降低20%，带状疱疹疫苗或可缓解痴呆症风险？比米粒还小的心脏微型起搏器；畜牧业抗生素使用预计15年增长30% | 一周论文新鲜读

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本周值得读

来自《自然》旗下期刊的新近发表，我们为您精选呈现。

1. 为瘫痪者开发的实时意念说话设备

2. 阿尔茨海默症的一个认知衰退生物标志物

3. 南大洋变暖对热带降雨的影响

4. 牲畜抗生素使用预计将增加

5. 微型起搏器或可微创植入

6. 带状疱疹疫苗与痴呆症风险降低有关

神经科学 | 为瘫痪者开发的实时意念说话设备

A streaming brain-to-voice neuroprosthesis to restore naturalistic communication

Nature Neuroscience

《自然-神经科学》发表的一项研究报道了一个能将大脑中言语活动实时转换成有声词汇的新设备。该技术可以帮助失语者重拾实时流畅交流的能力。 

当前面向言语的脑机接口一般在个人无声地尝试说话与计算机的有声输出间会延迟几秒，无法实现流畅清晰的交流。这会在聆听者与说话者之间造成交流不畅和困扰。一个实时系统有望恢复对话的自然流动，或能提高失语患者的生活质量。 

美国加州大学旧金山分校的Edward Chang、美国加州大学伯克利分校的Gopala Anumanchipalli和同事开发了一款无声脑机接口，并作为一个临床试验的一部分，将它植入了一名47岁四肢麻痹（四肢和躯干瘫痪）女性的大脑，这名女性在一次卒中发作后已有18年无法说话或发声。作者让她在大脑中用意念讲出包含1024个独特词汇的完整句子，同时用她的脑活动训练了一个深度学习神经网络，这些脑活动利用植入该患者言语感觉运动皮质的电极进行记录。作者随后用该模型以80毫秒递增的速度解码在线语音，与受试者的发声意图同步，再生成用受试者受伤前说话片段训练的模拟她声音的音频。这个脑机接口还可以推广至该受试者训练中没有接触过的词汇，作者发现该设备可以连续运作，而不是每次几秒。 

作者表示，虽然仍需对更多受试者开展进一步研究，但该设备有望让言语瘫痪患者更自然流畅地实时说话，提高他们的生活质量。

健康 | 阿尔茨海默症的一个认知衰退生物标志物

A cerebrospinal fluid synaptic protein biomarker for prediction of cognitive resilience versus decline in Alzheimer’s disease

Nature Medicine

《自然-医学》报道了一个预测早期阿尔茨海默病患者未来认知恢复力与衰退的潜在新生物标志物。作者认为，这个蛋白指标或能提高对阿尔茨海默症患者症状发作和病情进展的预测能力。 

阿尔茨海默症是最常见的痴呆症形式，其涉及的复杂病理过程最早会比临床症状提前几十年出现。认知衰退是指思考能力的逐渐丧失，其速度在阿尔茨海默症中有快有慢，症状发作通常在40岁到100岁之间。从轻度认知受损进展到痴呆症一般需要2-20年不等。虽然早期阿尔茨海默症的生物标志物（如β淀粉样蛋白和tau蛋白）检测技术已取得进展，但这些指标无法完全解释阿尔茨海默症患者中观察到的认知受损差异。 

美国斯坦福大学的Tony Wyss-Coray和同事对美国、瑞典和芬兰的6个独立人群共计3397人的脑脊液开展了大规模蛋白质分析，脑脊液是包裹大脑和脊髓的液体。分析结果再与这些受试者的脑脊液和脑扫描生物标志物β淀粉样蛋白和tau蛋白的数据、认知功能、年龄、性别和阿尔茨海默症风险基因（如APOE4）相结合。Wyss-Coray和共同作者发现，特定脑脊液蛋白与认知受损密切相关，这种相关性独立于β淀粉样蛋白和tau蛋白。作者利用机器学习发现，YWHAG和NPTX2这两种突触蛋白的比例，可能是比当前金标准生物标志物更为可靠的认知受损指标。作者发现，该比例（即YWHAG：NPTX2）上升与认知受损和痴呆症概率升高相关。这个比例被发现从生命早期开始就会随正常增龄而上升，而且能预测阿尔茨海默症的发病和进展。 

以上发现为阿尔茨海默症的早发现和监测提供了一个潜在的新生物标志物。作者指出，这个生物标志物或许还能解决为阿尔茨海默症药物治疗性临床试验寻找更灵敏的认知改变标志物的需求。

气候变化 | 南大洋变暖对热带降雨的影响

The greater role of Southern Ocean warming compared to Arctic Ocean warming in shifting future tropical rainfall patterns

Nature Communications

根据《自然-通讯》发表的一项研究，相比北极变暖，南大洋变暖对某些地区的影响可能更大，尤其会影响到热带降雨模式。这些效应可能会加剧脆弱地区的极端天气和气候。 

极地地区正在经历比全球其他地区更快的变暖；这一现象被称为极地放大效应，可能会影响全球气候。虽然北极变暖已经得到广泛的研究，环绕南极地区的南大洋变暖速度较慢，人们对其的了解也较少。过去的研究表明，南大洋相比北冰洋的相对变暖可能会影响热带区域性降水模式，但其程度尚不明确。 

韩国汉阳大学的Hyo-Seok Park、Hyein Jeong和同事利用几个气候模型和对南大洋、北冰洋未来变暖的预测，研究了直至21世纪中期的热带气候模式。这项分析在中等排放场景下（SSP 2-4.5）进行。作者发现，南大洋仅升温1°C，对热带降水模式的影响程度就会和北冰洋升温1. 5°C的情况接近。作者还研究了这种变暖对热带地区的潜在影响，发现南大洋变暖会同时增加巴西东北部的降雨量，并加剧撒哈拉以南非洲萨赫勒地区的干旱风险。研究者认为，这些影响堪比大西洋经向翻转环流变弱的影响，甚至更为严重。 

这项研究强调了未来几十年南大洋变暖对热带气候系统和水循环的强烈影响。

农业 | 牲畜抗生素使用预计将增加

The future of antibiotic use in livestock

Nature Communications

《自然-通讯》发表的一项分析认为，到2040年全球牲畜抗生素使用可能比2019年增长近30%。这项发现凸显出在畜牧业领域开展全球协调行动的必要性，以减少抗生素的使用。 

抗生素的误用和滥用与对抗菌剂耐药性的出现有关，这是一个重大的全球健康威胁。因此，各国政府承诺到2030年大量减少抗菌剂在农业食品系统中的使用。然而随着人类对动物源蛋白质的需求不断增长，尤其是在人口增加和收入增加导致牲畜生物量增长的地区，尚不确定这些目标能否实现。 

意大利联合国粮食及农业组织（FAO）的Alejandro Acosta和同事估算了未来全球、区域和次区域水平上牲畜抗生素的使用情况。他们考虑了与“一切照旧”假设（牲畜生物量和抗生素使用强度延续当前趋势）相比，牲畜生物量和抗生素使用强度（每单位牲畜生物量使用抗生素的相对数量）在不同场景下的变化。他们的模型表明，在一切照旧场景下，到2040年，抗生素用量将会增加至每年超过143000美吨（1美吨约907.2公斤），与2019年基线相比增加29.5%。但使用替代场景的预测表明，适度降低抗生素使用强度（减少30%），结合提高生产力来降低总的牲畜生物量，能抵消抗生素用量的增加。最大下降场景是减少50%的抗生素使用，结合牲畜生物量降低（通过生产力提高实现），将会使整个行业抗菌剂用量减少57%，预计到2040年降至每年约62000美吨。 

这项研究强调了不同地区预测抗生素使用量的巨大差异，强调需要全球共同努力，统一管理牲畜的生物量，降低抗生素使用强度。亚洲和太平洋地区预测仍将是用量最大的地区，至2040年将占全球使用量的65%，然后是南美地区的约19%。值得注意的是，抗菌剂使用量增长最多的地区，也将为满足全球对动物源食品不断增长的需求（由人口增长和收入增加所推动）发挥关键的作用。 

作者指出，这些预测的准确性受限于国家层面报告的空白、缺乏特定物种数据以及抗生素类别特定数据的缺失。作者总结道，需要改进数据收集和标准化报告以改善评估，实现对抗生素使用目标的监测。

医学 | 微型起搏器或可微创植入

Millimetre-scale bioresorbable optoelectronic systems for electrotherapy

Nature

《自然》发表的一项研究报道了一个比米粒更小的临时起搏器，该起搏器可在动物模型和人类心脏组织中有效调动心脏起搏。这个可最终分解和吸收的小型无线装置或可微创植入患者体内，降低治疗的整体风险。 

临时起搏器对于在心脏手术或其他心脏相关问题后出现短暂心动过缓（心率偏低）的患者非常重要。传统的临时起搏器需要开展的侵入性手术有很大风险，比如感染或心肌受损，以及外部电源和控制系统造成的并发症。这些挑战在年轻患者或体型偏小患者中是最为严峻的。 

美国西北大学的John Rogers和同事设计并在动物模型和人类心脏组织中演示了一个小型临时起搏器的有效性。该装置大小为1.8 mm×3.5 mm×1 mm，比之前报道过的任何起搏器都小，而且能使用微创技术植入。该装置内的电极在遇到体液时会产生电流，从而无需外部电源或导线。这种设置能让该装置在与一个皮肤界面的无线单元配对后自主工作，该单元可检测心脏活动以及用光学方法无线控制该起搏器。此外，该装置可生物吸收（使用寿命到期后会分解或被身体吸收），免除了使用后用手术取出的必要。作者指出，该装置能在小型和大型动物模型（如小鼠和猪）以及取自器官供体的人类心脏中控制心脏起搏。 

该装置或是更大型的传统起搏器的一个更安全的潜在替代品，为心动过缓患者进行临时起搏。作者指出，该装置或许还可改造用于其他应用，如神经和骨骼再生、创面治疗、疼痛管理。

医学 | 带状疱疹疫苗与痴呆症风险降低有关

A natural experiment on the effect of herpes zoster vaccination on dementia

Nature

《自然》发表的一项针对英国威尔士人群的大规模研究指出，带状疱疹疫苗能在7年里将痴呆症新增诊断病例的概率降低约1/5。该结果显示，带状疱疹疫苗或是预防或延缓痴呆症的一个成本效益不错的策略。不过，仍需开展进一步研究确定观察到的效应是否确实为因果效应，并理解保护是如何形成的。 

近期研究发现了疱疹病毒感染与痴呆症（包括阿尔茨海默症）发病风险上升之间的关联，提出了疫苗接种是否具有保护效果的疑问。不过，测试这个假说很难，需要大规模、匹配的疫苗受试者和对照个体，以及很长的随访期。 

为了解决常见的偏差问题，美国斯坦福大学的Pascal Geldsetzer和同事利用了威尔士的一个规定疱疹病毒疫苗接种资格的政策。1933年9月2日或之后出生的人从2013年9月1日起有至少一年的资格可接种带状疱疹疫苗，而此日期之前出生的人则没有资格。这一特殊政策让作者可以比较有资格和没资格打疫苗的个体，他们的年龄只差几周，因此所有特征基本相似。作者利用电子健康数据比较了1925年9月1日至1942年9月1日之间出生的282541名个体中有资格和没资格打疫苗的人的痴呆症新增诊断病例。他们发现，接种带状疱疹疫苗在7年的随访期里将痴呆症新增诊断病例的相对概率降低了约20%。这种效应在女性中大于男性。接种带状疱疹疫苗的成年人比例在因为大了一周而不能接种疫苗的人群中为0.01%，而在符合资格的日期一周后出生的人群中上升到了47.2%。除了疫苗接种率上升，这两个年龄只相差几周的人群不太可能有系统性差异，因此极大降低了分析出现偏差的可能性。 

作者提出了解释带状疱疹疫苗降低痴呆症风险的可能机制，如潜伏的带状疱疹病毒被激活的几率下降或是该疫苗诱导了更广谱的免疫机制。作者指出，仍需以随机试验的形式开展进一步研究，测试带状疱疹疫苗对痴呆症和认知的影响。“虽然我们仍不完全清楚带状疱疹疫苗如何降低痴呆症风险，但该研究意义重大，”Anupam Jena在一篇同时发表的“新闻与观点”文章中写道，“该疫苗或代表了一种成本效益高的干预手段，其公共卫生益处大大超出了其预期用途。