首度解碼人腦“中央處理器”

有助于相關(guān)神經(jīng)性疾病的治療

●創(chuàng)新點(diǎn)

人類的神經(jīng)系統(tǒng)主要由神經(jīng)細(xì)胞及神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞等構(gòu)成，其中膠質(zhì)細(xì)胞具有支持、營養(yǎng)、保護(hù)等功能。神經(jīng)系統(tǒng)中功能最高級的一部分則是大腦皮層，又稱大腦皮質(zhì)，其表面溝壑交縱。根據(jù)空間結(jié)構(gòu)，大腦皮層可分為額葉、頂葉、枕葉等幾個(gè)部分，其中額葉具有學(xué)習(xí)、語言、決策、自主運(yùn)動控制、抽象思維、情緒等高級認(rèn)知功能。人類的前額葉皮層由一系列高度分化的神經(jīng)細(xì)胞組成，共同主導(dǎo)人類的記憶、認(rèn)知及決策等社會行為。前額葉皮層的功能紊亂很可能會導(dǎo)致認(rèn)知缺陷及神經(jīng)發(fā)育障礙，因而對胚胎發(fā)育早期的前額葉皮層細(xì)胞種類、功能及特征的了解，對相關(guān)神經(jīng)性疾病的治療至關(guān)重要。中國科學(xué)院生物物理研究所的王曉群研究團(tuán)隊(duì)，北京大學(xué)湯富酬、喬杰研究團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合北京大學(xué)第三醫(yī)院和首都醫(yī)科大學(xué)安貞醫(yī)院的研究團(tuán)隊(duì)，試圖通過一定的技術(shù)手段，探尋神經(jīng)系統(tǒng)中細(xì)胞的奧秘，揭示神經(jīng)細(xì)胞分化、遷移及成熟的機(jī)制。

●方法和結(jié)果

研究者采用RNA-seq技術(shù)對2300余個(gè)胚胎發(fā)育8～26周的前額葉皮層（prefrontal cortex,PFC）的單細(xì)胞樣本進(jìn)行分析，確認(rèn)了六大主要類型共計(jì)35個(gè)亞型的細(xì)胞，并追蹤了這些細(xì)胞的發(fā)育軌跡。該研究系統(tǒng)地繪制了胚胎發(fā)育早期及胚胎發(fā)育中期人類大腦前額葉皮層部分的單細(xì)胞圖譜，揭示了神經(jīng)細(xì)胞的分化、遷移及成熟機(jī)制，為進(jìn)一步從分子及細(xì)胞水平了解前額葉皮層的功能調(diào)控打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

應(yīng)用前景

該項(xiàng)工作為解答前額葉皮層如何參與“思考與思想形成”這一關(guān)鍵問題的后續(xù)研究提供了高精度的細(xì)胞圖譜，這是前額葉皮層發(fā)育研究史上的重要突破和重大進(jìn)展，對前額葉皮層的功能紊亂導(dǎo)致的認(rèn)知缺陷及神經(jīng)發(fā)育障礙等相關(guān)疾病的治療具有重要意義。

Source：Zhong Suijuan,Zhang Shu, Fan Xiaoying, et al.A single-cell RNA-seq survey of the developmental landscape of the human prefrontal cortex [J].Nature, 2018, 555：524-528.

抑 郁癥的相關(guān)基因位點(diǎn)被發(fā)現(xiàn)

為抑郁癥的靶向治療提供了基因信息

●創(chuàng)新點(diǎn)

重度抑郁癥是全球最嚴(yán)峻的公共衛(wèi)生問題之一。許多生活經(jīng)歷會帶來抑郁風(fēng)險(xiǎn)，但識別其中的遺傳因素可以從生物學(xué)動因角度打開新的大門。盡管已經(jīng)努力了幾十年，但到目前為止，人們對其生物學(xué)機(jī)制還知之甚少。這種不利情況嚴(yán)重阻礙了治療的發(fā)展，許多抑郁癥患者面臨的選擇非常有限。最近，全球超過200名科學(xué)家與精神病學(xué)基因組學(xué)協(xié)會合作，發(fā)現(xiàn)44種基因變體或基因位點(diǎn)均與抑郁癥顯著相關(guān)。

●方法和結(jié)果

研究人員對超過13.5萬名抑郁癥患者和超過34萬名對照者進(jìn)行了綜合分析，他們發(fā)現(xiàn)了44種與抑郁癥有統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著相關(guān)性的基因組或基因座（染色體上的固定位置）變異。在這44個(gè)位點(diǎn)中，有30個(gè)是新發(fā)現(xiàn)的，14個(gè)是在之前的研究中發(fā)現(xiàn)的。此外，該研究確定了153個(gè)重要的基因，發(fā)現(xiàn)抑郁癥與精神分裂癥共有6個(gè)基因位點(diǎn)。研究人員還發(fā)現(xiàn)，人類均攜帶有抑郁癥的基因變體，但壓力較大的人更容易受到影響。抑郁的遺傳基礎(chǔ)與其他的精神疾病，如雙相情感障礙和精神分裂癥有很大的重疊。同時(shí)，抑郁癥的遺傳基礎(chǔ)也與肥胖和睡眠質(zhì)量等多項(xiàng)指標(biāo)重疊，包括日間困倦、失眠和疲勞等。

應(yīng)用前景

這項(xiàng)研究具有劃時(shí)代意義，是闡明抑郁癥生物學(xué)基礎(chǔ)的重要一步。該研究結(jié)果讓人類在抑郁癥遺傳基礎(chǔ)方面的研究到了前所未有的深度。隨著研究的逐漸推進(jìn)，人類有望開發(fā)出針對重度抑郁癥的重要治療甚至預(yù)防手段。此外，由于已知抗抑郁藥物的靶點(diǎn)在基因發(fā)現(xiàn)中得到了豐富，該項(xiàng)結(jié)果還可以改善現(xiàn)有療法。

Source：Wray Naomi R.,Ripke Stephan, Mattheisen Manuel， et al. Genome-wide association analyses identify 44 risk variants and refine the genetic architecture of major depression[J].Nature Genetics, 2018, 50：668-681.

微 柔性超高功率超級電容器

直接激光寫入石墨烯

●創(chuàng)新點(diǎn)

高性能柔性儲能器件的研究對于柔性、可穿戴電子器件的發(fā)展尤為重要。目前，高性能柔性儲能器件主要依賴薄膜鋰離子電池（LTF）、微電池和微超電容器（MSC）的發(fā)展。固態(tài)的MSC可以和其他電子器件組裝。傳統(tǒng)的超級電容器通常采用石墨烯或者石墨烯衍生物提高器件的性能。MSC電極通常采用旋涂、真空鍍膜、激光涂敷、噴墨打印、絲網(wǎng)印刷和光刻制作等制備方法。目前報(bào)道的大多數(shù)基于石墨烯的薄膜電極都是基于還原的氧化石墨烯（rGO）。然而，通過高溫、等離子體或還原劑處理的還原過程，不適用于可擴(kuò)展和集成的應(yīng)用，而且石墨烯會由于范德瓦爾茲相互作用而重新堆積。2018年5月，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)，采用直接激光寫入（DLW）技術(shù)制備了高性能的、柔性的MSC。

●方法和結(jié)果

研究人員采用化學(xué)氣相沉積（CVD）的方法，結(jié)合DLW，制備了多層石墨烯基MSC（MG-MSC）。DLW結(jié)合多層CVD石墨烯薄膜的干轉(zhuǎn)移，保證了多層石墨烯填料高度穩(wěn)定的層間距離，有利于高效的離子遷移和優(yōu)良的MG微電極電導(dǎo)率，從而可以高效地制造大面積的MSC。這種方法具有靈活性、多樣的平面幾何形狀和設(shè)計(jì)集成能力。在離子凝膠電解質(zhì)中，MG-MSC表現(xiàn)出超高的能量密度和功率密度。此外，在聚乙烯醇（PVA）/硫酸（H2SO4）水凝膠電解質(zhì)中，MG-MSC表現(xiàn)出優(yōu)異的柔性的交流電振蕩性能。在PVA/H2SO4水凝膠電解質(zhì)中，采用DLW制備的MG-聚苯胺（MG-PANI）混合型MSC，顯示出進(jìn)一步優(yōu)化的電容，展示了MG-MSC線顫動。

應(yīng)用前景

該研究表明，直接激光寫入技術(shù)提供了一種有效制備MSC的方法。無論在柔性基板和剛性基板上，還是在室溫和大面積區(qū)域都有很好的應(yīng)用潛力。DLW制造工藝具有擴(kuò)展到大面積器件和集成其他器件的潛能。此外，這項(xiàng)基于CVD石墨烯的研究，為開發(fā)多功能和可擴(kuò)展的靈活的薄膜器件打開了窗口。

Source：Ye Jianglin，Tan Huabing，Wu Shuilin， et al. Direct Laser Writing of Graphene Made from Chemical Vapor Deposition for Flexible, Integratable Micro-Supercapacitors with Ultrahigh Power Output[J]. Advanced Materials, 2018, 30（27）：1801384.