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基于感觉反馈副本控制的工程优势分析:昆虫感觉运动系统对延迟与噪声的鲁棒性解决之道
在自然界中,昆虫能够以惊人的敏捷性完成飞行转向、悬停和捕食等复杂动作,尽管其神经系统存在显著的传感器信号传输延迟和固有噪声。例如,果蝇在飞行过程中处理视觉信息时,从光信号传入到运动指令输出存在近百毫秒的延迟,这远超过其翅膀拍动周期。传统控制理论认为,这种延迟会严重制约系统的稳定性和响应速度,但生物系统却通过独特的神经机制突破了这一限制。长期以来,工程领域普遍采用纯反馈(PFB)控制架构,通过实时比较期望状态与实际状态的误差来生成控制指令。然而,当传感器延迟显著时,这种架构容易产生超调和振荡现象。Smith预估器(SP)虽能部分解决延迟问题,但其性能高度依赖系统模型的准确性,且在生物系统中实现精
来源:Biological Cybernetics
时间:2025-12-12
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综述:推进蝶蛾类神经行为学研究的新兴工具
蝶蛾类动物凭借其惊人的行为多样性和深厚的生态学研究基础,正成为神经行为学研究的新兴模型。历史上,该领域主要在少数易操作的物种中进行精细的功能性研究,而生态学家和进化生物学家则更侧重于采用系统发育和比较的方法来揭示多样化的普遍规律。如今,随着分子测序技术及相关工具的涌现,在这两种传统之间架起桥梁的前景日益明朗。这些工具使得我们能够在组织或细胞特异性水平上调查细胞类型、定位其胞体空间位置、开发新的细胞类型标记物进行靶向分析,以及量化基因表达的动态调控。分子工具研究蝶蛾神经多样性理解神经系统如何产生行为是神经行为学的核心目标。神经元可以根据其形态、连接模式、分子身份和生理特性被划分为不同类型。传统上
来源:Journal of Comparative Physiology A
时间:2025-12-12
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一种混合集成端到端神经网络,用于精确预测蛋白质-蛋白质相互作用
摘要:蛋白质-蛋白质相互作用(PPIs)对于理解细胞机制、信号网络、疾病途径和药物开发至关重要。多年来,人们开发了许多基于人工智能(AI)的计算模型来预测PPIs。然而,这些模型大多面临重大挑战,例如特征提取流程不完整、无法捕捉蛋白质之间的复杂全局关系,以及依赖手工制作的特征。这些挑战常常限制了它们的预测准确性。为了解决这些问题,提出了知识图谱融合图神经网络(KGF-GNN),它采用端到端的学习方法,将蛋白质关联网络(PAN)与观测到的PPI数据相结合。尽管KGF-GNN在性能上有所提升,但它主要关注图神经网络(GNNs)提取的局部拓扑特征,可能会忽略关键的全局模式。此外,其特征融合过程缺乏有
来源:IEEE Transactions on Computational Biology and Bioinformatics
时间:2025-12-12
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基于深度神经网络ZiPo的单细胞RNA测序数据去噪与零膨胀建模新方法
在当今生命科学研究中,单细胞RNA测序(scRNA-seq)技术如同一把高精度显微镜,让科学家能够观察单个细胞的基因表达谱,揭示细胞群体的异质性、发现稀有细胞类型,并解析转录动态过程。然而,这项强大技术面临着一个棘手难题——测量丢失(dropout)现象,即许多基因在测序数据中显示为零表达值。这些零值有些是真实的生物学信号(结构零),但更多是技术因素导致的假阴性,如mRNA降解、cDNA转换效率差异、扩增偏差等。这种"数据稀疏性"问题严重制约了单细胞数据的分析质量,亟需有效的去噪和插补方法。传统解决方法如MAGIC、SAVER、scImpute等虽有一定效果,但在处理大规模数据时存在局限性。正
来源:IEEE Transactions on Computational Biology and Bioinformatics
时间:2025-12-12
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内侧前额叶皮层中CaMKIIα神经元上的性别二态性大麻素1受体介导了小鼠在ACEA诱导的镇痛作用上的性别差异
这项研究聚焦于中枢神经系统中性别差异对疼痛调节的影响,特别是通过探索mPFC( medial prefrontal cortex,中脑前额叶皮层)与vlPAG(ventrolateral periaqueductal gray,腹外侧导水管灰质)之间神经回路中CB1受体(cannabinoid receptor 1)的功能机制。研究揭示了性别特异性神经环路调控在慢性疼痛治疗中的关键作用,为开发性别适配的镇痛药物提供了新思路。### 研究背景与核心问题慢性神经性疼痛(NP)占全球患者的10%,且现有药物对男女患者疗效差异显著。尽管已发现性别差异在疼痛调节中的普遍性,其分子机制仍不明确。特别是,E
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截瘫患者在对称运动任务中的上肢协调能力缺陷:来自表面肌电图和运动学分析的证据
该研究聚焦于截瘫患者双上肢协调能力的系统性评估,通过神经肌肉与运动学双重指标揭示其运动控制机制的特殊性。实验采用15名截瘫患者与9名健康受试者的对照设计,创新性地引入轮椅太极(WCTC)改良的双侧对称运动范式,包括复合对称运动(CSM)与交替对称运动(ASM),构建了从肌肉电信号到关节运动学的多维度分析框架。在方法学层面,研究团队突破传统运动学分析的局限,首次将表面肌电(sEMG)信号与关节运动学参数进行联合分析。针对截瘫患者特有的运动模式,研究特别选择了对肩关节压力敏感的对称性动作,通过五对核心肩部肌群(包括中 deltoid、上 trapzius、下 trapzius、biceps bra
来源:Human Movement Science
时间:2025-12-12
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共振梯度超表面实现超紧凑宽带太赫兹光谱传感技术
在生命科学和医学研究领域,太赫兹(THz)波段的分子振动指纹识别技术正展现出巨大潜力。核酸、氨基酸、脂质和碳水化合物等生命基本组分的集体振动和旋转频率在太赫兹范围内表现出独特的光谱吸收特征,为无标记生物传感提供了理想窗口。然而,传统太赫兹光谱技术面临着一个关键瓶颈:现有的等离子体或介电微纳结构大多只能实现离散的频谱采样,难以实现连续的空间-频谱映射。这不仅限制了检测通量,还导致设备体积庞大、成本高昂,阻碍了其在便携式诊断和实时动态监测中的应用。针对这一挑战,由王日德、张东泽等研究人员在《Nature Communications》上发表的研究工作提出了一种创新性的解决方案——基于共振梯度超表面
来源:Nature Communications
时间:2025-12-12
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寻找目标的过程以及DBS故事的序幕
帕金森病深部脑刺激治疗的里程碑式发展研究解读一、神经调控技术的革命性突破自1947年斯佩格尔首次实现人类立体定向手术以来,神经调控技术经历了从破坏性手术到可逆性治疗的范式转变。1948年塔尔莱拉奇完成的首例脑立体定向毁损术为疼痛治疗开辟新路径,而1973年阿尔贝·费萨尔提出的可逆性脑功能调控理论,则奠定了现代深部脑刺激(DBS)的理论基础。通过结合电生理记录、高频刺激参数优化和个体化适应技术,DBS逐步发展成继左旋多巴之后最具革命性的帕金森病治疗手段。二、基础研究到临床转化的关键突破动物模型研究在技术转化中起到决定性作用。1976年开发的MPTP猴模型成功模拟了帕金森病的核心病理特征,包括黑质
来源:Deep Brain Stimulation
时间:2025-12-12
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肺癌患者中与癌症相关的认知障碍的纵向发展轨迹及其影响因素
肺癌患者化疗期间认知功能变化的纵向研究及启示一、研究背景与意义肺癌作为全球范围内致死率最高的恶性肿瘤,其治疗过程常伴随多维度健康损害。随着生存率的提升,约16%-60%的癌症患者出现化疗相关认知功能障碍(Chemotherapy-Induced Cognitive Dysfunction, CICD),严重影响治疗依从性和长期生存质量。虽然现有研究多聚焦于乳腺癌、血液系统恶性肿瘤等,但肺癌患者由于普遍存在的缺氧状态、神经炎症反应及代谢紊乱等特点,其认知损害机制存在特殊性。本研究通过整合主观认知量表(FACT-Cog)和客观认知测试(TICS-M),系统评估化疗周期对认知功能的影响,为优化肺癌
来源:Comprehensive Psychoneuroendocrinology
时间:2025-12-12
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综述:疱疹病毒独特长蛋白41的最新研究进展
UL41蛋白作为疱疹病毒家族的关键调控因子,在病毒复制、免疫逃逸及神经毒性调控中发挥核心作用。该蛋白最初在单纯疱疹病毒(HSV)中发现,后续研究表明其广泛存在于伪狂犬病毒(PRV)、鸭瘟病毒(DEV)等嗜神经疱疹病毒中,且不同病毒株的UL41蛋白在结构特征和功能适应性上呈现显著差异。以下从分子机制、功能多样性及医学应用三个维度进行系统阐述。### 一、UL41蛋白的结构特征与功能多样性UL41蛋白作为病毒 tegument蛋白组分,其氨基酸序列在疱疹病毒属内具有高度保守性,但关键功能域的构象差异导致不同病毒株的生物学行为分化。结构解析显示,该蛋白由中央疏水核心和多个表面环构成,N端负责RNA结
来源:Animals and Zoonoses
时间:2025-12-12
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元宝枫首例近完整单倍型基因组:为木本植物进化与功能基因组学研究提供新范式
在植物基因组学领域,实现真正的端粒到端粒(T2T)基因组组装一直是科学家们追求的目标。就像拼图游戏缺少了边缘碎片,传统基因组组装往往难以解决着丝粒、端粒和rDNA簇等重复区域,这些"暗物质"区域恰恰蕴藏着重要的遗传信息。元宝枫(Acer truncatum)作为槭树属的重要代表,不仅具有观赏价值,其种子中富含的神经酸(nervonic acid)更对神经系统健康具有特殊意义。然而,尽管已有多个槭树物种的基因组被报道,但至今仍缺乏一个高质量的近完整参考基因组,这严重制约了对该物种重要性状的分子机制研究。针对这一瓶颈问题,研究团队在《Scientific Data》上发表了题为"A near-co
来源:Scientific Data
时间:2025-12-12
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非人灵长类动物长期无线皮层脑电多任务数据集:推动脑机接口与神经动力学研究
大脑,作为人体最复杂的器官,其活动的精确记录一直是神经科学领域的核心挑战。传统上,科学家们使用多种技术来窥探大脑的奥秘,例如头皮脑电图(EEG)和皮层内微电极记录。然而,前者空间分辨率有限,难以精确定位;后者虽然精度高,但覆盖范围小且长期稳定性面临挑战。 electrocorticography(ECoG,皮层脑电图)技术则在这两者之间取得了较好的平衡,它通过放置于大脑皮层表面的电极阵列进行记录,兼具较高的时空分辨率和较大的覆盖面积,因而在理解大规模皮层网络组织和开发脑机接口(BCI)方面显示出巨大潜力。尽管如此,传统的ECoG记录通常依赖于有线连接,限制了其在短期实验或临床环境(如癫痫监测)
来源:Scientific Data
时间:2025-12-12
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虚拟现实导航神经机制研究:基于EEG的多模态数据集与社交空间导航行为分析
在认知神经科学研究领域,虚拟现实(VR)技术的出现带来了一场方法革命。通过创建高度仿真却又可控的沉浸式环境,研究者得以在接近真实世界的复杂场景中探索人类认知过程,特别是在空间和社交导航这一重要研究方向。然而,尽管技术不断进步,我们对VR环境中导航行为的神经机制理解仍然有限。这一研究空白很大程度上源于传统实验范式的局限性——它们往往无法在保持生态效度的同时,提供精确的神经生理活动数据。与此同时,脑电图(EEG)技术以其毫秒级的时间分辨率优势,成为研究动态认知过程的理想工具。将VR与EEG设备相结合,形成了一种极具前景的研究方法,它既能保证环境的真实感,又能捕捉大脑活动的精细时间特征。这种结合对于
来源:Scientific Data
时间:2025-12-12
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磁共振血管造影图像中脑血管半自动标注数据集的构建与验证
在远程外科和个性化手术快速发展的今天,人工智能(AI)、机器学习和机器人技术正推动医疗领域革新。然而,不同领域的发展并不均衡——腹腔手术机器人系统已较为成熟,但涉及心脑血管的血管内机器人手术却面临更大挑战。这类系统需要能在高度脆弱的血管系统中执行超复杂操作的AI技术支持,其核心在于基于医学图像(如计算机断层扫描血管成像CTA、磁共振成像MRI和磁共振血管造影MRA)的交互式3D血管模型。目前,血管内机器人手术系统寥寥无几,其中Lab Enhanced Vascular Simulating Haptic Ai(LevshaAI)系统是唯一专注于机器人血管内神经外科的平台。该系统的个性化智能血管
来源:Scientific Data
时间:2025-12-12
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单纯复形驱动的图对比学习
随着图神经网络在复杂系统建模中的广泛应用,研究者逐渐意识到传统GNN架构对低阶结构(如节点和边)的过度依赖可能限制其建模能力。当前主流的图对比学习框架(GCL)多聚焦于节点间的直接交互,却忽视了高阶拓扑结构在语义表征中的关键作用。蛋白质相互作用网络中多节点协同作用机制、社交网络中团体形成的闭合结构、知识图谱中多实体逻辑关系的嵌套模式,这些复杂系统普遍存在的高阶拓扑特征,正是传统方法难以捕捉的盲区。在结构建模层面,S-GCL创新性地引入代数拓扑理论中的单纯复形(simplicial complex)概念。该方法通过分层构建0-3维单纯形(节点、边、三角形、四面体),首次在图对比学习中系统性地纳入
来源:Neurocomputing
时间:2025-12-12
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综述:导致持续性肌肉骨骼疼痛的神经免疫因素:从机制到临床评估与管理
科莱特·里德哈尔格(Colette Ridehalgh)| 乔尔·芬达恩(Joel Fundaun)| 斯科特·法雷尔(Scott Farrell)伦敦国王学院生命科学与医学学院生命过程与人口科学系,英国伦敦SE1 1UL摘要引言慢性肌肉骨骼(MSK)疼痛问题非常普遍,且给经济带来了沉重负担。尽管已有大量研究探讨了这些疾病的多种管理策略,但大多数干预措施的效果都较为有限。最近,人们逐渐认识到神经免疫因素在某些传统上不被认为与此类疾病相关的慢性肌肉骨骼疼痛中的作用。目的本次研讨会的目的是概述可能导致慢性肌肉骨骼疼痛的一些关键神经免疫因素,并详细介绍简单的临床检测方法和先进的新型检测技术,以识别这
来源:Musculoskeletal Science and Practice
时间:2025-12-12
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综述:肌肉骨骼疾病中的神经免疫相互作用:临床医生的入门指南
骨骼肌肉疾病中的神经免疫交互作用及精准治疗策略骨骼肌肉系统作为人体重要功能单元,其健康维护涉及复杂的免疫与神经系统的协同调控。近年来,神经免疫生物学研究揭示了两者在骨骼肌肉疾病发生发展中的深度关联,为临床诊疗提供了新视角。本文系统梳理了神经免疫交互作用在颈腰痛、骨关节炎等常见疾病中的具体机制,并探讨了基于多组学技术的精准医疗路径。一、免疫系统的基础架构与功能调控免疫系统由先天性和适应性两大体系构成。先天性免疫作为第一道防线,通过模式识别受体(PRRs)快速识别损伤相关分子模式(DAMPs)和病原相关分子模式(PAMPs),激活巨噬细胞、中性粒细胞等效应细胞。适应性免疫则通过T细胞、B细胞等实现
来源:Musculoskeletal Science and Practice
时间:2025-12-12
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Aβ1-40中组氨酸互变异构的质子转移动力学研究:对阿尔茨海默病分子机制的量子力学洞察
在日益老龄化的全球社会中,阿尔茨海默病(Alzheimer's Disease, AD)已成为威胁老年人健康的重大挑战。据世界卫生组织预测,到2050年全球痴呆症患者将超过1亿,其中AD是最主要的致病因素。这种神经退行性疾病的病理特征之一,是大脑中淀粉样蛋白-β(Amyloid-β, Aβ)肽段的异常聚集和沉积,形成具有神经毒性的淀粉样斑块。在众多试图解释AD发病机制的理论中,"组氨酸互变异构假说"近年来受到越来越多关注。该假说认为,Aβ肽段中组氨酸残基的互变异构状态变化,可能是触发蛋白质错误折叠和聚集的关键分子事件。组氨酸是蛋白质中唯一具有咪唑环侧链的氨基酸,其独特的化学结构使其存在多种互变
来源:Communications Chemistry
时间:2025-12-12
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用于ReRAMs和神经形态计算的忆阻器的快速原型设计
近年来,人工智能领域对能效计算的需求显著增长,推动新型存储技术的研发。忆阻器因其独特的非易失性存储特性、类突触可塑性以及支持内存计算架构等优势,成为该领域的研究热点。本文提出了一种基于二维材料(MoS₂)的忆阻器制造方案,通过卷对滚机械剥离与喷墨打印技术,成功实现了高可靠性的金属离子导电丝(CF)型非易失性存储器件,并验证了其在神经形态计算中的应用潜力。**技术突破与创新性**研究团队采用新型制造工艺,将机械剥离与规模化打印技术相结合。具体而言,通过卷对滚机械剥离技术获得均匀分布的MoS₂纳米片层,利用喷墨打印技术精确控制金属电极的几何结构。这种分层制造工艺不仅解决了二维材料难以均匀成膜的技术
来源:Nanoscale
时间:2025-12-12
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基于图神经网络的电力系统状态估计不良数据检测与识别方法研究
随着可再生能源的大规模并网,电力系统状态估计(State Estimation, SE)面临着前所未有的实时性挑战。状态估计作为电网实时监控的核心算法,需要通过噪声测量数据精确计算电压幅值和相角,但其准确性高度依赖于测量数据质量。传统不良数据检测与识别(Bad Data Detection and Identification, BDDI)技术存在明显局限:加权最小二乘法(Weighted Least Squares, WLS)无法检测杠杆点处的严重误差,而加权最小绝对值(Weighted Least Absolute Value, WLAV)估计器虽能处理严重误差,却同样在杠杆点失效。更关键
来源:Journal of Modern Power Systems and Clean Energy
时间:2025-12-12