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专业讲述|从干细胞到脑组织,认识神经科学

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作者:传兮留学 发布时间:2024-04-02 12:40:22
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学科定义及领域分类

在李博士所从事的神经科学研究的领域,神经科学是主要对脑中枢神经系统的研究,包括从结构到功能、从发育到退化和疾病的一系列研究。

神经科学研究主要分为认知、行为、情感、计算、医学影像等方向。

认知神经科学最主要就包括阿尔茨海默症、衰老和外伤。衰老也是其中的一个方向,普遍认为人年纪大了之后记忆就会衰退,它属于这个认知科学的一种。外伤比如说车祸或者是其他的一些疾病导致的认知功能的缺陷,也属于这个认知神经科学这个范围。


行为神经科学的一些疾病主要是亨廷顿、帕金森和我们通常所说的渐冻症,还有进行性核上性麻痹、中风。最普遍的就是前面这三种疾病。


情感神经科学主要是包括抑郁症,自闭症,精神分裂,还有躁郁症之类的疾病,都属于情感类的障碍。


计算这个方向是现在比较前沿的一个领域,它包括脑机接口和生物工程。生物工程不是专属于神经科学研究的这个方向,其他任何疾病研究领域,它都会有生物工程这个专业。脑机接口是一个非常前沿的研究。现在这个脑机接口应用比较多的主要就是帮助残疾人,比如说像因为有的人下肢瘫痪,但他的大脑功能是健全的。那么这个时候我在他头上戴一个头套,能够捕捉他的这个大脑的电活动,然后在他的腿上再装一个计算机控制的机械腿,那他用就可以用意念来控制他那个机械腿。脑机接口研究是一个非常前沿的领域,不仅要懂神经科学这个方向的所有的生物学知识,还要懂所有的计算机的知识。


另外一个方案是医学影像学,它是用于神经科学诊断的专门领域。目前,神经科学的诊断,包括阿尔茨海默症和亨廷顿帕金森病在内,主要依赖医学影像学作为诊断方法。然而,目前临床上的诊断通常是在症状已经出现、例如手颤抖或记忆力减退时才进行,这意味着已经进入了中期。


退行性疾病发病机制

目前大多数神经退行性疾病都包括了认知和行为障碍。这些疾病是一种持续退化的疾病,随着年龄增长而逐渐恶化。主要包括阿尔茨海默症、亨廷顿症、帕金森病和肌肉萎缩症。每种疾病都有其特定的基因突变,这些突变导致了疾病的发生以及一系列变化。这些基因突变并不属于主要的病因,但它们导致了一系列变化。

关于帕金森病的具体发病机制,不详细介绍。最常见的三个发病原因是基因突变、氧化应激和炎症反应。这些发病原因并不属于某一类疾病特有,而是所有退行性疾病的共同特点。然而,不同的疾病具有不同的基因突变导致。


所有的科研最终都是为了服务于人类,因此研究起点是从患者身上找到基因,找到疾病的根本原因。然后,我们可以进行细胞和动物模型的研究,以深入了解这些基因突变是如何导致疾病发生和发展的。这些模型可以帮助我们研究疾病的病理生理过程,并探索潜在的治疗方法。


例如现在研究阿尔茨海默症。已知阿尔茨海默症的突变基因是A基因,然而,由于伦理道德和不可行性的原因,无法不断在人体上进行实验。因此,我们通常会使用商业化的小鼠模型来进行研究,会发现一类抑制剂或药物,并验证了其有效性,在反复实验发现这种药物具有疗效后,那么下一步就是进行临床实验,如果能够起到治疗作用,那么该药物最终可能会上市。这是整个科研过程的基本逻辑。


至于阿尔茨海默症和帕金森病,它们是两种非常常见的神经变性疾病。阿尔茨海默症的主要临床表现是记忆障碍,而在晚期,阿尔茨海默症可能会发展为行为障碍,患者可能无法行走,甚至需要卧床。帕金森病的主要症状是静止性震颤,即身体不受控制地抖动。此外,帕金森病还会导致运动和行为功能的缺陷,包括走路和说话能力的丧失,都无法自主控制。


神经退行性疾病的临床表现和诊断

阿尔茨海默症的诊断流程涉及医学影像,例如进行MRI诊断。阿尔茨海默症最主要的诊断表现之一是大脑组织的萎缩。示意图展示了正常大脑、中期和晚期阿尔茨海默症的比较。可以观察到晚期阿尔茨海默症的组织间隙增多,这是萎缩的表现。根据小鼠研究,小鼠的萎缩面积约为正常脑的40%左右。晚期阿尔茨海默症的萎缩程度大约是正常状态的50%左右。这种大脑组织萎缩是阿尔茨海默症最主要的特征之一。

阿尔茨海默症的临床分期包括早期、中期和晚期,共分为五个阶段。诊断主要依据是大脑组织萎缩的程度,而临床诊断通常使用核磁共振和CT扫描,同时进行相关的血液和组织检查,以检测是否存在炎症因子和相关蛋白的异常。然而,目前尚无特效药物可治疗阿尔茨海默症,这一点是众所周知的。


神经退行性疾病的治疗和前景

目前神经退行性疾病治疗方法主要是缓解症状,例如头痛或不适感,类似于缓解感冒症状的做法。然而,药物并不能从根本上改变疾病的进程。如果疾病进展到中期阶段,药物只能缓解症状,而无法使疾病回退到早期阶段。目前尚未发现特效药物,但通过不断的研究,我们有望找到一种能够治愈阿尔茨海默症的特效药物。

这是一篇综述,总结了市面上所有用于治疗神经退行性疾病的药物,包括用于抗癫痫、糖尿病、抑郁症和肿瘤的药物。尽管这些疾病与老年痴呆和帕金森病看起来似乎无关,但它们能够针对这些疾病的发病机制产生一系列通用的改变。


药物治疗是一方面,另一方面是干细胞治疗。目前,干细胞治疗尚未标准化,也没有明确的治疗方案。不同类型的干细胞以及治疗所需的细胞数量仍处于探索阶段。它们不仅可以用于神经退行性疾病,还可以治疗任何类型的疾病,如肝病、胃病和心脏病等。这是因为干细胞具有分化为各种类型细胞的能力。然而,由于干细胞治疗存在许多副作用,目前尚未广泛应用。


学术生涯之路

首先,从高中到本科阶段,兴趣培养是至关重要的。你需要问自己是否对生物学或其他领域感兴趣,比如神经科学。这个阶段注重培养兴趣。

接下来是硕士阶段,这是科研的入门阶段。你需要学会自己阅读并理解中英文文献。同时,学习实验方法和技术,并进行数据分析。在硕士阶段,操作技能是关键,因为导师会为你规划好实验方案。你只需按部就班地进行熟练的实验操作,就能顺利毕业。


博士阶段是真正开始独立从事科研的阶段。这包括设计实验方案,确保实验可行性。如果实验结果不符合预期,需要不断尝试新的实验方案。一旦实验成功,你需要展示实验数据,并学会进行数据统计和将其整合到论文中。在博士阶段,科研方向的确定非常重要。你可能会在硕士和博士之间转换方向,比如我自己从干细胞转向神经科学,专注于阿尔茨海默症研究。


博士后阶段的结束标志着进入职场。你将面临两个主要方向选择:学术和创业。学术方向意味着进入科研机构或大学,从助理教授到教授,甚至可能成为院士或获得诺贝尔奖。但是,学术道路竞争激烈,需要高质量的学术论文才能有机会进入这个体系。创业是另一个选择,博士后阶段决定了你未来科研道路的基础。在公司从事产品研发也是有趣且具有挑战性的。进入学术界并不是唯一标志优秀的途径,因为资源有限,每个人的机遇也不同。


生命科学领域期刊

在生命科学领域,有三个非常顶尖的期刊。如果研究成果发表在其中的任何一个顶级期刊上,比如"Science"和"nature",你就可以在大学里找到一个教职。当然,大学的级别和类别取决于你是否在国内外都有发表。在这些顶级期刊上发表论文,也要看运气和机遇。无法仅凭实力来确保发表。如果无法发表在这些顶级期刊上,也可以选择发表在这些期刊的子刊或相关期刊上。在这些期刊上发表几篇论文也非常不错,这些期刊是第二级别的期刊。在生命科学领域,任何从事科研的人都应该知道这些期刊,这是基本的知识。


学生学术能力评估

评估学生是否具备科研潜力,其实并没有确定的标准。没有适合或不适合从事科研的,只要他们有兴趣从事科研,就已经具备了相关的能力,因为他们会朝着这个方向努力。

最基本的素养包括自主学习能力、问题发现和解决能力。因为在科研中,科学家需要自主创新和解决问题。

另外一个重要素养是严谨和细致。在处理实验数据时,有时候细节非常重要。如果你忽略了一些微小的细节,可能会失去很多重要信息。因此,细节是非常关键的。


同时,思维活跃和接受新事物的能力也很重要。作为研究者,你需要参加不同的学术活动,听取学术演讲,了解别人的研究进展。

另外,现在有很多先进的显微镜,可以实现对单个细胞和单个蛋白质的精细观察。了解这些现代显微镜的功能非常重要,因为它们可以帮助深入了解细胞和蛋白质的机制。


在科研中,身体健康和抗压能力也非常重要。研究过程中会面临很大的压力,包括学业压力和实验的挫败感。实验需要不断尝试才能得出结论,有时候需要进行数十次实验才能得到一个数据。在科研工作中,有时候需要连续工作十几个小时,如果体力不行,也难以坚持下去。因此,保持身体健康和良好的抗压能力非常重要。对于高中生来说,应该注重培养兴趣,并提高抗压能力。

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  • 管老师

    管老师

    首席教育顾问

    IECA美国独立教育协会专业升学顾问
    英国杜伦大学翻译学硕士
    十一年美国本科/本转高端申请经验

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  • 赵老师

    赵老师

    美研资深留学顾问

    德国TU-Freiberg经济数学硕士
    7年美研申请指导经验
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