来自“大 Easy”的一点硬科学:天宝·葛兰汀的大脑和转基因嗅探鼠

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本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点


从10月17日结束的新奥尔良神经科学学会年会上随机挑选的一些个人选择

走进天宝·葛兰汀的头脑

奥利弗·萨克斯、HBO 和其他人记录了自闭症学者天宝·葛兰汀的一生。葛兰汀大脑产生的独特思维模式使她能够设计出现今普遍存在的人道对待牛的方法,并且她一直激励着其他被诊断出患有这种疾病的人。到目前为止,还没有人尝试评估这位科罗拉多州立大学动物科学教授的实际大脑生理机能。


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葛兰汀本人想更多地了解她的认知优势和缺陷的生物学基础。因此,她与犹他大学合作,该大学进行了一系列影像学检查——MRI、DTI 和 fMRI——以确定大脑体积、皮质厚度以及绝缘白质的结构,白质包围着连接一个脑细胞与另一个脑细胞的长而线状的轴突。在神经心理学测试的补充下,研究人员将这些结果与另外三名年龄相仿的“神经正常”女性受试者的结果进行了比较。

事实证明,葛兰汀的大脑似乎与其他自闭症学者的大脑相似。她的右半球体积更大,这可能解释了她卓越的视觉空间能力。她的内嗅皮层(一个与记忆有关的区域)的厚度也增加了。与患有自闭症的其他人一样,她的大脑总体尺寸更大。扩大的杏仁核和梭状回中较小的皮质厚度可能与自闭症患者在处理情绪和识别人脸方面遇到的缺陷有关。“学者文献中有这样一种观点,即左半球损伤发生在发育过程中,而右半球在某种程度上会进行补偿,”犹他大学的研究生杰森·库珀里德说,他在会议上介绍了这些发现。“所有学者的技能都是右半球主导的能力,其中包括葛兰汀博士非凡的视觉和空间能力,这些能力将被认为是学者级别的。”

葛兰汀本人可能比扫描仪的数据更好地描述了正在发生的事情。摘自她 2006 年的自传:“我用图像思考。文字对我来说就像第二语言。我将口头和书面文字都翻译成全彩电影,配有声音,就像 VCR 磁带一样在我的脑海中播放。当有人对我说话时,他的话语会立即转化为图像。”

“我刚做了基因检测” 才怪。

嗅探犬通常被征召参与危险的埋藏地雷的清除工作,这证明了它们作为精密的生物传感器的能力。大鼠和蜜蜂也显示出探测地雷位置的能力。例如,大鼠有其优点:它们可以在雷区中快速移动而不会引爆弹药,然后在发现东西时发出咔哒声。比利时非政府组织 APOPO 训练了非洲巨颊袋鼠来嗅探地雷炸药,但需要九个月的训练才能使所谓的“英雄鼠”成为专业的工兵。

遗传学家登场了。亨特学院的夏洛特·德胡斯特在会议上展示了关于嗅觉神经元经过基因工程改造的小鼠的研究,这些小鼠具有比正常小鼠多 500 倍的细胞受体,用于检测 DNT(一种几乎与 TNT 相同的化合物)。赋予啮齿动物这种能力本质上相当于一种基因学习形式。技术摘要中写道:“这是第一次出现具有单克隆鼻的小鼠,其中超过 50% 的感觉神经元表达单个气味受体基因。” 研究人员现在正试图确定这些小鼠的实际表现如何。

转基因“超级英雄”小鼠(正如一个标题中称呼它们的那样)是否能够达到它们经过精心训练的天然同类的性能水平,这有点不确定。未经改造的狗和老鼠不仅可以检测到炸药本身,还可以检测到构成地雷外壳的其他材料——油漆、塑料、橡胶和纸板。在转基因小鼠中复制这种能力——插入多种不同类型的细胞受体——可能将是一个巨大的挑战。

所有这一切让我想知道,有一天是否可以将相同的方法应用于人类。基因学习可以取代在课堂上的漫长岁月吗?这是解决高等教育成本不断上涨的危机的解决方案吗? 唉,那是不可能发生的。我看不出什么时候,或者是否有可能,你能够回到父母或配偶身边说:“我刚做了基因检测。”

水肺潜水帮助长期截瘫患者

科迪·昂瑟是印第安纳波利斯 500 大赛冠军小阿尔·昂瑟的女儿,她从未因横贯性脊髓炎而退缩,横贯性脊髓炎是一种对脊髓的免疫攻击,导致她胸部以下瘫痪。昂瑟开始从事水肺潜水,甚至创立了科迪·昂瑟“迈出第一步”基金会,以帮助其他患有这种疾病的人。她一直注意到,潜水后,她感到感觉增强,膀胱控制能力也更好。在基金会的帮助下,她和她的两位医生——约翰·霍普金斯大学的亚当·卡普林和丹尼尔·贝克尔——组织了一项小型临床试验,以测试水肺潜水是否可以帮助脊髓损伤患者。

参与者包括:八名参加潜水的截瘫退伍军人、十名也参加潜水的健全受试者,以及两名未参加潜水但作为对照的截瘫患者。在 2011 年 5 月在开曼群岛进行一系列潜水后,瘫痪受试者在对轻触和针刺的反应方面表现出统计学上的显着改善,并且运动功能得到增强。卡普林介绍了这项研究(海报标题为:“治疗之水和血清素在慢性脊髓损伤功能恢复中的作用”),他将这种改善归因于多次潜水过程中暴露于氮气导致血清素增加三倍以上。约翰·霍普金斯大学的研究人员现在计划与加州大学洛杉矶分校的 V. Reggie Edgerton 合作,测试氮疗法(无需潜水)是否可以与 Edgerton 的可植入电刺激器结合使用,以帮助脊髓损伤患者康复。“这个故事的寓意是倾听患者的意见,并愿意一路同行; ‘科迪将人们聚集在一起,我们参与进来并进行了这项研究,’”卡普林说。“最终,重要的是要记住存在现有的神经回路。如果他们能够用干细胞来重新连接神经系统,上帝会保佑他们,但现在看来,有可能不是重新连接神经系统,而是用我们展示的方法重新激活那里现有的线路。”

图片来源: Steve Jurvetson/Wikimedia Commons

Gary Stix, senior editor of mind and brain topics at 大众科学, edits and reports on emerging advances that have propelled brain science to the forefront of the biological sciences. Stix has edited or written cover stories, feature articles and news on diverse topics, ranging from what happens in the brain when a person is immersed in thought to the impact of brain implant technology that alleviates mood disorders such as depression. Before taking over the neuroscience beat, Stix, as 大众科学's special projects editor, was responsible for the magazine's annual single-topic special issues, conceiving of and producing issues on Albert Einstein, Charles Darwin, climate change and nanotechnology. One special issue he oversaw on the topic of time in all of its manifestations won a National Magazine Award. With his wife Miriam Lacob, Stix is co-author of a technology primer called Who Gives a Gigabyte? A Survival Guide for the Technologically Perplexed.

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