2018: סקירה מעורפלת קלות של השנה במדעי המוח

הגיע הזמן לפיד את ספרי הלימוד

ברוך הבא לכל הסקירה השלישית השלישית של השנה במדעי המוח מ- The Spike. הגענו לסוף 2018. מי ראה את זה בא?

מה שאומר שהגיע הזמן לעשות מלאי ולהתפעל מהצעדים הגדולים שעשינו בהבנת המוח השנה. Pfft. הנה, עשה זאת. עכשיו לסקירה בפועל, השנה דגימת שלוש יצירות של יצירה יפה או פרובוקטיבית שמראה שאנחנו מבינים פחות ממה שחשבנו.

1 / נוירונים "משדרים" RNA

ינואר התחיל במפץ: ג'ייסון שפרד וצוותו פרסמו מאמר שמראה כי RNA של המסנג'ר (mRNA) מועבר בין נוירונים. אני אגיד מבעוד מועד שביולוגיה מולקולרית אינה אחת החוזקות שלי. אבל אז אף אחד לא מלהטט פילים, וניסיתי זאת לנסות טוב לעזאזל עד הבקע. והממצאים במאמר זה כה מופלגים שאם פספסת את זה אז אתה צריך לדעת על זה לדעת.

הכל מתחיל בגן Arc, והחלבון שהוא מקודד. אנו יודעים שקשת דרושה ללמידה. מחק את הגן Arc בעכברים ולמידה דפוקה. גן ה- Arc מופיע באותה מסעות דייגים גדולים לגנים הקשורים להפרעות בלמידה והתפתחות. ולרגע אחד אנחנו אפילו יודעים משהו על מה שעושה חלבון ה- Arc - הוא מעורב בבניית סינפסות, אולי על ידי העברת קולטני AMPA למצב.

עד כה, כל כך גנטיקה. הגן של Arc נקרא על ידי מחרוזת של Arc mRNA, שמציין בתורו חלבון Arc, וחלבון Arc משנה את הסינפסות. הרבה מנגנון, אבל אין פונקציה. זה להתעסק עם גן שמשפיע על סינפסות בתורו משפיע על למידה זה קצת מביא. אנו כבר יודעים הרבה מתי ומדוע הסינפסות בין נוירונים נחלשים או חזקים יותר; הכרת מסלול גן-חלבון זה נותנת לנו הבנה טובה יותר של האופן שבו הסינפסות מתחזקות או נחלשות, אך אינן מספרות לנו הרבה יותר על הסיבה מדוע ומתי. כמומחי מדעי המוח אנו קמים מהמיטה רק בגלל משהו שמספר לנו על האופן שבו נוירונים מדברים זה עם זה.

מסתבר שנוירונים יכולים לדבר אחד עם השני באמצעות Arc. אני מהמיטה עכשיו.

במעבדה של הרועה בינואר התברר כי חלבון ה- Arc מייצר קליפה דמוית וירוסים, ובתוך הקליפה הזו עטוף ה- mRNA של Arc עצמו - ה- mRNA המקודד את החלבון עצמו. לאחר מכן, נדחף מעטפת זו בסוג השקית - שלפוחית ​​השתן - הנוירונים משתמשים בה כדי להעביר דברים זה לזה בסינפסות. למעט סוג של שלפוחית ​​זו לא משתחרר בסינפסה, הוא פשוט משתחרר מכל מקום שעל עורו של הנוירון.

השאלה הגדולה שמעבדה הרועה התמודדה אז הייתה: אם התיק הזה המכיל מעט מה- mRNA של Arc משתחרר מחוץ לנוירון, האם הוא נלקח על ידי נוירונים אחרים? ואם זה אכן תופס, מה זה עושה? הם התמודדו עם זה בצורה אלגנטית באמת. קח חבורה של נוירונים בצלחת שאין בהם שום קשת, מכיוון שהיא הושלמה. ואז זרוק כמה מאותן שקיות מלאות mRNA Arc למנה ההיא, שקיות מיוחדות ששונו לזוהר. וצפו: האם התיקים הזוהרים גומרים בתוך הנוירונים? כן הם כן.

והמטפל היה כאשר הצוות של רועה הביט אז בתוך הנוירונים חסרי הקשת האלה, מלאים עכשיו בשקיות זוהרות, ומצאו כמויות אדירות של חלבון ה- Arc. ה- mRNA נלקח, וחלבונים שיוצרו ממנו.

ההשלכות של עבודה זו עשויות להיות עצומות. ראשית, יש לנו עדויות מדהימות זו להעברה לא-קנונית בין נוירונים. אבל חשוב יותר מה שהועבר: זהו נוירון ששולח מתכון כיצד לבנות חלבון לנוירון אחר. חלבון המעורב רבות בשליטה על הלמידה. יש לנו הוכחות לכך שניתן לשלוח הוראות פנימיות לשינוי הסינפסות של נוירון אחד לנוירונים סמוכים אחרים, ועלולות גם לשנות את אלה. ההבנה כיצד נוירונים לומדים פשוט הסתבכה הרבה יותר.

אה, ואותו דבר קורה גם בזבובים.

2 / מי צופה באנשי השעון?

נגיד שהייתי סוג האב המעצבן ששלל ממתקים בזה אחר זה במשחק מייגע איטי בשביל השעשוע שלי. יש לי קערת ממתקים וענבים כולם מעורבבים יחד, וילדה בת 5 שהייתה מאוד אוהבת מתוק, בעצם, אבא. אז המשחק הולך כדלקמן - אני מסתכל בקערה ומוציא משהו ומראה את זה לילד הרגיז. ביד שמאל אני תמיד לוקח ומראה ענבים, ביד ימין שוקולד; אני חוזר על הבחירה והפעלה הזו כמה פעמים כדי לפטיש את ההודעה. ואז אני בוחר פריט אחד בכל אגרוף כדי שלא יוכלו לראות, ומבקש מילדי בן החמש לבחור יד לפתיחה. באילו הם יבחרו? יד ימין, כן?

אבל אם הייתי מכניס את שתי הידיים לקערה בלי להסתכל בקערה, את מי הן היו בוחרות? אם ילד שלי בן החמש הבין איך העולם עובד, עכשיו הם יודעים שלא הייתי מסוגל לראות מה בחרתי - אז עליהם לבחור ביד באופן אקראי. או לצעוק שאמא תביא את אבא לארוז במשחק האידיוטי הזה.

כדי לשים יד, הילד בן החמש זקוק לידע די מתקדם של מה שאחרים יודעים - מודל של העולם שכולל להסיק את מה שאחרים עצמם יודעים על העולם.

עבודותיהם של יוהנה אקרט ועמיתיהם השנה הראו כי לשימפנזים יש בדיוק את הידע הזה - על בני אדם.

כל שימפנזה נאלצה להתמודד עם שני בני אדם מעצבנים כאלה. שני דליים נראו, שניהם תערובות של גזר ובוטנים; אחד כבד על הגזר, אחד כבד על הבוטנים. הדליים היו שקופים, כך שהשימפנזה יכלה לראות איזה גזר כבד ואיזה בוטנים כבדים. בני האדם בחרו בכוונה באופציות הנדירות: אנושי 1 קטף בוטנים מהדלי הכבד בגזר; אנוש 2 קטף גזר מהדלי הכבד-בוטנים. כל אחת מהן הראתה את הבחירות האלה לשימפנזה.

לאחר שהראה זאת מספר פעמים, וככל הנראה ככל שהשימפנזה עייפה מהאנשים המעצבנים האלה ומשחקם המייגע, אז הגיע המבחן. בניסויים מסוימים, בני האדם הביטו בדלי כשהם קוטפים. בניסויים אחרים הם לא יכלו לראות את הדלי, וקטפו בעיוורון. השימפנזה יכלה לראות את כל זה. בכל משפט הוצע שני האגרופים וביקש לבחור אחד. באיזה היא בחרה?

המתח כאן הוא בין הידע של השימפנזה על מה שיש בדליים, לבין הידע של מה שבני האדם יודעים. השימפנזה יודעת איזה דלי מלא בגזר (אוף) ואיזה מלא בוטנים (וואהו!). אך יתכן שהיא גם יודעת שאנושי 1 ממשיך לקטוף בוטנים מדלי הגזר, ואנושי 2 מרים באופן מרגיז גזר מדלי הבוטנים. אז אם הוא ידע זאת, השימפנזה צריכה לבחור את אגרופו של אנושי 1 ולאסוף את הבוטנים שלו.

אה, אבל רגע: אם בני האדם 1 ו -2 לא היו מסתכלים בתוך הדלי, אז בוודאי היה סביר יותר של- Human 1 יש עכשיו גזר ול- Human 2 עכשיו יש בוטנים, כי זה מה שהדלי שלהם התמלאו בהם. במקרה כזה, השימפנזה צריכה לבחור את אגרופו של Human 2, מכיוון שהם היו בעלי סיכוי גבוה יותר לבוטנים.

באופן מדהים, השימפנזים הסתדרו כל זה. בניסויים שבהם בני האדם הביטו בדליים, בחרו השימפנזים באגרופו של אנוש 1 - קוטף הבוטנים - לעתים קרובות יותר מהמקרה. בניסויים שבהם בני האדם לא הצליחו להבחין בדליים, ונקטפו באופן אקראי, השימפנזים בחרו באגרוף של Human 2 לעתים קרובות יותר. בחירות השימפנזים שיקפו לא רק את הידע שלהם על העולם, אלא גם את מה שהסיקו שהאדם ידע על העולם. והשתמש בידע זה בכדי להתאים את ההסתברות להחלטותיהם.

תראו זאת, השימפנזה הוא סטטיסטיקאי טוב יותר מכם.

3 / ילדות שלא במקומה

אתה זוכר שהיית אחת, מטען על המקום בחיתול מלא מאוד (חיתול, אם אתה מתעקש), החליק ונחת כל כך חזק על הבטן שלך שהחיתול איבד הכלה והצונאמי של הדוב שהתקבל כיסה את סבתא? לא? ובכן, זה בגלל אמנזיה של תינוקות - אין לנו זיכרונות ארוכי טווח מילדותנו המוקדמת.

אמנזיה של תינוקות נראית די מובנת מאליה: איננו יכולים לזכור דבר מהילדות המוקדמת שלנו, ולכן אסור שיהיה שום זיכרון במוח שלנו. או שזה? מה אם במקום זאת אנו פשוט לא יכולים לגשת לזכרונות. העבודה מהמעבדה של פול פרנקלנד, בראשותו של אקסל גוזקולן, הראתה לנו שלמעשה יתכן שיש זיכרונות מימי ילדותך שם איפשהו.

עכברים לא יכולים לזכור דברים מילדותם המוקדמת. המעבדה של פרנקלנד הראתה זאת על ידי בדיקת הזיכרון של העכבר מחשש למקום רע - הכניסו עכבר לתיבה מיוחדת, הפעילו זעזוע חשמלי קל, חזרו על עצמו מספר פעמים. ואז למחרת החזיר אותו לתיבה ההיא, והעכבר קופא, זוכר את הקופסה, מה פירושו וצפה להלם.

עשה זאת לעכברים בוגרים - בני 60 יום - וזיכרון זה נמשך יותר מ 90 יום. הם קופאים באותה מידה אם מוחזרים לתיבה אחרי 90 יום כמו שהם עושים אחרי יום אחד - אפילו אם הם מעולם לא ראו את הקופסה ב 89 הימים שחלפו. יש להם זיכרון ברור מהמקום הרע שנמשך זמן רב יותר ממה שהיו בחיים כשראו אותו לראשונה. די משכנע לטווח הארוך.

אך עשו זאת לעכברי תינוקות - בני 14 יום - וכל הזיכרון של המקום הרע נעלם כעבור 15 יום. להחזיר אותם לתיבה אחרי 30 יום, נגיד, ובלי להקפיא. האם הזיכרון נעלם, או מוסתר?

אנו יודעים שההיפוקמפוס מעורב מאוד בסוגי זיכרונות המקום האלה. אז זה מועמד נהדר למציאת הזיכרון של המקום הרע. המעבדה של פרנקלנד נקטה בגישה האלגנטית של הזרקת היפוקמפוס לגן שמתייג עצבים כשהם פעילים. הרעיון כאן היה שתאי עצב אשר מניחים את הזיכרון במהלך האימונים במקום הרע יהיו פעילים ביותר, כך שיהיה התויג ביותר. החלק המכריע הוא שהתיוג גורם לנוירונים לבטא תעלת יונים רגישה לאור. ואז אם היית מאיר מאוחר יותר לייזר לאותו חלק בהיפוקמפוס, הלייזר יפעיל מחדש רק את אותם נוירונים מתויגים. בתיאוריה, הפעל מחדש את כל אותם נוירונים אותם מייצגים.

המעבדה של פרנקלנד עשתה זאת בדיוק בעכברים העתיקים שלהם בת 14 יום: תייגו את הנוירונים הפעילים תוך אימונם ללמוד על המקום הרע. כשהחזירו אותם לקופסה אחרי 15 יום, הם לא קפאו ולא הראו שום זיכרון, כצפוי. אבל אז הלייזר בהיפוקמפוס הופעל: והעכברים קפאו. ממש כאילו הפעלה מחודשת של הנוירונים המתויגים הפעילו זיכרון אבוד של המקום הרע.

כמו כל המדענים הטובים, הצוות עשה ניסויים רבים בבקרה בכדי להפוך את זה לשכנע. הם הדליקו את הלייזר בלי לתייג את הנוירונים וללא הקפאה. הם תייגו את הנוירונים, אך רק הדליקו את הלייזר במקומות אחרים, כמו הכלוב שלהם, לא התיבה המיוחדת: ושום הקפאה. שליטה זו למעשה חשובה מאוד. הפעלת נוירונים כה רבים בהיפוקמפוס בו זמנית עלולה לגרום להתקף העדר דמוי אפילפסיה, שם העכברים יקפאו במקום. אולם מכיוון שההקפאה הייתה רק במקום הרע, ולא בכל מקום בו הדלק את הלייזר, זו עדות משכנעת למדי שהקפאה במקום הרע לא הייתה סתם התקף.

הפעלת הנוירונים המתויגים עדיין עבדה לאחר 30 יום בין אימונים לבדיקה. זה עבד אחרי 60 יום. ניתן להפעיל שוב את זיכרונו של עכבר תינוק ממה שקרה במקום הרע ברגע הרצוי. הוא היה שם, אך הם לא הצליחו לגשת אליו. מה שפותח את הרעיון המדאיג מעט כי אמנזיה של תינוקות אינה מחיקת הזיכרון, אלא הסתרת הזיכרון.

תוכניות

אם אנו הולכים לדון במדע בשנת 2018, אני מניח שעלינו להזכיר את תוכנית S. תוכנית נועזת לקבל עבודות מפורסמות מרחבי האיחוד האירופי באופן חופשי ומיד זמינה לכולם. וכדי להשיג את התוכנית הושקה בעוד מספר שנים בלבד. רעיון ראוי, אך כזה שלא גרם לסיום הוויכוח.

מנקודת מבט אחת, זוהי פעולה נדרשת זמן רב, בין אם אתה מאמין שמדע שמשלמים משלמי המס צריך להיות זמין עבור אותם נישומים, או שהרווחים העצומים של בתי הוצאה לאור מדעיים הם מגונים. מנקודת מבט אחרת, מדובר בפיסוק דרקוני של החוק, עם מבט צר ומרופט על מה שמהווה גישה פתוחה (ללא הדפסים מוקדמים, אין גישה חופשית באיחור קצר), ומחשבה מועטה למוסדות התלויים בהכנסות מפרסום כתבי עת לקיומם (כמו חברות מלומדות). מי צודק?

כולם כמובן. אנו זקוקים לתכנית S מסוג כלשהו; הגרסא שקיבלנו לא הוחשבה מספיק טוב לפני שהוכרזה. קביעת עדיפות לגישה פתוחה בתשלום על פני כל האחרים מסתכנת בכוח רב יותר, לא פחות, לבעלי אתרים מבוססים. וראיתי דיון מעט באופן מוזר על הניסיון הממושך של בריטניה עם הגרסה שלנו לתוכנית S: אנו חייבים פרסום בגישה פתוחה מוזהבת של זהב על עבודות הממומנות על ידי מועצות המחקר שלנו מאז 2014, כאשר הוקמה קרן מרכזית לשלם עבורו ( ו- Wellcome Trust קיבלו מנדט דומה בכספם). כל אוניברסיטה מקבלת את חלקה בקרן מרכזית זו בכל שנה, במטרה פשוטה: לשלם עבור כל עבודה במימון מועצות המחקר שתפורסם "פתוח לכל".

תוצאה? ללא כמויות על כמה כתבי עת יגבו כדי לפרסם מאמר פתוח לכל, זה עולה הון מוחלט. הכספים המוחזקים על ידי כל אוניברסיטה מוחלשים במהירות בכל שנת כספים. כדי לעצור את השיטפון, חלק מהאוניברסיטאות מכניסות חוקים מקומיים משלהם לגבי סוגי הנייר העומדים במימון (למשל, אין קרנות לכתבי עת היברידיים) כך שיש חוסר עקביות גדול בין האוניברסיטאות באשר ליישום המדיניות הפשוטה לכאורה זו. ויותר גרוע, אוניברסיטאות מסוימות פשוט נגמרות להן מימון, ודוחות את בקשות התשלום עבור הניירות. בקיצור, בלגן יקר.

אני מצפה לכך שאדריכלי Plan S יענו על השאלה הפשוטה: אם הם מיושמים, איפה אנשים יפרסמו כשהכסף ייגמר?

היי, 2018 לא הכל רע.

בחרנו את פיטר דיין ודמיס חסאביס כעמיתים בחברה המלכותית, כהוקרה על עבודתם פורצת הדרך בבינה מלאכותית ומדעי המוח. DeepLabCut הביא להמונים מעקב אחר תנועה אוטומטית וכללית. יש לנו עדויות משכנעות לכך שהקבוצות הזעירות של נוירונים באמצע המוח המאכלסות את עצבי הדם המוחיים של המוח הם המגורים השונים בצורה יוצאת דופן, בתוך מבול של ניירות בתוך מה שנראה שבוע אחד מהשני, על סרוטונין, על דופמין ועל נוראדרנלין.

הוגו ספיירס ועמיתיו הראו לנו שההבדל ביכולת הניווט בין גברים ונשים במדינה מתאם בצורה מדהימה למדי עם רמת אי השוויון המגדרי במדינה ההיא: ככל שמתייחסים למגדרים לא שוויוניים, כך הפער ביכולת גדול יותר לנווט. במידה שמדינות עם אי שוויון מגדרי מינורי - הנורווגים וה Finlands שלך - לא מציגות שום הבדל ביכולת הניווט בין גברים לנשים.

וזה יהיה נחוץ ממני שלא לדבר על כך שלספייק עצמה הייתה שנה מרגשת, כפי שהיא עברה מהצגה של איש אחד למצע למגוון עשיר של קולות במדעי המוח במערכת. כמה מדגישים כוללים

  • סדרת העצות המתמשכת של אשלי ג'וינט לבחירה וקבלת דוקטורט במדעי המוח (והיזהר מהספר הקרוב!)
  • פנינה של קלי קלנסי מדוע הסברים פשוטים בביולוגיה אינם מהימנים
  • ומה בטעות הפך לצלילה עמוקה בת שלושה חלקים למוח כמחשבים: אני מדוע "המוח כמחשב" הוא תיאוריה, לא מטאפורה; בלייק ריצ'רדס מדוע זה לא רק תיאוריה, אלא בלתי נמנעות הגיונית שמוחם הוא מחשבים; וקורי מאלי מדוע מחשוב אנלוגי עשוי להיות מטאפורה חומרה טובה בהרבה עבור המוח.

רגע, מה זה? דצמבר הביא לנו גיליון של הטבע עם מאמר מדעי המוח המוזר באמת. מאמר על תפקיד ההיפוקמפוס בזיכרון. שלא כמו רוב המסמכים המוזרים, זה היה מוזר למה שלא היה בו. אין גנטיקה מהבהבת; אין אופטוגנטיקה טריקית שתגרום לנוירונים לעשות דברים לא־עולמיים; אין DREADDs לשליטה על עצבים ספציפיים עם כימיקלים מעוצבים; אין נוירופיקסלים או דימות סידן בכדי להקליט מאות או אלפי נוירונים; למעשה אין הקלטת יחידות מכל סוג שהוא. סתם התנהגות, נגעים כימיים לסיבתיות ו- EEG / LFP למעקב אחר מצבי שינה. כמו משהו מסוף שנות ה -80. כמו הניתוחים הסטטיסטיים (ברצינות טבע, טבלאות עמודות עם פסי שגיאה חד צדדיים בשנת 2018?).

אבל זה עשה מקרה מעניין לתובנה מדעית, ושם זה, בטבע. התרחשות פריק או נקודת מפנה להערכה של תובנה מדעית על הבזק? הלאה ל -2019 לגלות. נתראה שם!

רוצה יותר? עקוב אחרינו בספייק

טוויטר: @ markdhumphries