基于生物力学的创伤性脑损伤载荷监测

目的对创伤性脑损伤伤者及时有效的干预和治疗,可以有效缓解其症状。但是创伤性脑损伤的症状具有滞后性,造成延误诊断。方法创伤性脑损伤初期症状难以被检测,但是可以通过测量导致损伤的力学载荷对损伤进行估计。开发了一种基于刚性测量界面的高精度头部加速度测量方法,其将传感器装配于上颌牙齿,通与头骨刚性连接,消除了皮肤对测量的干扰。其次,还开发了基于深度学习大脑模型。与需要数小时来计算大脑应变的有限元大脑模型不同,深度学习大脑模型可以实时对大脑应变进行计算,从而可以用于脑损伤的监测。结果基于刚性测量界面的头部加速度测量方案实现了目前对头部碰撞加速度最高精度的测量(一致相关系数达到0.97,理论上限为1);深度学习大脑模型计算精度达到0.02,与有限元模型一致。基于大脑应变估计创伤性脑损伤的风险,并通过将这种方法应用于橄榄球队中,并且成功对1名球员在头部撞击后进行预警,而该球员1天后被诊断为轻度创伤性脑损伤。结论基于生物力学手段监测头部撞击载荷,可以实现对创伤性脑损伤伤者的实时监测诊断,从而使伤者可以在第一时间得到治疗。但将该技术应用于临床仍面临一系列技术挑战。

具有“眼见为实”魅力的结构生物学不断突破

冷冻电镜技术突破了硬件和三维重构软件面临的诸多壁垒,不断改进并完善,提高了样品分辨率,揭示了众多生物分子细节。2013年年底,结构生物学经历了一场“分辨率革命”,许多生物大分子的神秘面纱纷纷被揭开。冷冻电子显微镜(以下简称“冷冻电镜”)是结构生物学的重要研究工具、重要突破,其结构解析的分辨率已从纳米尺度进入埃尺度(即原子尺度),成为可以与X射线晶体学相媲美的结构解析方法。其中,单颗粒冷冻电镜技术大大降低了结构解析的难度,提高了结构解析的速度。通过冷冻电镜技术,研究人员可以揭示许多之前未能知晓的生物分子细节,帮助人们揭秘众多的生物学现象。

首次完整揭开动物神经系统的神秘面纱

在生物学中,结构对功能的实现起着至关重要的作用。从蛋白质水平而言,蛋白质是生命活动的体现者,它的生物学功能在一定程度上取决于它特定的三维空间结构。从个体水平而言,身体每一个器官的功能也取决于内在的结构。然而,对于人体的中枢神经系统——大脑,它的均匀性与胶状稠度几乎掩盖了其背后结构的复杂性。数以十亿计的神经细胞(神经元),通过数万亿的连接(突触)相互作用,形成感知刺激、存储记忆和产生情绪的环行路线。在此环行路线里面,每个神经元及其包含的所有突触之间的相互连接模式,从神经元到各种行为之间的映射,以及完整的神经支配结构体系的走向,都是研究人员一直以来想要破解的难题。