《PNAS》八大热点文章

时间:2014年7月8日
来源:生物通

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4名美国著名科学研究管理者在PNAS上一篇长篇评论性文章,提出一个论断。美国生物医学研究正走在一条不可持续的道路,如果不进行根本性改革,将会导致长期衰退。

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生物通报道:《PNAS》(美国国家科学院院刊)是与Nature、Science齐名,被引用次数最多的综合学科文献之一,PNAS收录的文献涵盖生物、物理和社会科学,主要内容包括具有高水平的前沿研究报告、学术评论、学科回顾及前瞻、学术论文以及美国国家科学学会学术动态的报道和出版。近期其最受关注的文章(生物类)如下:

Rescuing US biomedical research from its systemic flaws
PNAS 2014 111 (16) 5773-5777; published ahead of print April 14, 2014, doi:10.1073/pnas.1404402111

4名美国著名科学研究管理者在PNAS上一篇长篇评论性文章,提出一个论断。美国生物医学研究正走在一条不可持续的道路,如果不进行根本性改革,将会导致长期衰退。这一文章相对比较难理解,但其中心思想是认为美国生物医学领域大量使用廉价劳动力的现象十分普遍,这一恶劣行径将给年轻科学家带来很大伤害。文章呼吁应该对科研经费资助模式、人才培养的规模等问题提出一系列建议。主题思想是希望给改善年轻学者的经济收入,优化生物医学科研领域的职业环境,降低职业压力,提高科研效率。

四名作者分别是前美国科学院院长和前《科学》杂志主编Bruce Alberts、哈佛大学医学院系统生物学系主发起者Marc W. Kirschner、现任国家肿瘤研究院院长诺贝尔奖获得者Harold Varmus(1989年,Varmus和Bishop 因发现逆转录病毒癌基因的细胞学起源而获得诺贝尔医学奖),在文章中他们呼吁,生物医学研究人员要正视困难,应重新思考对科学研究进行资助、组织和开展研究进行系统改革。

生物医学研究主力是有抱负的青年人如研究生和博士后人员完成的,这种模式培养了很多新科学家,但是结果年轻科学家数量已经大大超过学术机构、政府和私人企业能提供职位的能力。科学家数量过剩必然导致对有限资源抢夺,必然导致科学家职业的吸引力下降,让新老科学家都难以满意。

这些作者提出应该逐步压缩进入生物医学领域哲学博士的数量,以形成新科学家数量补充和将来机会的良性匹配。不过这些建议和目标大部分都曾经出现在美国2012年度生物医学研究劳动力资源报告中,1998年美国国家学术委员会报告也有类似论调。

他们的建议包括压缩科学家队伍中受培训人员的比例,以达到减少培训规模提高培训质量的目的。建议提高研究生培训基金的比例,减少教授研究经费。建议给研究生提供更好的职业信息,提高博士后工资,修改基金评审方法,削弱导致大学盲目扩大规模以获得更多经费的动力。

他们呼吁国会和相关提供研究经费的机构建立对可预期科学提供稳定资助的计划,而不是持续增加给那些无法预测的研究项目。

Bodily maps of emotions
PNAS 2014 111 (2) 646-651; published ahead of print December 30, 2013, doi:10.1073/pnas.1321664111

这是一篇十分有趣的文章,关于人体情绪地图,在此前的研究中科学家已经发现,外界刺激致使人们情绪发生变化时,身体总能先一步做出反应。经由植物性神经系统,我们的身体能够对血液流速,神经递质分泌量等因素进行调节,进而使身体产生变化,然后更好应对接下来发生的状况。而在最近的一项研究中,来自芬兰的科学家则进一步根据人们在经历某些情绪时的反应,绘制了人体的“情绪地图”。

研究人员发现,在感受不同的情绪时,胸部区域和头部区域的变化是最为明显的。科学家推测这一变化可能与呼吸、心率和面部表情的改变相关。在经历愤怒、开心、悲伤和绝望时,人体的上臂感觉会得到不同程度的激活或抑制。而恶心则明显的引起消化系统的不适。而人们似乎只有在经历开心时,全身的所有区域都能得到激活。

在未来,科学家或可通过将“情绪地图”与脑电图结合,来进一步探索情绪产生和发展的整个过程。这一研究成果同时将为某些由器质性病变引发的精神疾病的治疗提供参考。

Exercise training increases size of hippocampus and improves memory
PNAS 2011 108 (7) 3017-3022; published ahead of print January 31, 2011, doi:10.1073/pnas.1015950108

一项研究发现,有氧运动能改善老年人的记忆丧失,并且可能阻止衰老过程中的认知衰退。此前的研究已经证明了大脑的海马区在成年期的后期自然地缩小,这削弱了记忆并增加了痴呆的风险。Arthur F. Kramer及其同事研究了对60位55岁到80岁的健康成年人在为期一年的有氧锻炼项目之前、之中和之后的大脑扫描。这组作者报告说,在该研究期间,每周进行3次每次40分钟的行走的受试者的前海马的体积增加了大约2%。参与伸展运动的对照组成员的海马区体积减少了1.4%,这符合正常衰老。

这组科研人员推测,有氧运动提升了来源于脑的神经营养因子在血清中的浓度,神经营养因子是一种天然产生的化合物,它帮助产生新的脑组织并在形成新记忆方面起到关键作用。这组作者说,该研究证明了到成年期的晚期前海马区仍然保持相对活跃状态,而且有氧运动——即便在老年才开始做有氧运动——能够帮助避免与年龄有关的认知衰退。

Evaluating big deal journal bundles
PNAS 2014 111 (26) 9425-9430; published ahead of print June 16, 2014, doi:10.1073/pnas.1403006111

一项研究发现,各期刊出版者与科研机构之间的批量期刊访问协议表现出了定价的差异,这无法仅仅用机构的特点加以解释。尽管一些出版者和图书馆对这类协议的细节保密,Theodore C. Bergstrom及其同事使用《信息自由法》要求审查公立大学与商业和非营利期刊出版者之间的协议。这组作者比较了大型研究型大学、能授予博士学位的小型大学以及主要授予硕士学位的机构的访问批量期刊的成本,这是以这些期刊的每一个论文引用的成本衡量的。与非营利出版者相比,商业出版商对大型研究型大学的收费是3到10倍,对能授予博士学位的小型机构的收费是2到4倍。然而,对于能授予硕士学位的机构,某些商业出版商的收费少于非营利出版者,而另一些出版者的收费是非营利出版者的至多2倍。这组作者说,这些结果提示,无法仅仅通过学校招生或博士产量完全解释定价差异,他们提出某些机构一直比另一些机构在价格协商方面更加成功。

Private traits and attributes are predictable from digital records of human behavior
PNAS 2013 110 (15) 5802-5805; published ahead of print March 11, 2013, doi:10.1073/pnas.1218772110

一项研究证明了多种个人特征——诸如政治或宗教观、性别、种族和性倾向——可以通过一个人在脸谱网(Facebook)上的“赞赏”记录加以预测。Michal Kosinski及其同事开发了一个数学模型从而根据58000位美国脸谱网用户的“赞赏”记录预测一个人的特征和偏好。这组作者使用来自这些志愿者的脸谱网档案的人口统计信息和通过网上调查测试衡量的智力、人格和对生活满意度等其他特征训练了这个模型。这个模型准确地预测了研究参与者的性别、种族出身和性倾向,在93%的情况下正确地识别出了男性和女性、在95%的情况下正确地识别出了非洲裔美国人和白人,并且在88%的情况下正确识别出了同性恋和异性恋。该模型还在超过80%的情况下正确地对民主党人和共和党人、基督教徒和穆斯林加以分类,但是该模型在预测关系状态、药物滥用以及父母的关系状态方面的准确度较低。这组作者进一步发现这个模型几乎与预测一位用户对经历的开放程度的小型人格测试一样准确。这组作者说,这些发现可能对于改善许多产品和服务的供给有用,但是也可能对于个人隐私有负面的影响。

Metformin promotes lifespan through mitohormesis via the peroxiredoxin PRDX-2
PNAS 2014 111 (24) E2501-E2509; published ahead of print June 2, 2014, doi:10.1073/pnas.1321776111

来自比利时的研究人员通过研究揭示,常见的用于治疗糖尿病的药物二甲双胍可以缓解机体老化并且延长个体寿命。

文章中研究者揭示了二甲双胍缓解老化效应背后的机制,二甲双胍可以促进细胞中毒性氧分子的释放,从而增加细胞的坚固性以及寿命。线粒体是细胞中的能量工厂,其可以产生电流为机体细胞提供能量,高水平的活性氧分子通常是线粒体工作的产物。

由于活性氧分子是有害的,因此其可以损伤细胞中的蛋白质和DNA并且破坏细胞的功能,研究者Wouter De Haes教授表示,随着细胞中释放的有害活性氧分子量的减少,其对于细胞将会带来长久的有益影响,在活性氧对细胞产生毒害之前,细胞通常会有效利用活性氧颗粒,而二甲双胍往往可以导致细胞中有害活性氧的略微增加,研究者发现其可以使得细胞变得更加强壮并且延长健康细胞的寿命。

Effects of insufficient sleep on circadian rhythmicity and expression amplitude of the human blood transcriptome
PNAS 2013 110 (12) E1132-E1141; published ahead of print February 25, 2013, doi:10.1073/pnas.1217154110

一项研究显示,一个星期的睡眠不足可改变参与炎症、免疫和细胞对压力的应答的数以百计的基因的表达。睡眠不足可能导致许多疾病,包括肥胖、心脏病和认知损伤,但是把睡眠和健康联系起来的分子机制在很大程度上仍然难以捉摸。

Derk-Jan Dijk及其同事通过研究26名志愿者从而探索了这一机制,这些志愿者在一个星期里每晚只允许睡眠小于6个小时,或者长至10小时。

在一周结束后,这些人被要求保持觉醒大约40个小时并在此期间提供了血样。对来自这些血样的RNA进行的分析揭示出了睡眠不足对711个基因的表达的影响。此外,睡眠不足把在一整天里通常表达会达到峰值并减弱的基因数量从1885个减少到了1481个,而且抑制了其余基因的表达幅度。

这组作者发现,与充足睡眠相比,在经过一个星期的睡眠不足之后,被完全睡眠剥夺影响的基因数量是前者的7倍。这些发现揭示出了睡眠缺乏对人类血液基因表达的影响,并且发现了睡眠如何可能影响人类健康。

Father's brain is sensitive to childcare experiences
PNAS 2014 ; published ahead of print May 27, 2014, doi:10.1073/pnas.1402569111

一项研究发现,父亲照顾子女产生的大脑反应提示存在一个抚养子女的神经网络。

此前的研究已经审视了母亲对照顾婴儿的大脑反应,然而几乎没有科研人员研究过父亲的反应,也没有研究母亲和父亲的大脑反应之间的差异是否与主要看护者的性别有关。

研究人员监测了89名首次做父母的人的大脑在与其子女互动时的反应。20名提供主要看护的异性恋母亲、21名提供次要看护的异性恋父亲,以及48名在一个伙伴关系内看护婴儿的提供主要看护的同性恋父亲参与了该研究。

研究人员发现,抚养子女的活动整合了大脑的感情处理网络和心理化网络,这些网络在看护子女期间创造出了情绪凸显,并且帮助协调了父母与婴儿的状态。提供主要看护的母亲表现出了情绪处理结构的激活增加,特别是杏仁核,而提供次要看护的父亲表现出了社会认知回路的激活增加,特别是颞上沟。所有父亲的这两个结构之间的连接程度与直接照顾子女花费的时间数量有相关性,提示了父亲抚养子女的网络的可塑性。研究人员提出,提供主要看护的父亲可能在功能上整合了情绪处理和心理化网络。

研究人员表示,这些结果提示了大脑存在一个提供看护的网络,其在男性和女性大脑中都被激活了。(生物通:万纹)

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