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来源： 发布时间：2017-12-09
Nature
云层的张力
Nature封面：云层云滴。Nature杂志第7660期封面文章报道了云滴浓度变化的影响因素。大气云层中的液滴是通过异质成核过程形成的，其中气溶胶颗粒充当了云凝结核。这些凝结核的自发活化取决于两个因素的相互作用：拉午耳效应和开尔文效应。通常认为有机分子诱导的颗粒表面张力降低会被拉午耳效应的同时下降所抵消，对云滴活化几乎没有整体影响。然而，最新研究表明，在大气中表面活性剂分子能降低表面张力，使其对吸水的影响超过拉午耳效应的任何变化，导致云滴浓度大幅增加。这一结果将会影响气候模型对云形成过程的表征。
单细胞生物学
Nature封面：单细胞生物学。Nature杂志第7661期封面文章报道了单细胞层面研究进展。一篇新闻特写仔细分析了追踪细胞谱系的过程，并且刊登了Aviv Regev的人物简介，她带领编录了所有人体细胞种类。另一篇文章探索了在细胞分裂周期内，小鼠细胞基因组是如何包装的以及这对于探索三维基因组交互可能存在的意义。Amir等讨论了对免疫细胞的集中研究可以如何帮助我们对抗癌症等疾病。一篇职业采访讲述了进入单细胞研究领域的原因，工具箱文章则重点讨论了如何以最佳方式探查随着领域的扩展而不断产生的数据。
精细化定位IBD位点
Nature封面：炎症性肠病（IBD）新研究。Nature杂志第7662期封面文章报道了如何运用大样本中的高密度基因分型进行精细化定位来解析全基因组关联研究（GWAS）位点的致病变异。IBD的GWAS已经发现了200多个与该疾病有关联的位点，但是只有少数这些位点的致病变异得到解析。研究者运用67,852个个体中的高密度基因分型，对94个IBD易感位点进行了精细化定位。采用了多项新型精细化定位方法，鉴定了139个独立关联位点，其中18个精确到单个致病变异，确定性>95%。这种方法或许能用于发现其它复杂性状。
拓扑量子化学
Nature封面：拓扑学新研究。Nature杂志第7663期封面文章报道了一个全新的、完整的理论，用于计算材料电子能带结构的拓扑属性。通过将传统的能带结构方法（研究非局部、动量空间中的电子属性）与局部化学键合结合起来，将至今为止一直无关联的物理学观点与化学观点相融合；补充完整了电子能带结构理论，使之现在能够对从位于晶格格位的局部原子轨道产生的所有230种可能的晶体对称群的能带结构进行分类。据此能够判断哪些结构是拓扑非平庸的，而且还能发现新的材料种类，简化了对具有奇异属性的新材料的搜索。
Science
人工智能改变科学
Science封面：科学家的学徒，大数据遇到了对手。Science杂志第6346期封面文章报道了人工智能改变科学。越来越多的领域，收集数据的能力已经超过人类的洞察力和分析。然而，研究者开始逐渐解开人工智能（artificial intelligence，AI），特别在人造神经网络领域的应用。不像早期在AI的尝试，这种“深度学习”的系统不需要一个人类专家知识的编程。相反，它们能够通常从大量可训数据（从基因组学到天文学）中自我学习，直到它们在数据中看到图形、发现异常，这一体量远超人力所及。
爆发的传染病
Science封面：佛罗里达的场地管理员在喷洒灭蚊剂。Science杂志第6347期封面文章报道了针对传染病爆发的努力。传染病的爆发往往震惊人类社会，常常不可预测、难以避免；我们必须直面它的出现。国际社会的监管对于潜在危险性传染病的早期发现非常重要；同时，地方机构的参与和健康体系的纠正也至关重要。如果一个病原菌逃避了监管，数学家能够从模拟噪声中传递信息；数学模型进而指导出爆发的轨迹，显示如何定位选择的数据。随着爆发的进行，疫苗和药物可以介入；但是有效性需要测试。介入需要严格可控，危机响应需要建立。
淋巴系统控制金枪鱼的鳍
Science封面：地中海里的大西洋蓝鳍金枪鱼。Science杂志第6348期封面文章探讨了淋巴系统在脊椎动物运动中的作用。在鱼体内的淋巴系统与在哺乳动物的免疫反应和体内平衡中的功能是一样的。Pavlov等指出在金枪鱼和鲭鱼家族中，这种液体的稳态功能已经被共同选择，以促进背鳍的刚度和运动。在蓝鳍金枪鱼中，一系列的淋巴管与肌肉结合，使鱼能够抬起并使其背鳍变硬，这为游泳提供了额外的稳定性。这种翅片控制机制可以促进智能控制表面的设计，通过形状和刚性设计，增强无人机和水下航行器的机动性能。
一种揭示染色质的方法
Science封面：绘制细胞核中DNA结构。Science杂志第6349期封面文章报道了Horng D.Ou等人的亮点文章，细胞染色质原位特写镜头。人体单个细胞就含有2米长的DNA，科学家开发出新型染色质染色与电子显微镜断层成像结合技术，命名为“ChromEMT”。通过在DNA表面“涂上”一层金属物质，从而得到在活细胞中DNA聚合体局部3D结构的高清影像。DNA呈现柔韧的双链结构，直径在5～24纳米之间。对于处在有丝分裂期的染色体，双链向后弯曲聚集成高密度团；对于分裂间期的染色体，呈现伸展状态。
神经科学
胜负经历重塑丘脑到前额叶皮层环路以调节社会竞争优势
浙江大学求是高等研究院系统神经与认知科学研究所和医学院神经科学研究中心的胡海岚研究组，阐明了前额叶皮层调控社会竞争中输赢的机制，并发现中背侧丘脑—前额叶皮层这一神经环路介导“胜利者效应”，研究论文发表于《科学》。该研究结合了行为学、电生理、光遗传等多层次手段，确定了前额叶皮层对社会竞争的动态控制，首次发现了哺乳动物大脑中“胜利者效应”的神经环路，并且发现了“胜利者效应”在不同行为学范式中的迁移效应。由于社会竞争造成的社会地位与健康状况息息相关，这为研究社会行为相关的疾病提供了治疗思路，并且为在竞赛中提高选手成绩的行为训练策略提供了理论依据。
颞叶癫痫研究
浙江大学神经科学中心陈忠教授课题组发现颞叶癫痫继发性全身性大发作与下托脑区特异性地存在异常去极化信号通路相关，揭示了下托区GABA神经微环路在癫痫发病中作用机制，研究结果为精准治疗颞叶癫痫的药物新靶点研究提供了实验依据，研究论文发表于《神经元》。癫痫是一种常见的中枢神经系统疾病，以脑内同步化放电引起的反复且突发性的发作为特征。经典学说认为癫痫发作是由于脑内兴奋——抑制失衡理论引起，临床上常用增强脑内抑制性功能的药物治疗癫痫，但是副作用大，且易产生耐药。新研究发现表明在癫痫的不用阶段GABA能神经元具有完全不用的作用，且这种特性具有细胞亚型特异性。
对称性表达的细胞粘附分子在兴奋性突触与树突棘稳定中的不对称功能
中国科学院神经科学研究所、脑科学与智能技术卓越创新中心、神经科学国家重点实验室于翔研究组开展研究突触前位点的Cadherin/Catenin/p140Cap复合物在稳定皮层树突棘和功能性突触中的重要功能，研究论文发表于《神经元》。突触是大脑内环路连接的基本结构基础。突触的形成受到包括细胞粘附分子、脚手架分子、分泌性分子和转录因子等众多分子的协同调节。突触与树突棘的形成与成熟对神经环路中功能性连接的正确形成至关重要。进一步解析介导这些过程的分子机制会对解析孤独症谱系障碍等存在突触连接异常的神经发育性疾病的发病机理起到借鉴作用。
灵长类动物大脑发育和老化过程中长链非编码RNAs介导的表观遗传调控基础
中国科学院昆明动物研究所李家立、胡新天和郑永唐课题组与中科大生命科学学院汪香婷课题组、武汉生命之美生物科技公司合作，揭示了长链非编码RNAs在灵长类大脑发育和老化过程中表达动态变化和作用，研究论文发表于《基因组研究》。大脑发育和老化过程十分复杂，涉及遗传、年龄和环境等多个因素的调控和影响，其中由年龄和环境等主要因素导致的表观遗传调控的变化被认为是重要环节之一。论文以中国猕猴作为对象，通过RNA-seq和CAGE-seq测序及分析，同时结合原位杂交与原代神经元系统的功能验证等手段，解析了在中国猕猴大脑发育和老化过程中的动态变化特征。
吗啡诱导自噬导致毒品成瘾的分子机制
中国科学院昆明动物研究所姚永刚研究员、徐林研究员与合作者，阐明了多巴胺能神经元特异性的自噬参与吗啡成瘾的分子机制，研究论文发表于《自噬》。毒品成瘾困扰人类健康，呈慢性复发性依赖病程。利用小鼠原代神经元集中研究发现，吗啡会导致ATG5和ATG7蛋白表达显著上调，从而促进多巴胺能神经元中ATG12-ATG5复合物形成和Atg5与Atg7依赖的自噬活性增强。Atg5与Atg7依赖的自噬通过调控多巴胺能神经元的树突棘密度、树突复杂度和树突总长度，进而调控成瘾行为学。在多巴胺能神经元中特异性敲除Atg5或Atg7基因，能显著拯救吗啡诱导自噬所介导的树突可塑性改变，最终阻断吗啡诱导的成瘾行为学。
自闭症谱系障碍的神经病理发生机制研究
中国科学院遗传与发育生物学研究所张永清研究组、李晓江研究组与国内外科学家合作，在自闭症的非人灵长类模型研究中取得新进展，相关研究成果发表于《细胞研究》。自闭症谱系障碍(ASD)儿童表现出社交障碍，刻板重复行为和兴趣狭隘等行为学特征。流行病学研究表明，世界范围内大约1%的儿童表现有ASD。SHANK3基因突变在ASD病人中出现频率最高，是目前国际上公认的几个ASD高发致病基因之一。在负责高级认知功能和社交行为的大脑前额叶区域，发现突变猴的成熟神经元数目显著降低，而星形胶质细胞显著增加。突变猴的前额叶皮层神经元的树突棘密度也显著降低。SHANK3特异性调控灵长类胚胎大脑发育。
痒觉的中枢环路
中国科学院上海生命科学研究院神经科学研究所、中科院脑科学与智能技术卓越创新中心、神经科学国家重点实验室孙衍刚研究组解析了痒觉信息传递的神经环路机制，相关论文发表于《科学》。痒是一种令人不愉快的感觉，通常引起抓挠行为。慢性瘙痒还经常引起睡眠障碍等，严重影响患者的生活质量。痒的机制尚不清楚，致使针对慢性痒治疗的药物开发严重滞后。痒觉机制的研究已经成为目前医学与神经科学领域的热点之一。该项研究发现痒觉经由脊髓传递到臂旁核，从而诱导抓挠行为。揭示了痒觉从脊髓传递到大脑的一条重要环路，为深入揭示痒觉信息加工的脑内环路机制及探索慢性痒的治疗方案提供了重要基础。
治疗杀虫剂和化学武器导致的神经损伤
中国科学院上海药物研究所高召兵研究员与国内外科学家合作，将有机磷杀虫剂及化学武器致神经损伤的新机制和治疗药物方面的进展发表于《细胞发现》。有机磷是很多杀虫剂、除草剂和神经性毒剂的有效成分，可通过摄入、皮肤接触、吸入等被人摄取，也是用于自杀的常见毒物，全球每年大约有300万人由于接触有机磷化合物而中毒。有机磷急性中毒可导致病人死亡，主要是由于体内一种被称为乙酰胆碱酯酶（AChE）的蛋白活性被抑制所导致。病理检测可见典型的神经损伤，被称为有机磷致迟发性神经病（OPIDN）。论文证明了有机磷致TRPA1通道激活是OPIDN的主要致病机制，并发现了两个已上市药物可通过抑制该通道缓解OPIDN的症状和病理损伤。
云层的张力
Nature封面：云层云滴。Nature杂志第7660期封面文章报道了云滴浓度变化的影响因素。大气云层中的液滴是通过异质成核过程形成的，其中气溶胶颗粒充当了云凝结核。这些凝结核的自发活化取决于两个因素的相互作用：拉午耳效应和开尔文效应。通常认为有机分子诱导的颗粒表面张力降低会被拉午耳效应的同时下降所抵消，对云滴活化几乎没有整体影响。然而，最新研究表明，在大气中表面活性剂分子能降低表面张力，使其对吸水的影响超过拉午耳效应的任何变化，导致云滴浓度大幅增加。这一结果将会影响气候模型对云形成过程的表征。
单细胞生物学
Nature封面：单细胞生物学。Nature杂志第7661期封面文章报道了单细胞层面研究进展。一篇新闻特写仔细分析了追踪细胞谱系的过程，并且刊登了Aviv Regev的人物简介，她带领编录了所有人体细胞种类。另一篇文章探索了在细胞分裂周期内，小鼠细胞基因组是如何包装的以及这对于探索三维基因组交互可能存在的意义。Amir等讨论了对免疫细胞的集中研究可以如何帮助我们对抗癌症等疾病。一篇职业采访讲述了进入单细胞研究领域的原因，工具箱文章则重点讨论了如何以最佳方式探查随着领域的扩展而不断产生的数据。
精细化定位IBD位点
Nature封面：炎症性肠病（IBD）新研究。Nature杂志第7662期封面文章报道了如何运用大样本中的高密度基因分型进行精细化定位来解析全基因组关联研究（GWAS）位点的致病变异。IBD的GWAS已经发现了200多个与该疾病有关联的位点，但是只有少数这些位点的致病变异得到解析。研究者运用67,852个个体中的高密度基因分型，对94个IBD易感位点进行了精细化定位。采用了多项新型精细化定位方法，鉴定了139个独立关联位点，其中18个精确到单个致病变异，确定性>95%。这种方法或许能用于发现其它复杂性状。
拓扑量子化学
Nature封面：拓扑学新研究。Nature杂志第7663期封面文章报道了一个全新的、完整的理论，用于计算材料电子能带结构的拓扑属性。通过将传统的能带结构方法（研究非局部、动量空间中的电子属性）与局部化学键合结合起来，将至今为止一直无关联的物理学观点与化学观点相融合；补充完整了电子能带结构理论，使之现在能够对从位于晶格格位的局部原子轨道产生的所有230种可能的晶体对称群的能带结构进行分类。据此能够判断哪些结构是拓扑非平庸的，而且还能发现新的材料种类，简化了对具有奇异属性的新材料的搜索。
Science
人工智能改变科学
Science封面：科学家的学徒，大数据遇到了对手。Science杂志第6346期封面文章报道了人工智能改变科学。越来越多的领域，收集数据的能力已经超过人类的洞察力和分析。然而，研究者开始逐渐解开人工智能（artificial intelligence，AI），特别在人造神经网络领域的应用。不像早期在AI的尝试，这种“深度学习”的系统不需要一个人类专家知识的编程。相反，它们能够通常从大量可训数据（从基因组学到天文学）中自我学习，直到它们在数据中看到图形、发现异常，这一体量远超人力所及。
爆发的传染病
Science封面：佛罗里达的场地管理员在喷洒灭蚊剂。Science杂志第6347期封面文章报道了针对传染病爆发的努力。传染病的爆发往往震惊人类社会，常常不可预测、难以避免；我们必须直面它的出现。国际社会的监管对于潜在危险性传染病的早期发现非常重要；同时，地方机构的参与和健康体系的纠正也至关重要。如果一个病原菌逃避了监管，数学家能够从模拟噪声中传递信息；数学模型进而指导出爆发的轨迹，显示如何定位选择的数据。随着爆发的进行，疫苗和药物可以介入；但是有效性需要测试。介入需要严格可控，危机响应需要建立。
淋巴系统控制金枪鱼的鳍
Science封面：地中海里的大西洋蓝鳍金枪鱼。Science杂志第6348期封面文章探讨了淋巴系统在脊椎动物运动中的作用。在鱼体内的淋巴系统与在哺乳动物的免疫反应和体内平衡中的功能是一样的。Pavlov等指出在金枪鱼和鲭鱼家族中，这种液体的稳态功能已经被共同选择，以促进背鳍的刚度和运动。在蓝鳍金枪鱼中，一系列的淋巴管与肌肉结合，使鱼能够抬起并使其背鳍变硬，这为游泳提供了额外的稳定性。这种翅片控制机制可以促进智能控制表面的设计，通过形状和刚性设计，增强无人机和水下航行器的机动性能。
一种揭示染色质的方法
Science封面：绘制细胞核中DNA结构。Science杂志第6349期封面文章报道了Horng D.Ou等人的亮点文章，细胞染色质原位特写镜头。人体单个细胞就含有2米长的DNA，科学家开发出新型染色质染色与电子显微镜断层成像结合技术，命名为“ChromEMT”。通过在DNA表面“涂上”一层金属物质，从而得到在活细胞中DNA聚合体局部3D结构的高清影像。DNA呈现柔韧的双链结构，直径在5～24纳米之间。对于处在有丝分裂期的染色体，双链向后弯曲聚集成高密度团；对于分裂间期的染色体，呈现伸展状态。
神经科学
胜负经历重塑丘脑到前额叶皮层环路以调节社会竞争优势
浙江大学求是高等研究院系统神经与认知科学研究所和医学院神经科学研究中心的胡海岚研究组，阐明了前额叶皮层调控社会竞争中输赢的机制，并发现中背侧丘脑—前额叶皮层这一神经环路介导“胜利者效应”，研究论文发表于《科学》。该研究结合了行为学、电生理、光遗传等多层次手段，确定了前额叶皮层对社会竞争的动态控制，首次发现了哺乳动物大脑中“胜利者效应”的神经环路，并且发现了“胜利者效应”在不同行为学范式中的迁移效应。由于社会竞争造成的社会地位与健康状况息息相关，这为研究社会行为相关的疾病提供了治疗思路，并且为在竞赛中提高选手成绩的行为训练策略提供了理论依据。
颞叶癫痫研究
浙江大学神经科学中心陈忠教授课题组发现颞叶癫痫继发性全身性大发作与下托脑区特异性地存在异常去极化信号通路相关，揭示了下托区GABA神经微环路在癫痫发病中作用机制，研究结果为精准治疗颞叶癫痫的药物新靶点研究提供了实验依据，研究论文发表于《神经元》。癫痫是一种常见的中枢神经系统疾病，以脑内同步化放电引起的反复且突发性的发作为特征。经典学说认为癫痫发作是由于脑内兴奋——抑制失衡理论引起，临床上常用增强脑内抑制性功能的药物治疗癫痫，但是副作用大，且易产生耐药。新研究发现表明在癫痫的不用阶段GABA能神经元具有完全不用的作用，且这种特性具有细胞亚型特异性。
对称性表达的细胞粘附分子在兴奋性突触与树突棘稳定中的不对称功能
中国科学院神经科学研究所、脑科学与智能技术卓越创新中心、神经科学国家重点实验室于翔研究组开展研究突触前位点的Cadherin/Catenin/p140Cap复合物在稳定皮层树突棘和功能性突触中的重要功能，研究论文发表于《神经元》。突触是大脑内环路连接的基本结构基础。突触的形成受到包括细胞粘附分子、脚手架分子、分泌性分子和转录因子等众多分子的协同调节。突触与树突棘的形成与成熟对神经环路中功能性连接的正确形成至关重要。进一步解析介导这些过程的分子机制会对解析孤独症谱系障碍等存在突触连接异常的神经发育性疾病的发病机理起到借鉴作用。
灵长类动物大脑发育和老化过程中长链非编码RNAs介导的表观遗传调控基础
中国科学院昆明动物研究所李家立、胡新天和郑永唐课题组与中科大生命科学学院汪香婷课题组、武汉生命之美生物科技公司合作，揭示了长链非编码RNAs在灵长类大脑发育和老化过程中表达动态变化和作用，研究论文发表于《基因组研究》。大脑发育和老化过程十分复杂，涉及遗传、年龄和环境等多个因素的调控和影响，其中由年龄和环境等主要因素导致的表观遗传调控的变化被认为是重要环节之一。论文以中国猕猴作为对象，通过RNA-seq和CAGE-seq测序及分析，同时结合原位杂交与原代神经元系统的功能验证等手段，解析了在中国猕猴大脑发育和老化过程中的动态变化特征。
吗啡诱导自噬导致毒品成瘾的分子机制
中国科学院昆明动物研究所姚永刚研究员、徐林研究员与合作者，阐明了多巴胺能神经元特异性的自噬参与吗啡成瘾的分子机制，研究论文发表于《自噬》。毒品成瘾困扰人类健康，呈慢性复发性依赖病程。利用小鼠原代神经元集中研究发现，吗啡会导致ATG5和ATG7蛋白表达显著上调，从而促进多巴胺能神经元中ATG12-ATG5复合物形成和Atg5与Atg7依赖的自噬活性增强。Atg5与Atg7依赖的自噬通过调控多巴胺能神经元的树突棘密度、树突复杂度和树突总长度，进而调控成瘾行为学。在多巴胺能神经元中特异性敲除Atg5或Atg7基因，能显著拯救吗啡诱导自噬所介导的树突可塑性改变，最终阻断吗啡诱导的成瘾行为学。
自闭症谱系障碍的神经病理发生机制研究
中国科学院遗传与发育生物学研究所张永清研究组、李晓江研究组与国内外科学家合作，在自闭症的非人灵长类模型研究中取得新进展，相关研究成果发表于《细胞研究》。自闭症谱系障碍(ASD)儿童表现出社交障碍，刻板重复行为和兴趣狭隘等行为学特征。流行病学研究表明，世界范围内大约1%的儿童表现有ASD。SHANK3基因突变在ASD病人中出现频率最高，是目前国际上公认的几个ASD高发致病基因之一。在负责高级认知功能和社交行为的大脑前额叶区域，发现突变猴的成熟神经元数目显著降低，而星形胶质细胞显著增加。突变猴的前额叶皮层神经元的树突棘密度也显著降低。SHANK3特异性调控灵长类胚胎大脑发育。
痒觉的中枢环路
中国科学院上海生命科学研究院神经科学研究所、中科院脑科学与智能技术卓越创新中心、神经科学国家重点实验室孙衍刚研究组解析了痒觉信息传递的神经环路机制，相关论文发表于《科学》。痒是一种令人不愉快的感觉，通常引起抓挠行为。慢性瘙痒还经常引起睡眠障碍等，严重影响患者的生活质量。痒的机制尚不清楚，致使针对慢性痒治疗的药物开发严重滞后。痒觉机制的研究已经成为目前医学与神经科学领域的热点之一。该项研究发现痒觉经由脊髓传递到臂旁核，从而诱导抓挠行为。揭示了痒觉从脊髓传递到大脑的一条重要环路，为深入揭示痒觉信息加工的脑内环路机制及探索慢性痒的治疗方案提供了重要基础。
治疗杀虫剂和化学武器导致的神经损伤
中国科学院上海药物研究所高召兵研究员与国内外科学家合作，将有机磷杀虫剂及化学武器致神经损伤的新机制和治疗药物方面的进展发表于《细胞发现》。有机磷是很多杀虫剂、除草剂和神经性毒剂的有效成分，可通过摄入、皮肤接触、吸入等被人摄取，也是用于自杀的常见毒物，全球每年大约有300万人由于接触有机磷化合物而中毒。有机磷急性中毒可导致病人死亡，主要是由于体内一种被称为乙酰胆碱酯酶（AChE）的蛋白活性被抑制所导致。病理检测可见典型的神经损伤，被称为有机磷致迟发性神经病（OPIDN）。论文证明了有机磷致TRPA1通道激活是OPIDN的主要致病机制，并发现了两个已上市药物可通过抑制该通道缓解OPIDN的症状和病理损伤。
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