解码大脑的慢性疼痛、恢复瘫痪后的运动能力、性侵僵直反应或有科学证据 | 一周论文新鲜读

05.27

本周值得读

来自《自然》旗下期刊的最新发表，我们为您精选呈现。

1. 解码大脑的慢性疼痛

2. 性侵期间的僵直反应或有神经科学证据

3. 木星的闪电可能和地球一样

4. 恢复瘫痪后的运动能力

5. 选择性找内容的是人而不是算法

6. 母乳驱动小鼠心脏发育

7. 超声引导冬眠样状态

8. 陨石和火山颗粒物或促进了生命反应的起源

神经科学 | 解码大脑的慢性疼痛

First-in-human prediction of chronic pain state using intracranial neural biomarkers

Nature Neuroscience

《自然-神经科学》发表的一项研究指出，脑信号可以用来预测一个人的疼痛程度。研究结果是对慢性疼痛的首次人体内直接检测，或有助于开发针对慢性疼痛患者的疗法，如卒中后疼痛或幻肢痛。

长期慢性疼痛是一个主要的公共卫生问题，会造成大量残疾和经济负担。当前的治疗方法通常不足以管理慢性疼痛，经常开具的阿片类药物也有患者用药时过量的风险。患者的疼痛严重程度主要通过自我报告的指标来评估，但疼痛感是主观且有个体差异的，所以这种评估方式并不完美。寻找疼痛的客观生物标志物或有助于指导慢性疼痛的诊断，找到潜在疗法。

美国加州大学旧金山分校的Prasad Shirvalkar和同事在4位慢性疼痛患者的前扣带回皮质和眶额皮层（与疼痛有关的脑区）内植入了记录电极。在之后的3至6个月里，这些患者会自我报告疼痛水平，同时电极会记录下他们的脑活动。作者利用机器学习技术，通过高灵敏度的脑活动成功预测了疼痛的严重程度评分。他们还发现他们能区分慢性疼痛（与眶额皮层的相关性更强）和急性、由实验人员施加的热疼痛（与前扣带回皮质的相关性更强）。

作者认为，这些结果或有助于今后研发出能即刻检测大脑疼痛并实施干预的系统。

评论 | 性侵期间的僵直反应或有神经科学证据

Neuroscience evidence counters a rape myth

Nature Human Behaviour

英国伦敦大学学院的Ebani Dhawan和Patrick Haggard在《自然-人类行为》发表的一篇评论文章中指出，强奸和性侵下的僵直或静止反应可能是一种非自愿行为。他们认为，理解与RSA【强奸与性侵】中非自愿行为相关的神经科学证据或能避免对受害者做出不恰当的指责。

对强奸和性侵的法律定义是以缺乏同意为基础；然而证明取得同意或缺乏同意是很难的。强奸和性侵受害者经常报告自己被性侵时会出现“僵直”反应，并因此无法采取行动，但这方面的神经科学证据却很有限。这种僵直反应在法庭上常受到质疑，作者写道，RSA案件中的法律主体在关于‘真正’受害者的行为上很容易受到刻板看法的影响。”常见的刻板看法会询问受害者在面对强奸犯和性侵犯时为何不挣扎，并暗示她们的不行动可能被视为同意。

Dhawan和Haggard认为，假设受害者自己选择不抵抗从神经科学的角度看是不成立的。他们提供了大脑应对威胁方式的证据，并指出极端威胁下的静止反应可能是一种非自愿行为。他们指出，非自愿的静止行为是一种已知的神经威胁反应，在这种反应中，对身体运动进行自主控制的脑回路会被阻断。和某些其他动物一样，身体约束一类的直接、严重的威胁也可能在人类中诱发非自愿的静止状态。他们写道，强奸和性侵急诊接诊的70%的女性似乎会在强奸或性侵中出现强直静止反应，并报告她们有强烈的逃脱意愿但却无能为力。作者指出， 这属于“演化上保守的非自愿反应，其特征为缺乏正常自主的运动控制。”

他们总结道，“我们提出的由威胁诱导的对自主行动通路的非自愿抑制假说或能让我们进一步理解RSA犯罪的真相，社会对性别暴力的误解，以及受害者的真实经历和痛苦。

本新闻稿是为一篇《自然-人类行为》评论文章撰写，而非《自然-人类行为》的研究论文。评论文章是与科学研究及其影响相关的专题性、权威性特稿。该评论文章已经过同行评审。

天文学 | 木星与地球的闪电相似性

Lightning at Jupiter pulsates with a similar rhythm as in-cloud lightning at Earth

Nature Communications

根据《自然-通讯》发表的一篇论文，木星闪电起始过程与地球云层中发生的闪电有类似节奏。这一发现表明，虽然在大小和结构上差异巨大（木星是气态巨行星，而地球是岩石行星），这两个行星的有些雷暴过程可能类似。

人们已经知道木星上会发生闪电，但我们对闪电过程详情的了解受限于此前测量的时间分辨率。比较地球和木星的闪电可能会增进对相关过程的理解，但因数据有限，目前为止这还很难做到。人们不清楚，木星闪电起始过程与地球雷暴是否有相似梯级。

捷克科学院大气物理研究所的Ivana Kolmašová 和同事分析了将近五年的高分辨率数据，由木星极地轨道上朱诺号飞行器的无线电接收器所获取。他们发现，木星无线电脉冲的时间间隔约为1毫秒，表明闪电初始的梯级状特征与地球观察到的雷暴类似。这些结果表明木星的闪电起始过程可能与地球大气云层中的闪电类似。

神经科学 | 恢复瘫痪后的运动能力

Walking naturally after spinal cord injury using a brain–spine interface

Nature

《自然》本周发表的一项研究指出，一种能恢复大脑和脊髓间通信的植入装置被证明能帮助手臂和腿部瘫痪患者自然站立和行走。该装置还被发现能促进神经恢复，这位患者在植入装置关闭后仍能使用拐杖行走。研究结果为恢复瘫痪后的自然运动控制力搭建了一个框架。

脊髓损伤会破坏大脑与控制行走的脊髓区域之间的通信，导致瘫痪。之前恢复这类瘫痪患者运动能力的技术需要对脊髓区域进行电刺激，来实现站立和行走。然而，这不仅需要患者佩戴运动传感器，而且患者的腿部运动适应不断变化的地形和需求的能力也很有限。实现大脑和脊髓的数字化连接或能增加对肌肉活动时间和幅度的控制，让这些患者更好地恢复对站立和行走的自然、自适应控制。

瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）的Grégoire Courtine和同事测试了一种脑-脊髓接口（BSI），这种接口由一个植入的记录和刺激系统组成，能让大脑和参与行走的脊髓区域连接起来。这个BSI能在几分钟内完成校准，能维持一年以上的可靠和稳定运行，包括当患者在家中无人监督时。该患者报告了这个BSI能让其自然控制腿部在站立、行走、爬楼梯甚至是经过复杂地形时的运动。此外，该BSI支持的神经康复能促进神经修复，即使BSI关闭，患者也能重新掌握用拐杖在地面行走的能力。

在大脑和脊髓间搭建数字桥梁的概念或有助于改善对神经系统疾病导致的运动障碍的治疗。

社会科学 | 选择有政治倾向新闻的不是谷歌搜索，而是人

Users choose to engage with more partisan news than they are exposed to on Google Search

Nature

《自然》发表的一项研究显示，关注有政治倾向或不可靠新闻的行为是由个人对内容的选择驱动的，而不是由在线网页搜索算法呈现的内容驱动的。研究团队发现，谷歌搜索（Google Search）并不会不对称地呈现能映射用户自己政治信仰的结果，实际上，是个体用户在主动搜索这类信息。

之前有人提出了许多担忧，包括搜索引擎算法会通过提供有政治倾向的搜索排名，推广和用户兴趣相投的内容。这类看法让人们担心网络上会形成“回音室”或“过滤气泡”，让用户接触不到相反的观点，进一步扩大已有的偏差。

为了测试搜索结果是否会影响人们选择浏览的内容，美国斯坦福大学互联网观察中心（Stanford Internet Observatory）的Ronald E. Robertson和同事开展了一项两阶段研究，分析了美国两轮选举周期内的计算机浏览数据，2018年有262-333名研究对象（包含对该时期‘坚定党派支持者’的过采样），2020年有459-688名研究对象。研究对象被要求安装一个专门定制的浏览器插件，该插件能记录三组数据：在这两个周期里，谷歌搜索结果页面上呈现给用户的URL链接，用户与这些页面上URL链接的互动情况，以及在谷歌搜索结果之外产生的更广泛的URL互动情况。这个数据集包含逾32.8万个谷歌搜索结果页面，以及更广泛的网络浏览所产生的近4600万个URL链接。这些信息来源的政治倾向根据不同政治派别的广泛分享模式进行评分，并与研究对象自我报告的政治倾向进行对比。

作者发现在这两个周期内，研究对象整体上关注的有政治倾向的内容超过了他们在谷歌搜索结果中看到的内容。这说明谷歌搜索算法并未将用户引导到映射他们已有信仰的内容。确切地说，作者认为这些“回音室”可能是在用户的选择下形成的，而不是算法干预导致的。研究还发现，相比从谷歌搜索中衍生出来的URL链接和更广泛的互动，源自谷歌搜索的URL链接中的不可靠新闻占比较少，这种差异在坚定的右派用户群中达到最大。

发育生物学 | 母乳代谢物驱动小鼠心脏发育

γ-Linolenic acid in maternal milk drives cardiac metabolic maturation

Nature

根据《自然》发表的一篇论文，一种母乳中的脂肪酸对于新生小鼠心脏的成熟十分关键。这些发现揭示了环境因素如何影响新生小鼠出生后心脏发育的机制。

出生会给新生的心脏带来许多挑战，需要心脏细胞经历多种变化和成熟。例如，心肌细胞（心脏的收缩细胞）需要重塑对所需能量物质的偏好，从葡萄糖转为脂肪酸，让心脏可以终身高效搏动。但人们对这一成熟过程背后机制的了解尚不深入。

西班牙卡洛斯三世心血管研究中心（CNIC）的Mercedes Ricote和同事表明，小鼠母乳中称为γ-亚麻酸（γ-linolenic，GLA）的脂肪酸负责引导出生以后新生心脏的代谢适应。GLA不能被小鼠（或人类）合成，它必须通过摄入才能得到。新生小鼠服用的母乳如果来自摄入无脂饮食的母鼠，这些小鼠无法在出生后活过两天，但如果在这些乳汁中补充GLA，就能恢复新生小鼠的正常生存。研究者还在心肌细胞中识别出类视黄醇X受体（retinoid X receptor），作为GLA结合和激活的靶点，以启动心肌细胞的代谢成熟过程。

作者提到，这一研究仅聚焦于小鼠， GLA是否在人类乳汁中对新生儿心脏功能或代谢成熟同样必要，仍有待进一步研究。

生理学 | 超声在小鼠和大鼠中引导冬眠样状态

Induction of a torpor-like hypothermic and hypometabolic state in rodents by ultrasound

Nature Metabolism

《自然-代谢》发表的一项研究报告称，通过定向头部的超声脉冲可诱导在小鼠和大鼠中出现可逆的冬眠样状态。这一非侵入性方法暂时激活了脑中的神经细胞，导致降低体温、减缓代谢，或可应用在未来的医疗或潜在长距离宇宙飞行中。

蛰眠（Torpor）是一种类似冬眠的生理状态，在此状态下哺乳动物会抑制代谢，降低体温，并减缓其他生理过程以保存能量。这一状态据信受到中枢神经系统控制。超声波能够以非侵入性方式穿透头骨聚焦于脑，并且如果集中在神经上，已被表明能够激活动物的神经细胞。

美国圣路易斯华盛顿大学的陈红和同事开发了一个超声发射器，可安装在自由活动的小鼠头部。他们针对下丘脑视前区施加了10秒超声脉冲，已知这一脑区调节冬眠活动。这一活动在雌鼠和雄鼠中激发了即时体温下降数度（平均3-3.5°C），同时都伴有心率下降和氧消耗下降，在2小时内这些动物就完全恢复了。作者随后结合超声发射器和一个自动系统，会在体温开始上升时发射重复超声脉冲，从而将实验动物的这一类蛰眠状态维持高达24小时，而没有伤害或不适的迹象。作者还表明，这一技术在12只大鼠身上生效了（这种动物通常不会自然冬眠），虽然它们体温仅下降1-2°C。他们认为这表明这一调节代谢反应的生理过程可能在非冬眠哺乳动物身上也存在。

尽管还需更多研究来调查这一方法对人类是否安全，作者认为，一种延缓代谢、降低体温的非侵入性、可逆技术，在医学上可能可以应用于急救或急性重病，或对未来长距离空间旅行有所帮助。

化学 | 陨石和火山颗粒物或促进了生命反应的起源

Synthesis of prebiotic organics from CO2 by catalysis with meteoritic and volcanic particles

Scientific Reports

根据《科学报告》发表的一篇论文，生命起源所需分子的前体，可能产生自富含铁的颗粒，来自陨星或地球上约44亿年前的火山爆发。

此前研究表明，有机分子的前体——烃类、醛类和醇类——可能是小行星和彗星带来或者由地球早期大气与海洋的反应所生成。这些反应可能由闪电、火山活动或撞击的能量所促成。但是数据的匮乏意味着人们还不清楚产生此类前体的主要机制。

德国慕尼黑大学和马克斯·普朗克天文学研究所的Oliver Trapp和同事研究了小行星或火山岛沉积的尘埃颗粒是否能够推动大气二氧化碳转变为早期地球上有机分子的前体。通过将二氧化碳气体放入一个加热加压系统（高压釜），压力在9-45巴之间，温度范围在150-300°C之间，他们模拟了一系列过去研究中认为在早期地球存在的条件。他们还在系统中添加氢气或水，模拟湿润和干燥的气候环境。通过在系统中加入不同组合的铁陨石、石陨石或火山灰等的粉碎样本，还有可能出现在早期地球上以及在地壳、陨石或小行星上发现的矿物，模拟了陨石或火山灰颗粒在火山岛上的沉积。

作者发现，陨石和火山灰富含铁的颗粒物，在多种早期地球可能存在的大气和气候条件下，能推动二氧化碳转化为烃类、醛类和醇类。他们观察到，醛类和醇类形成于较低温度下，而烃类形成于300°C环境下。作者认为，早期地球大气随着时间逐渐冷却，醇类和醛类的产生可能增加。这些化合物可能随后参与到进一步反应中，可能形成了碳水化合物、脂类、糖类、氨基酸、DNA和RNA。通过计算他们观察到的反应率，和使用此前对早期地球环境研究的数据，作者估计他们提出的机制可能在早期地球上每年合成高达60万吨有机物前体。

作者提出，这一机制结合其他早期地球大气和海洋的反应，可能有助于地球生命的起源。