一夜不睡，大腦第二天就變老 | 科技周覽_風聞
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整理 | 周舒義、平生
新研究確認一顆位於宜居帶上的“超級地球”
1月28日發表於Astronomy & Astrophysics的一項研究證實，在一顆類太陽恆星的宜居帶附近存在“超級地球”。這一成果為未來尋找可能適合生命生存的類地系外行星提供了更多線索。
“超級地球”也被稱為超級類地行星，是一類巨大的類地行星，通常由氣體和岩石組成，其質量可達地球的數倍以上。一些研究人員推測，這類行星擁有與地球相似的板塊構造。
這顆新發現的行星被命名為HD 20794 d，質量是地球的6倍，距離地球約20光年，圍繞一顆類似太陽的恆星運行。它的軌道位於該星系的宜居帶內，這意味着它與恆星的距離合適，其表面能維持液態水存在。液態水是生命所需的一種關鍵成分。
這顆行星最早由牛津大學物理系研究人員邁克爾·克雷蒂格尼爾博士於2022年發現。克雷蒂格尼爾博士在分析智利拉錫亞天文台的高精度徑向速度行星搜索器（HARPS）光譜儀記錄的存檔數據時，發現了一個候選系外行星信號，但由於信號微弱，無法確認其具體來源。
為驗證這一信號，一個國際研究團隊分析了HARPS及同樣位於智利的岩石態系外行星和穩定光譜觀測階梯光柵光譜儀（ESPRESSO）在過去20年裏記錄的高精度數據。研究人員表示，要將行星信號與背景噪聲和儀器差異區分開來，需要先進的處理方法和細緻的分析。通過結合兩台儀器的結果，研究人員最終證實了這顆“超級地球”的存在。
研究人員表示，儘管這顆行星位於相關星系的宜居帶，但現在判斷它是否能孕育生命還為時過早。與大多數行星不同，HD 20794 d的軌道不是圓形的，而是橢圓形的。這使得它與恆星的距離會有較大變化，即在一個運行週期內會從宜居帶的外緣移動到內緣。不過研究人員認為，HD 20794 d將為未來探測太陽系外生命跡象的太空項目提供寶貴的測試案例。（新華網）
相關論文：https://doi.org/10.1051/0004-6361/202451769
美國FDA批准數十年來首款非阿片類止痛藥
當地時間1月30日，美國食品藥品監督管理局（FDA）宣佈批准Vertex Pharmaceuticals旗下的非阿片類止痛新藥Suzetrigine（商品名：Journavx），用於治療成人中度至重度急性疼痛。這是美國二十多年來批准的首款用於治療急性疼痛的新機制藥物。加州大學聖迭戈分校疼痛醫學專家、Vertex公司急性疼痛指導委員會成員傑西卡·奧斯瓦爾德（Jessica Oswald）表示：“Suzetrigine是一種有效且耐受性良好的藥物，並且目前沒有證據表明它具有成癮性。”
急性疼痛通常由手術、事故或受傷引起，嚴重可致殘。傳統非甾體抗炎藥物鎮痛效果有限，而阿片類藥物存在嚴重成癮風險。每年有超過8000萬美國人服用藥物來治療中度至重度急性疼痛，其中約4000萬人服用阿片類藥物，約85000名患者會因此患上阿片類藥物使用障礙。
奧斯瓦爾德説：“對我來説，這非常令人興奮。”儘管這種藥物偶爾會引起噁心、頭痛、頭暈和便秘，但“耐受性極好”。這讓它有望成為阿片類藥物的可行、甚至首選替代品。
目前，Suzetrigine在美國的批發採購成本為每片（50mg）15.50美元（約合人民幣112元）。
FDA新聞稿：https://www.fda.gov/news-events/press-announcements/fda-approves-novel-non-opioid-treatment-moderate-severe-acute-pain
過去一個世紀，男性身高體重增速是女性兩倍
1月22日發表於《生物學快報》的一項研究綜合分析了來自數十個國家的數據，結果顯示在過去一個世紀裏，全球男性身高和體重的增速是女性兩倍，這意味着兩性之間的身高體重差正在拉大。
此前研究表明，許多物種的雄性和雌性在體型上存在差異。對於很多物種來説，由於爭奪配偶或雌性偏好，雄性體型更大。而在某些情況下，雌性則因生殖需求而體型較大。在人類中，男性普遍比女性更高、更重、更強壯。
在最新研究中，研究人員利用世界衞生組織自1900年以來收集的數百萬人的數據集，從中選出覆蓋62個國家、大約13.5萬個個體案例進行深入分析，研究身高、體重如何隨生活條件而變化。生活條件通過人類發展指數 (HDI) 來衡量，該指數基於預期壽命、受教育時間和人均收入，範圍從0到1。他們發現，人類發展指數每增加0.2，女性身高平均增加1.7釐米，體重增加2.7公斤；而男性身高平均增加4釐米，體重增加6.5公斤。這表明隨着生活條件的改善，身高和體重都會增加，但男性的增速是女性的兩倍多。以英國為例，在20世紀上半葉，女性平均身高從159釐米增加到162釐米，增長了1.9%，而男性平均身高從170釐米增加到177釐米，增長了4%。美國明尼蘇達大學生態學、進化和行為學教授邁克爾·威爾遜表示，男性身高和體重增長速度加快“令人震驚”。
研究人員推測，女性的性偏好可能助長了男性身材更高、肌肉更發達的趨勢。“女性會覺得較高的男性很有吸引力，因為這可能讓他們看起來更強大，而且身高較高也意味着他們體格健壯。”
相關論文：https://doi.org/10.1098/rsbl.2024.0565
外骨骼“手把手”助鋼琴家突破技能瓶頸
對於運動員、音樂家等訓練有素的個體而言，經過大量訓練後，水平往往會停滯不前，這就是所謂的“天花板效應”。在近日發表於Science Robotics的一項研究中，研究人員設計了一種機械手外骨骼，旨在幫助鋼琴家通過體驗此前難以達成的演奏經驗，突破“天花板效應”。
這款機械外骨骼通過在每根手指根部連接獨立電機，能夠單獨控制抬起或放下每根手指，速度可達到每秒四次。研究人員招募了118名鋼琴演奏者，這些人從8歲前就開始彈琴，至少練習了一萬小時。研究人員讓他們連續兩週練習同一首曲子，直到技能達到瓶頸。
接着，演奏者們接受了30分鐘的機械外骨骼“手把手”訓練，外骨骼分別以簡單、複雜、慢速、快速的不同模式組合，訓練演奏者的右手手指。結果顯示，接受快速且複雜訓練的演奏者在移除外骨骼後，能更好協調右手動作、更快移動手指，訓練效果可以持續到第二天。這與腦部掃描證據相結合，證明訓練改變了演奏者的大腦皮層，使他們能夠更好地控制手指運動。有趣的是，訓練經驗會在左右手間“轉移”——用一隻手進行外骨骼訓練，未受訓練的對側手也表現出運動技能提升。
英國布里斯托大學的Nathan Lepora説：“這是我第一次看到有人用機械外骨骼來突破正常的靈活性極限，推動你學習自然狀態做不到的事情。這有點違背直覺，因為你可能會覺得自願主動才是學習的正途，但現在看來被動的方式也同樣有效。”
相關論文：https://doi.org/10.1126/scirobotics.adn3802
只要一夜不睡，大腦第二天就變老
對許多人來説，春節假期是難得可以盡情熬夜的日子。不知道你有沒有這種感覺：熬通宵過後，身體筋疲力盡，大腦卻亢奮異常？事實上，偶爾一次熬夜通宵，確實會讓人心情更好——2023年發表在《神經元》（Neuron）的一項研究表明，短暫的急性睡眠不足，也就是偶爾熬夜，可以產生持續數天的強效抗抑鬱作用。
在這項研究中，美國西北大學的科研人員設計了一項動物實驗，以温和方式干擾健康小鼠的睡眠，使其經歷一個“不眠之日”（小鼠晝伏夜出，與人類的晝夜節律相反）。這些小鼠的行為變得更具攻擊性、多動和性慾亢進。隨後研究人員使用光遺傳學和基因編碼工具，檢測了小鼠大腦中的神經元活性。結果發現，在經過暫時性的睡眠不足後，前額葉皮層、伏隔核、下丘腦這三個腦區會受到影響，其中前額葉皮層釋放多巴胺的神經元變得更活躍，多巴胺釋放增加，突觸可塑性也隨之變強。這些變化讓動物在接下來的幾天裏保持高昂情緒。
研究人員推測這種機制可能源於演化因素。“急性睡眠剝奪會以某種方式‘激活’生物體。你可以想象在某些情況下，如果面臨捕食者或某種危險，你需要保持振作、推遲睡眠。”不過研究人員也告誡人們，不要為了緩解憂鬱而去熬夜。儘管這項研究表明偶爾通宵可以讓心情明亮，但犧牲睡眠換來的快樂是暫時的，熬夜產生的有害影響卻深遠而持久。
2023年《神經科學雜誌》（The Journal of Neuronscience）發表的一項研究顯示：只要一晚不睡，大腦就會在第二天瞬間變老。
這一結論來自德國神經科學與醫學研究所對人類志願者的數據分析。研究人員藉助機器學習算法，根據腦容量、腦脊液等多個指標分析睡眠實驗參與者的相關數據，判斷大腦的狀態。結果顯示，一整晚不睡覺（急性完全睡眠剝奪）的志願者，第二天的大腦年齡就比之前老了1~2歲！
無獨有偶，另一項發表在《自然-通訊》（Nature Communications）上的論文做了類似評估，但改用不同腦區之間的網絡聯繫作為判斷大腦狀態的依據。研究人員同樣發現，只需一晚不睡，神經網絡模式的特徵看起來就比之前老了4歲左右。大腦的這些變化也可以解釋為什麼睡眠不足會讓我們感覺大腦發懵。不過好消息是，這些研究同時顯示，第二天及時補覺能夠逆轉這種異常。（改編自公眾號“學術經緯”）
相關論文：
http://dx.doi.org/10.1016/j.neuron.2023.10.002
https://doi.org/10.1523/jneurosci.0790-22.2023
“男男生子”成真？首次培育出有兩位“父親”的成年小鼠
在1月28日發表於Cell Stem Cell的一項研究中，研究人員通過對印記基因的修復，成功培育出所有遺傳物質來自父本、並能健康存活至成年的“雙父本小鼠”（為方便閲讀，下稱“孤雄小鼠”）。新研究為理解哺乳動物單性生殖障礙提供了新視角，也為探索基因與環境適應的複雜關係提供了線索。
早在20世紀80年代，科學家們就開始了對哺乳動物單性生殖的探索。但早期實驗均以失敗告終。20世紀90年代初，科學家在哺乳動物中發現了一類特殊的基因——印記基因（imprinted genes）。與普通基因不同，印記基因只從父本或母本一方表達，另一方則默默“隱身”。這一機制讓哺乳動物的兩套基因組不再相同，後代的正常發育離不開父母雙方完整的遺傳信息，也限制了哺乳動物進行單性生殖。
新研究通過顯微鏡操作，去除卵母細胞的細胞核，注入小鼠精子，培育出孤雄來源的單倍體胚胎幹細胞。已有研究表明，多個印記基因異常與胚胎髮育問題緊密相關，尤其是父源DNA的異常二倍化，通常會導致胚胎早期死亡。研究團隊在孤雄單倍體胚胎幹細胞中逐一修復這些印記區域，再將經過基因編輯的胚胎幹細胞與另一枚精子共同注入去核卵細胞。但編輯的孤雄小鼠內臟器官嚴重水腫，無法正常存活。
研究人員再次進行基因編輯，除修復印記基因外，還擴展到所有可能與胚胎過度生長相關的區域。經過五輪基因編輯，孤雄小鼠內臟器官水腫等異常症狀開始緩解，約30%的孤雄小鼠成功存活至成年。最終，研究人員成功構建攜帶20個印記區段基因編輯的孤雄單倍體胚胎幹細胞，將其與精子共同注入去核卵細胞。這些孤雄胚胎不僅能發育，還成功生成了可存活的胎兒和功能完整的胎盤。
出生後的孤雄小鼠和普通小鼠顯著不同。普通小鼠體重達到20克時，孤雄小鼠體重大約已達30克。而且孤雄小鼠表現出更強的探索欲。在曠場實驗中，它們頻繁進入中心區域，這和齧齒類動物習慣沿邊緣活動的習性相悖。有趣的是，孤雌小鼠不僅體重增長模式和孤雄小鼠相反（體重偏小），行為上也形成對比：曠場實驗裏，孤雌小鼠幾乎總沿着邊緣活動，很少進入中心區域。孤雌小鼠壽命較長，而孤雄小鼠壽命僅為普通小鼠的60%。研究認為這些差異很可能源於它們體內未完全修復的殘餘基因印記。
新研究表明，印記基因的演化目標並非直接阻止單性生殖，更多是一種間接效應：當體內有兩套父本DNA時，胚胎往往過度生長，在生物學上不可持續，最終影響存活。這一過程符合經典的衝突假説（conflict hypothesis）：印記基因通過調控胚胎在母體子宮內的發育，來平衡所需的空間和資源。母源印記基因傾向於“縮小”胎兒體積，以適應有限的子宮空間；父源印記基因則通過“增大”胎兒體積，提高後代生存幾率。孤雄與孤雌小鼠在體重、行為和壽命上的鏡像差異，正是父母基因博弈的副產品。
相關論文：https://www.cell.com/cell-stem-cell/fulltext/S1934-5909(25)00005-0
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