Nature 一周论文导读 | 2018 年 11 月 1 日

审校 访冬 小象 书牧 咖喱 小勺 棒冰

制版 阿金

生物学

Biology

Targeted neurotechnology restores walking in humans with spinal cord injury

有针对性的神经技术使脊髓损伤患者恢复行走  

Fabien B. Wagner, Grégoire Courtine, et al.

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0649-2

图片来源：Medical Xpress

（导读 董堃）脊髓损伤会导致严重的运动功能缺陷甚至完全的双腿瘫痪，本文通过使用能够实时向腰骶神经发放刺激的脉冲发生器使得脊髓损伤患者恢复自主行走的能力，这些患者在一周之内通过这种刺激治疗重获了瘫痪肌肉的控制能力。这项结果对于瘫痪患者无疑是一道曙光。

Abstract

Shared and distinct transcriptomic cell types across neocortical areas

新皮质区域的共有和独有的转录组细胞类型

Bosiljka Tasic, Zizhen Yao, et al.

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0654-5

（导读 郭怿暄）本研究对小鼠新皮质区域初级视觉皮层和前外侧运动皮层的23822个细胞进行转录组分析，定义了133种转录组细胞类型。发现两个区域共有几乎所有GABA能神经元的细胞类型，但绝大多数谷氨酸能神经元只在其中一个区域出现。结合逆行标记，发现谷氨酸能神经元转录类型与长距离投射特性匹配。该研究将功能不同脑区的皮质细胞进行转录与投射的联合分类。

Abstract

Distinct descending motor cortex pathways and their roles in movement

不同的下行运动皮质通路及其在运动中的作用

Michael N. Economo, Karel Svoboda, et al.

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0642-9

（导读 郭怿暄）运动皮层的活动可在真正运动开始前对运动进行预测，但机制尚不清楚。本研究利用单细胞转录组测序及轴突重建，发现两种锥体束神经元。其中一种投射到回连运动皮质的丘脑区，负责产生早期预备活动，一直持续到运动发生。另一种投射到脑髓质的运动中心，主要产生后期预备活动和运动指令。该发现表明运动皮质两种输出神经元在运动控制中发挥不同作用。

Abstract

Biodiversity increases and decreases ecosystem stability

生物多样性能够加强和削弱生态系统稳定性

Frank Pennekamp, Mikael Pontarp, et al.

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0627-8

（导读 阿金）物种多样性的损失和增加都影响生态稳定，实验和模型揭示了各种正面负面影响。本研究在40天内对690个微生态系统采样19次，通过水生纤毛虫群落实验了解时间变异、抵抗能力和生态系统稳定与多样性的关系，发现物种多样性对稳定性的影响呈现驼峰式和U型式。该结果有助于将科学成果转变为相关政策信息。

Abstract

A cortico-cerebellar loop for motor planning

动作计划中的皮质 - 小脑环路

Zhenyu Gao, Nuo Li, et al.

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0633-x

（导读 阿金）额叶皮质中持续和渐变的神经活动可预测特定运动，但是尚不清楚涉及的大脑区域和介导方式。本研究通过小鼠模型表明在动作计划的过程中额叶皮质的信息持续表征依赖于小脑。抑制额叶皮质活性暂停了小脑核的准备活动，而且维持皮质准备活动依赖于小脑活动。结果证明动作计划过程中持续的神经动力学涉及跨越多个大脑区域的神经回路，且小脑计算远超实现运动控制所需。

Abstract

A mesocortical dopamine circuit enables the cultural transmission of vocal behaviour

中脑皮质多巴胺回路能够实现声音行为的文化传播

Masashi Tanaka, Fangmiao Sun, Yulong Li and Richard Mooney 

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0636-7

图片来源：Pixabay

（导读 阿金）行为的文化传播取决于学生识别并模仿合适的老师的能力。但是尚不清楚学生大脑的识别方式以及行为编码过程。本研究表明幼雀中脑导水管周围灰质中的神经元在听到成年雀（老师）鸣唱后被选择性激活，期间会在皮质发声核团HVC中释放多巴胺来编码鸣唱表征，进行声音重复。该发现揭示多巴胺驱动的中脑回路有助于声音行为的文化传播。

Abstract

Genome organization and DNA accessibility control antigenic variation in trypanosomes

基因组结构和DNA可及性控制锥虫的抗原变异

Laura S. M. Müller, T. Nicolai Siegel, et al.

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0619-8

（导读 王思菲）多种病原体都演化出了用以逃避宿主免疫攻击的抗原变异策略。抗原变异需经同源重组，而同源重组与基因组三维结构和DNA可及性相关。本研究研究了布氏锥虫长抗原基因阵列的组合和架构，发现其基因组中编码抗原的亚端粒区会折叠为独特的高度致密的结构，而组蛋白的特定变异与全基因组结构、局部染色质构象和抗原变异之间存在关联。

Abstract

Neural blastocyst complementation enables mouse forebrain organogenesis

用神经囊胚互补方法研究小鼠前脑发育  

Amelia N. Chang, Bjoern Schwer, Frederick W. Alt, et al.

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0586-0

（导读 王思菲）向囊胚中注射多能胚胎干细胞（ESC），可以得到嵌合小鼠，该方法称为囊胚互补。本研究引入神经囊胚互补方法（NBC），对原始胚胎中特定区域做化学消融后，外源注入的ESC细胞可以填补缺失部分，发育形成小鼠前脑的新皮质和海马。结合CRISPR技术，还可以构建出在前脑部位有特定基因缺陷的小鼠模型。NBC可成为一种研究前脑功能、构建小鼠模型的有效工具。

Abstract

Nuclear cGAS suppresses DNA repair and promotes tumorigenesis

细胞核内cGAS抑制DNA修复并促进肿瘤发生

Haipeng Liu, Zhiyong Mao, Baoxue Ge, et al.

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0629-6

（导读 郭怿暄）细胞质中的环GMP-AMP合成酶（cGAS）可通过开启STING-IRF3-I型IFN信号通路激活固有免疫，但cGAS是否参与DNA修复尚不清楚。本研究发现DNA损伤诱导cGAS的细胞核转位，在核内cGAS被召集到DNA双链断裂区域，与PARP1结合，阻碍PARP1-Timeless复合物形成，从而抑制同源重组。敲低cGAS可抑制DNA损伤，抑制肿瘤生长。该发现提示cGAS可作为癌症预防和治疗的药物靶点。

Abstract

Cryo-EM structure of the Ebola virus nucleoprotein–RNA complex at 3.6 Å resolution

埃博拉病毒核蛋白-RNA复合物的冷冻电镜结构

Yukihiko Sugita, Matthias Wolf, et al.

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0630-0

（导读 阿金）埃博拉病毒导致人类和非人类灵长动物的高死亡率。本研究报告无化学固着的哺乳动物细胞中埃博拉病毒重组核蛋白-RNA复合物的冷冻电镜结构，分辨率为3.6埃。该结构揭示了病毒核衣壳核心如何包裹病毒基因组，通过核蛋白与RNA序列无关的协调，以及无RNA和RNA结合态之间的动态转换，为抗病毒药物研发提供关键性结构特征。

Abstract

物理学

Physics

Security and eavesdropping in terahertz wireless links

太赫兹无线链路中的安全和窃听

Jianjun Ma, Daniel M. Mittleman, et al.

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0609-x

图片来源：edgewaternetworks.com

（导读 阿金）防止窃听和其他安全威胁的弹性措施已成为设计通讯系统要考虑的关键因素之一，随着无线系统的日益普及，对各等级的安全协议需求也在日益增长。本研究表明窃听者可以拦截视距传输中的信号，同时讨论针对这种窃听技术的一个对策，涉及到表征通道的反向散射。该研究工作强调了太赫兹无线网络中物理层面安全的重要性以及设计新型收发器的需求。

Abstract

Gate-tunable room-temperature ferromagnetism in two-dimensional Fe3GeTe2

二维Fe3GeTe2中栅控的室温铁磁性

Yujun Deng, Yuanbo Zhang, et al.

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0626-9

（导读 阿金）磁性薄膜相关的材料研究彻底改变了自旋电子器件的研发。本研究研发出一种器件制造技术，从层状金属磁体Fe3GeTe2中分离出单层膜，发现单层膜在低温下仍具有铁磁长程序以及面外磁各向异性。随后用锂离子插层金属薄层，使得铁磁转变温度提高到室温以上。该技术为二维材料用于电子器件研发提供新思路。

Abstract

Measurement-based quantum control of mechanical motion

基于测量的机械运动量子控制

Massimiliano Rossi, Albert Schliesser, et al.

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0643-8

（导读 阿金）观测量子系统动力学来控制系统时，测量过程产生的反作用导致不可避免的量子干扰，而实时反馈可以抵消反作用。本研究展示基于测量的毫米大小膜谐振器运动的量子控制：光学机械传感器在部分毫秒相干时间内解析谐振器的零点运动，使整体测量效率接近统一。而电子反馈回路使谐振器冷却至量子基态。该方法为量子信息处理和引力波探测提供应用潜力。

Abstract

其他

【Geoscience—地球科学】Quantification of ocean heat uptake from changes in atmospheric O2 and CO2 composition

通过大气氧气和二氧化碳组成变化量化海洋热量吸收

L. Resplandy, R. F. Keeling, et al.

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0651-8

（导读 阿金）近十年来科学家利用Argo浮子项目的水文温度测量和数据量化了海洋热量吸收，但其所用海洋数据库不够完美全面。本研究通过测量大气氧气和二氧化碳进行独立估算，结果表明1991年到2016年间海洋每年吸收1.33 ± 0.20  ×10²²焦耳的热量，同时发现海洋变暖效应可独立于人为排放和二氧化碳沉积的直接影响，暗示需要相关政策措施应对气候变化。

Abstract

【Chemistry—化学】Base-free nickel-catalysed decarbonylative Suzuki–Miyaura coupling of acid fluorides

酸氟化物无碱源且由镍催化的脱羰基铃木-宫浦偶联反应

Christian A. Malapit, Melanie S. Sanford, et al.

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0628-7

（导读 卓思琪）结合有机硼亲核试剂和芳基卤亲电试剂的铃木-宫浦（Suzuki-Miyaura）交叉偶联是碳-碳键形成反应之一，其挑战在于反应中添加的外源碱促使许多有机硼底物分解。本文描述了一种镍催化的芳基硼酸与酸氟化物的偶联，在催化循环中直接产生“金属转移活性”的芳基氟化镍中间体。该方法不需要外源碱，并且适用于碱敏感的硼酸和生物活性羧酸。

Abstract

【Astronomy—天文】The merger that led to the formation of the Milky Way’s inner stellar halo and thick disk

合并导致银河系内部恒星晕和厚银盘的形成 

Amina Helmi, Carine Babusiaux, et al.

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0625-x

（导读 阿金）通过研究银河系恒星的化学动力学特征、轨道参数等有助于了解银河系历史。本研究分析了与厚银盘和恒星晕相关的恒星动力学、化学成分、年龄和空间分布，发现恒星晕内部充斥着来自盖亚-恩科拉多斯（Gaia–Enceladus）星系的物质碎片，证明一百亿年前银河系与其合并后导致厚银盘前体的动态加热，最终形成厚银盘。该结果与星系模拟结果一致。

Abstract

【Ethics—伦理】The Moral Machine experiment

机器的道德实验

Azim Shariff, Jean-François Bonnefon, Iyad Rahwan, et al.

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0637-6

图片来源：Nature.com

（导读 阿金）人工智能的快速发展促使人们关注机器如何进行道德决策，以及如何量化对机器行为道德准则的社会预期。本研究使用在线实验平台“道德机器”探讨自动驾驶中的道德两难问题。该平台搜集全球上百万人四千万条决策，识别出全球道德偏好以及跨文化道德差异。最终得出需要将道德偏好、全球社会接受原则放进机器道德算法之中的结论。

Abstract

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