2013年09月05日《自然》杂志精选

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封面故事：通过认知训练视频游戏提高老年人认知水平
Video game training enhances cognitive control in older adults
本期封面为艺术家笔下用于老年人的NeuroRacer认知训练视频游戏。我们同时执行多项任务的能力以及我们进行认知控制的能力随年龄增长直线下降。一项新的研究显示，认知训练能帮助修复这种下降。在那些通过在家里玩NeuroRacer（一个定制设计的3D视频游戏）来训练的年龄在60岁和85岁之间的老年人当中，多任务能力和认知控制都有所提高，所产生的效果持续六个月时间。这种训练的好处还延伸到了未接受训练的认知功能，如持久注意力和工作记忆。这些发现表明，衰老中的大脑也许要比以前人们所认为的可塑性更强，允许通过使用适当设计的策略来进行认知增强。（doi: 10.1038/nature12486）
细菌感染产生疼痛的机制 Bacteria activate sensory neurons that modulate pain and inflammation
细菌感染（如由葡萄球菌造成的感染）产生的疼痛对于免疫反应和炎症来说被认为是继发性的。现在，Clifford Woolf及同事报告了在细菌感染过程中的一个以前没有被意识到的疼痛诱导机制：伤害感受器在病原体介导下的直接激发。他们发现，小鼠由金黄葡萄球菌感染产生的疼痛是独立于大多数已知的免疫中介物的：该细菌产生两类分子——甲酰化的肽和成孔毒素，它们通过直接激发伤害感受器神经元诱导疼痛，后者则又调控炎症。（doi: 10.1038/nature12479）
炭疽毒素的两个目标 Key tissue targets responsible for anthrax-toxin-induced lethality
炭疽杆菌产生两种毒素——炭疽致命毒素和水肿毒素，它们被与captor相关的保护性抗原定向到组织中。这两种毒素在发病机制中起必不可少的作用，但我们对这些作用却了解很少。在这项研究中，Shihui Liu及同事培育出缺少细胞类型特定性炭疽毒素受体“毛细形态发生蛋白-2”(CMG2) 的小鼠，并利用它们发现，这两种毒素以不同细胞类型为目标。与以前的观点相反的是，内皮细胞并不是其中任何一种毒素的关键目标。相反，致命毒素以心肌细胞和血管平滑肌细胞为目标，而水肿毒素以肝细胞为目标。认识到炭疽毒素专门以心血管系统和肝脏为目标，可能有助于提出在人类炭疽感染中限制组织损伤和提高存活率的辅助性治疗方法。（doi: 10.1038/nature12510）
处于恢复模式的钾通道
Recovery from slow inactivation in K+ channels is controlled by water molecules
当一个刺激造成一个离子通道的门被打开后，这个通道将一直让离子通过，直到其选择性过滤器关闭。之后有一个恢复阶段，涉及被关闭的通道从失活状态向导通状态的构形转变。细菌K+通道KcsA为研究该通道的慢速（C-型）失活和从失活状态的恢复的发生机制提供了一个极好的模型系统。在这篇文章中，作者通过一系列长期分子动态模拟发现，选择性过滤器被结合在该选择性过滤器后面的埋没的水分子以空间立体方式锁定于失活构形。从以上模拟推导出的一个动力模型，显示了释放埋没的水分子何以能延长恢复期的时间尺度，同时作者还通过“湿”生物物理实验对该模型进行了研究。（doi: 10.1038/nature12395）
白天和夜晚变暖对植被生产力的不同影响
Asymmetric effects of daytime and night-time warming on Northern Hemisphere vegetation
模型和观测研究都表明，气候变暖可能会增强北半球陆地生态系统的植被生长，增加碳存储。然而，在过去50年，全球陆地表面温度在夜晚一直比在白天上升快，而我们对于这种不对称性对植物生产力的潜在影响却知之甚少。这项研究中所提供的来自多方面的证据（包括关于植被绿色程度的28年时间的卫星数据以及对大气CO2浓度的广泛测定结果）表明，白天和夜晚变暖对北半球的植被生产力有不同影响。白天变暖与北方湿冷地区生产力增加有关，但与干燥温带地区生产力降低有关。相比之下，夜晚变暖降低北方的植被生长，但在干燥温带地区对植被的影响却是有增有降。（doi:10.1038/nature12434）
形成B-细胞的第二个地方
Microbial colonization influences early B-lineage development in the gut lamina propria
原发性B-细胞的生成被认为仅限于骨髓，但Frederick Alt及同事在这篇文章中发表了令人吃惊的发现：它也发生在肠道中，在那里它受到肠道微生物的刺激。作者描述了出生后小鼠的正在小肠粘膜内（具体是在粘膜的固有层中）发育的一组早期B-细胞。B-细胞的生成在断奶时达到高峰，当微生物在无菌小鼠体内定植时增加。这些B-细胞与从骨髓生成的B-细胞是不同的，其群体可能是由共生微生物决定的。（doi: 10.1038/nature12496）
非鸟类恐龙能飞吗？
Evolutionary origins of the avian brain
始祖鸟过去长期被认为是一种过渡性化石的代表。处于爬行类和鸟类之间，其大脑从相对大小和结构来讲介于小爬行类的脑和鸟类“过度膨胀”的脑之间。此后，人们发现了大量长羽毛的恐龙，对它们所做的对比显示，始祖鸟的脑对长羽毛的恐龙来说是典型的，比其中一些要小、发达程度要低。这一发现支持以下观点：一些长羽毛的恐龙（未必与最后变成鸟类的那个分支密切相关）也许具备飞行所需的神经构造。（doi: 10.1038/nature12424）
拓扑异构酶与“泛自闭症”的化学和基因联系
Topoisomerases facilitate transcription of long genes linked to autism
拓扑异构酶（DNA卷绕中所涉及的酶）在整个大脑中都有表达，同时相关突变已在一些“泛自闭症”(ASD)患者中被发现。Mark Zylka及同事发现，选择性降低拓扑异构酶活性，会通过影响“转录伸长”降低“长基因”在小鼠和人类神经元中的表达。作者指出，很多ASD候选基因（包括Cntnap2、Nrxn1 和Cntn4）特别长，并且证实几种ASD候选基因的表达被拓扑异构酶的抑制降低。这些发现表明，影响拓扑异构酶的化学物质和基因突变（也包括转录机构的其他部分）可能有助于ASD和其他神经发育疾病的发生。（doi: 10.1038/nature12504）
“普里昂”感染症的病理生理及与年龄相关的神经退化
Self-propagation of pathogenic protein aggregates in neurodegenerative diseases
人们越来越多地猜测，包括阿尔茨海默氏症和帕金森氏症在内的与年龄相关的神经退化疾病以及如“克雅氏病”等“普里昂”感染症的共同病理生理特征可能是我们了解这些病症的关键。在这篇Review文章中，Mathias Jucker 和 Lary Walker分析了最近有关与神经退化相关的“自传播”及“误折叠”蛋白聚集体和“普里昂”的感染性及“自播种”活性之间的相似性的研究工作。他们的结论是，将这两类疾病联系起来的“普里昂模式”（prion paradigm），也许会导致对迄今被证明难以治愈的这些疾病的病理的更好认识以及可能的治疗方法。（doi: 10.1038/nature12481）
实现安全信息网络的关键一步
A quantum access network
量子密钥分配(QKD)是允许在能够接触到经典和量子资源的一个发射器和接收器之间进行安全信息交换的一个过程。其使用一直限于在专门的高安全性网络中的特定应用，这不仅仅是因为当多个用户要求访问系统时它的资源占用量会变得极大。在这篇文章中，Bernd Fröhlich等人介绍了被称为“量子访问网络”的一个新QKD系统，它基于简单、划算的光通信技术。之后，他们在一个有64个用户的网络中实验演示了这个概念：在该网络中，为了简单性和经济性，所有用户都共享放置在网络中一个关键节点上的单一光子检测器。作者提出，这一进展可能会导致量子技术被例行地用在安全数据传输中。（doi: 10.1038/nature12493）