新的量子材料能够通过抓住原子来侦听大脑

[所属分类:新闻动态] [发布时间:2019-12-30] [发布人:] [阅读次数:] [返回]

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惠康桑格研究所和伦敦国王学院的研究人员及其同事对小鼠突变体进行了一项大型研究，结果揭示了与听力丧失有关的多个新基因。鉴定出的新基因揭示了与听力有关的代谢途径和调节过程。

随着年龄的增长，渐进性听力丧失在人群中极为普遍，从而导致人们难以理解语音，增加了社会隔离并伴有抑郁。它通常可以被遗传，但是到目前为止，导致听力丧失，阻碍治疗发展的分子途径知之甚少。

为了确定与听力损失有关的新分子，研究人员采用了遗传方法，并创建了1,211个新的小鼠突变体。他们使用敏感的电生理测试(听觉脑干反应)筛选了每只小鼠，以了解他们的听力状况。

靶向小鼠突变体的大规模筛选确定了38种与小鼠听力丧失有关的基因，这些基因以前没有被怀疑与听力有关。

研究人员还分析了人类DNA数据*，以询问在小鼠中发现的这38个基因中是否有任何一个与人类成年听力下降有关。他们发现这38个基因中的11个与英国人群的听力明显相关。此外，一个基因SPNS2与儿童耳聋有关。

这些基因中的一些揭示了可能是药物开发有用靶标的分子途径。

惠康大学桑格研究所的作者克里斯·莱利奥特博士说：“这是首次进行这种规模的研究，研究了小鼠突变体的听力水平和不同类型的听力损失，并显示了大型基因筛选的力量。以前只有少数基因与成年人与年龄相关的听力损失有专门联系，现在我们的研究增加了更多潜在的新基因可以跟进。”

进一步分析鉴定出的基因，以及突变揭示的耳内许多不同机制，表明听力损失是一种极为多样的疾病，可能涉及多达1,000个基因。

如果大脑可以发现自己的疾病怎么办?研究人员一直在尝试创造一种像大脑一样“思考”的材料，这种材料对帕金森氏症等神经系统疾病的早期征兆更加敏感。

思考还有很长的路要走，但是普渡大学和阿贡国家实验室的研究人员已经设计出了一种至少可以“监听”的新材料。

通用语是离子电流，它帮助大脑执行特定的反应，这是发送信号到呼吸这样基本的东西所需要的。检测离子还意味着检测分子的浓度，这是大脑健康的指标。

一项研究中，研究人员证明了量子材料在置于动物模型的大脑切片下方时能够自动接收氢的能力。量子意味着该材料具有既不能用经典物理学来解释的电子特性，又使其在电子学中使用的其他材料(例如硅)上具有独特的优势。

在这种情况下，边缘是强的“相关”电子，这使材料更加灵敏和可调谐。

“目标是弥合电子如何通过电子思考与大脑如何通过离子思考之间的差距。该材料帮助我们找到了可能的桥梁。”普渡大学工程学院吉布莱斯博士后研究员，该论文的第一作者张海天说。

研究人员说，从长远来看，这种材料甚至可能带来“下载”大脑的能力。

普渡大学材料工程学教授Shriram Ramanathan说：“想象一下将电子设备放在大脑中，这样当自然的大脑功能开始恶化时，人们仍然可以从该设备中恢复记忆。”他的实验室专门研究大脑灵感技术。

他说：“我们可以自信地说，这种材料是构建可存储和传输内存的计算设备的潜在途径。”

研究人员在两种分子上测试了这种物质：葡萄糖(一种产生能量的糖)和多巴胺(一种调节运动，情绪反应和记忆力的化学信使)。

由于多巴胺的含量通常在大脑中很低，而对于帕金森氏症患者甚至更低。因此，检测这种化学药品非常困难。但是，尽早检测多巴胺水平将意味着更快地治疗该疾病。

“这种量子材料对多巴胺的敏感性比我们目前在动物模型中使用的方法高出九倍，”位于发现公园的普渡大学综合神经科学研究所生物科学助理教授亚历山大·楚比金说。

量子材料对所谓的“相关电子”之间的强相互作用具有敏感性。研究人员首先发现，当他们将材料与葡萄糖分子接触时，氧化物会通过酶自发地从葡萄糖中夺取氢。从小鼠脑片释放的多巴胺也发生了同样的情况。

惠康大学桑格研究所的塞琳娜·皮尔森博士说：“这项研究对复杂的听力损失生物学提供了深刻的见解，并表明由于发现了所有不同的基因和途径，不会有一个'神奇的子弹'。 “以停止所有与年龄有关的耳聋。这强调了小鼠研究对于鉴定复杂过程(例如听力)的基因和机制的价值。”

研究发现表明，治疗可能需要针对耳聋涉及的常见分子途径，而不是针对单个基因或突变。