“迈开腿+管住嘴”增强控糖成效、强迫行为背后的大脑、机器人“取经”多种动物 | 一周论文新鲜读

07.01

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. 锻炼能加强饮食改善控糖的效果

2. 限制进食时间改善小鼠的运动耐力

3. 受动物启发的变形机器人

4. 强迫行为的神经化学基础

5. 气候变暖使极端降水风险上升

健康 | 锻炼加强饮食改善控糖的效果

Dietary weight loss-induced improvements in metabolic function are enhanced by exercise in people with obesity and prediabetes

Nature Metabolism

根据《自然-代谢》发表的一项临床试验，在超重和糖尿病前期患者中，将饮食诱导减重结合锻炼，比仅控制饮食能带来更好的胰岛素敏感度改善和血糖控制效果。

胰岛素抵抗血糖代谢常与肥胖有关。过去的研究表明，配合饮食与运动可为肥胖个体带来更好的治疗效果，反映在减重的增多和心脏代谢健康的改善。但这一组合对胰岛素敏感性的作用还不明确。

美国华盛顿大学医学院人类营养中心和桑森糖尿病治疗中心的Samuel Klein和同事提供了证据，支持了锻炼加饮食可以额外改善肥胖和糖尿病前期患者的胰岛素敏感性，超过仅控制饮食的减重改善效果。研究设计使16名参与者在18-21周里减去10%的总体重，因此胰岛素敏感性的差异是针对运动干预的，而非对不同减重效果。一组参与者（4男4女）仅进行饮食干预，包括个体饮食教育课程，遵循低脂、低钠、低精制碳水和含有大量复杂碳水化合物的植物性饮食预制膳食。第二组（2男6女）的饮食干预结合了锻炼干预，包括每周6次1小时的运动课程，混合有氧运动、高强度间歇训练和阻力训练。数据表明两组人减重10%都改善了胰岛素敏感性，但在饮食和锻炼结合减重的人中这一改善效果好约2-4倍（取决于测量方法）。

作者认为，他们的发现凸显了在肥胖治疗中将结合锻炼作为关键组成的重要性。

健康 | 限制进食时间改善小鼠的运动耐力

Daytime-restricted feeding enhances running endurance without prior exercise in mice

Nature Metabolism

根据《自然-代谢》的一项研究，将膳食限制在休息时间里，可增强小鼠的运动耐力。这些发现表明，提高运动能力不仅需要考虑营养组成，何时进食的时机也很重要。

把食物可获得性限制在一天特定时间窗口内的饮食控制，作为减重策略在对照临床试验中引起了人们的兴趣，因为有些人感到这比限制热量摄入的饮食更容易坚持。而且近期证据表明，锻炼的时机对于获得心血管代谢改善也很重要。

中国陆军军医大学西南医院心血管内科代谢生物钟与心血管病研究中心的李旻典、中国医学科学院&北京协和医学院和清华大学-北京大学生命科学联合中心的黄超兰、陆军军医大学西南医院心血管内科代谢生物钟与心血管病研究中心的张志辉和同事测量了未经训练的雄性和雌性小鼠，在3周时间里日间限制性喂养，仅在休息时（日间）能获得食物。和夜间能获得食物或24小时都能获得食物的小鼠相比，日间限制性喂养几乎使之运动时间和跑台距离翻倍。研究者发现这一改进是由骨骼肌脂代谢改变驱动的，可能独立于昼夜节律。

由于这些发现来自夜行的啮齿类动物，作者认为还需要进一步研究来理解进食时间作为饮食干预，以改善人类的体育活动效果。

工程学 | 受动物启发的变形机器人

Multi-Modal Mobility Morphobot (M4) with appendage repurposing for locomotion plasticity enhancement

Nature Communications

《自然-通讯》发表的一篇论文了描述了一个绰号为“Morphobot”（M4）的机器人，能通过轮子、螺旋桨、腿部和手部间的附件，在陆地上的各种地形和空中移动。这个机器人受到禽类、狐獴、海豹这类动物的启发，能通过不同运动模式探索周围环境，包括飞行、旋转、爬行、匍匐、平衡和翻滚。研究结果或有助于设计出能穿越各类环境的机器人，如用于自然灾害搜救、太空探索和自动包裹递送的机器人。

一些动物能调整它们的肢体用途，应对不同的地形。比如，海狮能用鳍状肢在地上行走，狐獴靠后肢站立来侦察周围环境，石鸡能在翅膀的帮助下用四肢攀爬陡坡。通过模拟动物改变四肢用途的能力，拥有多功能肢体的移动机器人能调整移动策略来穿越复杂地形。

在动物的启发下，美国东北大学的Alireza Ramezani和同事设计出了M4 ，该机器人有四条腿，每条腿有两个关节，腿末端还有固定的涵道风扇。该机器人重6千克、长70厘米、高35厘米、宽35厘米。涵道风扇的功能可在腿、螺旋桨推进器或轮子之间切换。M4能适应在崎岖地面上行走，攀越陡坡，滚过大型障碍物，在高处飞行，以及在低矮通道匍匐前进。

研究结果证明了设计有多功能附肢机器人的优势，这类机器人可穿越各种有挑战的不同地形。

神经科学 | 研究强迫行为的神经化学基础

Cortical glutamate and GABA are related to compulsive behaviour in individuals with obsessive compulsive disorder and healthy controls

Nature Communications

《自然-通讯》本周发表的一篇论文指出，大脑中的化学信使——包括神经递质谷氨酸和GABA——的变化，或是出现强迫行为和习惯行为的原因。研究结果或为今后的强迫症（OCD）治疗提供思路。

强迫行为——如强迫性检查、清洗、给物品排序——属于有潜在危害的持续性行为。但强迫行为与神经递质（大脑中帮助神经元通信的化学信使）水平的关系及其背后的神经机制仍不明确。

英国剑桥大学的Marjan Biria、Trevor Robbins和同事使用一种脑扫描技术测量了前扣带回皮层和补充运动区这两个不同脑区的神经递质水平，以此研究它们与强迫行为的关联。作者将31名OCD受试者的脑扫描图和对强迫行为的心理学测量数据与30名对照个体进行了对比。他们发现，在所有受试者中，谷氨酸（一类兴奋型神经递质）水平及其与GABA（一类抑制性神经递质）的关系与补充运动区的强迫行为和习惯行为有关，补充运动区是与运动有关的脑区。此外，OCD受试者的前扣带回皮层也表现出类似关联。

研究结果表明，兴奋性和抑制性神经传递的潜在失衡或导致了强迫行为的产生。在所有受试者中发现的共同关联表明，强迫性是一种与额叶脑区相关的普遍现象。研究结果或为新的OCD神经调节疗法奠定了基础，这类疗法或能重新平衡这些脑回路的神经递质水平。

气候变化 | 气候变暖使极端降水风险上升

A warming-induced reduction in snow fraction amplifies rainfall extremes

Nature

《自然》发表的一项研究显示，气候变化正在使北半球高纬度地区降雪减少、降水增加，并预计会增加极端降水的风险。

随着全球变暖持续影响地球，极端降水事件的强度和频率预计也会随之增加。尤其需要注意的是极端降水，极端降水因为其瞬时径流常常比类似的降雪事件更危险，这会增加洪水风险，而洪水可导致基础设施破坏和滑坡。不过，全球气温上升对极端降水事件的具体影响仍不明确。

为了评估气候变化可能会如何引起降水模式的变化，美国劳伦斯伯克利国家实验室的Mohammed Ombadi和同事将1950-2019年的气候观测数据与地球系统模型对截至2100年的未来预测相结合。他们的结果显示，气候变暖正在使北半球高海拔地区的极端降水增加，尤其是通常以降雪为主的地区。平均而言，气温每升高1 °C，极端降水事件的强度预计会增加15%。这种模式在历史观测数据和未来预测中都有发现。高海拔地区降水的预计增加速度大约是低海拔地区的两倍，这显示出山区面对极端降水的脆弱性将增加。

这些结果或能指导基础设施和减缓策略，避免这类降水事件可能造成的破坏，并对它们的出现进行更精确的预测。