重要。 ...