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新闻发布

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2020年12月23日星期三

AI设计的血清素传感器可以帮助科学家研究睡眠和心理健康

在睡眠和清醒的不同阶段扫描小鼠脑血清素水平。厚的红色和黄色条纹表示较低的级别,而薄的液体代表更高的级别。 NIH脑倡议资助的科学家使用人工智能来帮助重新设计营养捕食,金星蝇状细菌蛋白在高度敏感的血清素传感器中。在这里,传感器捕获了第一次微妙的,实时变化脑血清素水平随着睡眠不同阶段之间的鼠标而变化。 天实验室。加州大学戴维斯医学院。

什么

血清素是一种神经化素,在大脑控制我们的思想和感受的方式中起着关键作用。例如,许多抗抑郁药设计用于改变在神经元之间发送的血清素信号。在细胞中的一篇文章中,国家卫生资助研究人员研究了他们如何使用先进的基因工程技术如何将细菌蛋白转化为一种新的研究工具,这可能有助于监测血清素传播,而不是比当前方法更大的保真度。主要在小鼠中,临床前实验表明,传感器可以在睡眠,恐惧和社交互动期间脑血清素水平的微妙,实时变化,以及测试新的精神活性药物的有效性。该研究部分由NIH的资助 通过推进创新神经技术(脑)倡议进行大脑研究 旨在在健康和疾病条件下彻底改变我们对大脑的理解。

该研究由加州大学戴维斯大学医学院的主要调查员林田,博士博士实验室领导。目前的方法只能检测血清素信号传导的广泛变化。在这项研究中,研究人员将营养素 - 捕获的金星脱脂蛋白形状的细菌蛋白转化为高度敏感的传感器,当它捕获血清素时荧光地亮起。此前,Loren L. Looger实验室的科学家们,博士学位,霍华德休斯医学院Janelia研究校园,Ashburn,弗吉尼亚州使用传统的基因工程技术将细菌蛋白转化为神经递质乙酰胆碱的传感器。蛋白质称为Opubc,通常纳入营养胆碱,其具有与乙酰胆碱相似的形状。对于这项研究,Tian实验室与Looger的团队博士和Viviana Gradiamaru,Ph.D.,Caltech,Pasadena,Pasadena,加利福尼亚州的博士合作,表明他们需要额外的人工智能帮助来完全重新设计Opubc作为血清素捕获者。

研究人员使用了机器学习算法来帮助计算机“思考”250,000个新设计。经过三轮测试后,科学家们在一起。初步实验表明,新传感器可靠地检测到大脑中不同水平的血清素,同时对其他神经递质或类似形状的药物对不同或没有反应。小鼠脑切片的实验表明,传感器响应突触通信点的神经元之间发送的血清素信号。同时,培养皿中细胞的实验表明,传感器可以有效地监测由药物引起的这些信号的变化,包括可卡因,MDMA(也称为雌激素)和几种常用的抗抑郁药。

最后,小鼠的实验表明,传感器可以帮助科学家在更多的自然条件下研究血清素神经递血。例如,当小鼠清醒时,研究人员目睹了血清素水平的预期增加,因为小鼠睡着了。当老鼠最终进入更深的人,他们也发现了更大的滴。睡眠状态。传统的血清素监测方法将错过这些变化。此外,当小鼠被铃声警告脚震时,科学家们认为血清素水平在两个独立的大脑恐惧电路中不同。在一个电路中 - 中间前额叶皮质 - 钟触发血清素水平以速度快速上升,而另一个 - 在另一个 - 另一个 - 基底间amygdala - 发射器爬到稍微较低的水平。本着大脑倡议的精神,研究人员计划使传感器随时可供其他科学家使用。他们希望它能够帮助研究人员更好地了解血清素在日常生活中的关键作用和许多精神病条件。

谁

John J. Ngai Ph.D.,NIH脑卒中董事,董事倡议;埃德蒙(NED)TARLEY,PH.D.,计划主任,国家神经疾病研究所和中风。

文章

Unger,E.K.,Keller,J.P.,Altermatt,M.等人。 “通过机器学习的选择性和敏感的血清素传感器的定向演化,”2020年12月23日,细胞; DOI:10.1016 / J.Cell.2020.11.040

来自NIH的补助金(NS090604,NS013522,NS007431,MH107056,MH117069,AA019454,AA011605,AA025475,GM124165,RR029205)的授权支持该研究。 NIH国家酒精滥用和酗酒研究所(AA000421),国家神经系统疾病和中风研究所,以及国家心理健康研究所;美国能源部(合同号DE-AC02-06CH11357);霍华德休斯医学院;遗产医学研究所;陈研究所的分子和细胞神经科学中心;贝克曼学院清晰,光学和矢量工程研究所;槲寄生基础;和弧基础。

NIH脑倡议® 由10个机构管理,其特派团和当前研究组合补充了脑倡议的目标:国家互补和综合健康,国家老龄化学院,国家酒精滥用和酗酒研究所,国家生物医学成像研究所和生物工程, 太阳肯尼迪席克里 国家儿童健康与人类发展研究所,国家药物滥用研究所,国家耳聋和其他通信障碍,国家心理健康研究所和国家神经系统疾病研究所和中风。

琳 (www.ninds.gratlusbc.net.)该国是对大脑和神经系统研究的领先资助者。 Ninds的使命是寻求关于大脑和神经系统的基本知识,并利用该知识来减少神经疾病的负担。

关于国家卫生研究院(NIH): NIH,该研究机构NIH包括27个机构和中心,是美国卫生和人类服务部的一部分。 NIH是主要联邦机构进行基础,临床和翻译医学研究,并正在研究常见和罕见疾病的原因,治疗和治疗。有关NIH及其程序的更多信息,请访问 www.nih.gov..

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Christopher G. Thomas.
301-496-5751

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