2025年度神经科学十大发现|前额叶|海马体|神经元|神经科学|脑区|脑神经

整理：存源、丹雀

图源：Alexey Kashpersky

前不久，我们基于Altmetric指数盘点了。由于该指数的特性，那份榜单更多侧重于研究的社会影响力和大众传播度。

为了回归纯粹的学术语境，我们重新梳理了过去一年的重磅文献，仅聚焦于神经科学领域的硬核学术突破，特别策划了这期「神经科学十大年度发现」。希望这篇更具学术深度的查缺补漏的盘点，能为你的研究与思考带来全新的启发。

无痛电刺激或可提升数学能力近30%

数学能力的差异往往会引发教育资源和阶层的不平等（即教育中的“马太效应”）。为了探究这种差异的神经生物学根源，研究团队开展了一项为期5天的数学学习实验，首次揭示了大脑额顶叶网络（Frontoparietal network）在复杂计算学习中的因果作用，并证明了经颅随机噪声刺激（tRNS）能够有效帮助处于“神经生物学劣势”的学习者提升成绩。

研究团队招募72名牛津大学学生，通过fMRI测量基线脑功能连接。同时，采用双盲经颅随机噪声刺激（tRNS，高频电刺激技术）靶向背外侧前额叶皮层（dlPFC）或顶后叶皮层（PPC）脑区。此外，利用功能性磁共振成像（fMRI）测量脑区间的基线功能连接，并结合磁共振波谱（MRS）量化大脑中GABA（抑制性）和谷氨酸（兴奋性）等神经递质的浓度变化。

研究发现，对于涉及大量计算的内容，被试背外侧前额叶皮质、顶后页皮层与海马体之间的神经连接越强，数学成绩就越好。但在单纯的机械记忆任务中，并未发现这种关联。对于那些初始额顶叶连接较弱、原本被预测学习表现较差的受试者，针对dlPFC（而非PPC）进行tRNS电刺激，能够显著提升他们的计算学习成绩。这种干预让他们打破了基线连接较弱带来的限制，表现追平甚至超越了优势组。

进一步的神经化学分析表明，这种成绩的提升与大脑的“兴奋/抑制”平衡密切相关。当受试者dlPFC区域的抑制性神经递质（GABA）水平下降，且伴随额顶叶正向连接减弱时，tRNS电刺激带来的学习改善最为显著。这项研究表明，基于个体大脑特征的个性化神经干预，未来有望切实帮助那些因先天神经生物学特征而在数理学习中挣扎的学生，从而促进更公平的教育结果。

标题： Functional connectivity and GABAergic signaling modulate the enhancement effect of neurostimulation on mathematical learning

DOI： 10.1371/journal.pbio.3003200

AMScore： 715

发表期刊：PLOS Biology

Nature：肌电手环sEMG，

即插即用的人机交互新方式

当前的人机交互（HCI）方式，如键盘和触摸屏，在移动场景下存在局限。尽管脑机接口（BCI）被认为是理想的解决方案，但高带宽的接口通常需要侵入性手术且模型专用，而无创方案（如EEG）信噪比低，难以普及。表面肌电图（sEMG）作为一种无创技术潜力巨大，但一直受限于跨姿势稳健性差、缺乏标准化数据和跨用户通用性不足等问题。

研究团队开发了一款高灵敏度、易于佩戴的干电极sEMG腕带，用于记录手腕处的肌肉电信号。同时，建立了一个可扩展的数据采集架构，从数千名同意参与的测试者那里收集训练数据。此外，利用大规模数据集训练通用的sEMG解码神经网络模型，使其能够跨人群泛化。

研究发现，该接口实现了“开箱即用”的高性能，无需针对个人进行专门训练或校准。与此同时，离线（open-loop）测试中，手势和手写识别的分类准确率超过90%。在失明基准测试和连续导航任务中，新用户每秒可完成0.66次目标捕获，离散手势识别速度达每秒0.88次。特别是在手写转录任务中，该系统表现出极高的鲁棒性，文本录入速度达到了每分钟20.9个单词。此外，长期追踪测试证实了该方案在长达一年或面临传感器物理位移时仍能保持稳定的交互性能。

标题： A generic non-invasive neuromotor interface for human-computer interaction

DOI： 10.1038/s41586-025-09255-w

AMScore： 752

发表期刊：Nature

Science：婴儿失忆症

主要源于记忆提取而非存储障碍

婴儿失忆症（即成年人无法回忆婴儿时期特定事件的现象）一直是发展心理学的重要课题。传统理论认为这可能与婴儿记忆编码能力不足有关，但耶鲁大学Nicholas Turk-Browne团队通过创新性的fMRI研究提出了新的解释。

研究团队创新性地开发了一种的功能性磁共振成像（fMRI）装置。这一巧妙设计允许研究人员将图像直接投射到机器内部婴儿头顶上方区域。同时，父母可在附近与孩子互动安抚，而研究人员则能实时观察婴儿记忆形成的神经活动。

他们招募了26名年龄在4.2至24.9个月之间的婴儿，进行视觉记忆实验：展示新图像后，使用fMRI记录海马体活动。同时，通过图像再认测试评估记忆能力，分析海马体活动强度与记忆表现的相关性。此外，特别关注海马体后部（与成人情景记忆相关区域）的发育特征。

研究发现，婴儿海马体（特别是后部）能有效编码记忆，12个月以上婴儿表现更显著。与此同时，记忆编码能力与海马体活动强度直接相关，证明婴儿具备记忆形成能力。另外，研究支持检索机制不成熟假说，表明婴儿失忆症主要源于记忆提取而非存储障碍。

标题： Babies form fleeting memories

DOI： 10.1126/science.adw1923

AMScore： 831

发表期刊：Science

睡眠不足会让你无法忘记不愉快的记忆

睡眠问题与侵入性记忆在许多心理健康问题的发生和维持中扮演重要角色。尽管已有研究表明睡眠剥夺对高阶认知功能有广泛负面影响，但其对记忆控制的具体影响机制尚不明确。本研究通过功能性神经影像学（fMRI）实验，探讨了睡眠剥夺对大脑抑制不需要记忆的能力的影响，并揭示了快速眼动（REM）睡眠在恢复这一功能中的关键作用。

研究团队对85名健康成年人开展功能性神经影像学实验，将参与者随机分为两组：一组在任务前正常睡眠，另一组整夜保持清醒；随后完成记忆抑制任务，并在fMRI下记录脑活动。

研究发现，睡眠剥夺会显著降低记忆抑制任务中右背外侧前额叶皮层的激活，同时减弱对海马体活动的抑制。在休息充足的个体中，REM睡眠时长与右背外侧前额叶激活正相关，提示REM睡眠有助于恢复前额叶的记忆控制。另一个重要结果是，睡眠剥夺导致默认模式网络（DMN）与中央执行网络（CCN）之间的功能连接异常，并削弱与双侧丘脑的耦合。

标题： Memory Control Deficits in the Sleep-Deprived Human Brain

DOI： 10.1073/pnas.2400743122

AMScore： 887

发表期刊：PANS

Nature：首张全脑决策地图发布，

颠覆大脑功能传统认知

传统神经科学通常孤立地研究单个或少数几个脑区，导致对大脑如何协同工作以完成决策等复杂行为的理解是零碎的。大脑功能被普遍认为是分层处理的，但这一模型的全面性受到越来越多的挑战。要获得完整的图像，需要对全脑范围内的神经活动进行系统性的、标准化的记录。

本研究由国际脑实验室（International Brain Laboratory, IBL）旗下的12个团队协作完成，确保了数据采集与分析的高度标准化。研究人员训练小鼠完成一项视觉决策任务：根据屏幕一侧出现的光线，转动轮子以获得奖励。此外，在任务进行过程中，研究人员使用“神经像素探针”（Neuropixels probes）技术，以前所未有的规模，在139只小鼠的大脑中同步记录了分布在279个脑区（占小鼠大脑体积的95%）的超过62万个神经元的活动。

通过699次探针插入，研究者成功采集了超过62万条神经元活动轨迹。这些数据涵盖279个脑区，成功绘制了首张在决策行为中具有单细胞分辨率的全脑神经活动图谱。与此同时，研究发现，决策信号并非局限于少数高级脑区，而是惊人地广泛分布于整个大脑。从视觉输入、证据积累、运动规划到奖励反馈，几乎所有脑区都参与其中，挑战了传统的大脑功能分层模型。另外，基于先前经验的“预期”信号同样被编码在全脑，甚至包括丘脑等初级感觉处理区域，这印证了大脑是一个“预测机器”的观点。

标题： A brain-wide map of neural activity during complex behaviour

DOI： 10.1038/s41586-025-09235-0

AMScore： 901

发表期刊：Nature

利用纳米粒子逆转小鼠阿尔茨海默病

阿尔茨海默病（AD）是一种由淀粉样蛋白-β（Aβ）在脑内异常积累引起的神经退行性疾病，其病理特征包括血脑屏障（BBB）的功能障碍。传统的纳米医学常将纳米粒子用作药物载体，而本研究则开发了一种新型的“超分子药物”，即具有生物活性的纳米粒子，旨在通过修复BBB的功能来治疗阿尔茨海默病。

研究团队设计并合成了具有特定“中等亲和力”的LRP1靶向聚合物囊泡（A40-POs），作为“超分子药物”。同时，该纳米粒子能够靶向血脑屏障上的低密度脂蛋白受体相关蛋白1（LRP1），通过模拟其配体，促进LRP1介导的转运，偏向于恢复受损的血管系统的清除功能。此外，在阿尔茨海默病模型小鼠中，通过注射纳米粒子进行治疗。

研究发现，注射纳米粒子1小时后，小鼠脑内Aβ含量减少约50%+，2小时内，脑Aβ水平降低近45%，而血浆Aβ水平从85.3ng/ml升至673.5ng/ml，增幅达8倍，表明Aβ的脑内-血液单向清除通路被有效激活。与此同时，治疗能够有效恢复受损的血脑屏障功能，LRP1介导的Aβ清除能力得到提升。另外，在阿尔茨海默病模型小鼠中，认知功能得到了显著改善，空间学习和记忆能力恢复至接近野生型小鼠的水平，这种认知益处持续长达6个月。

标题： Rapid amyloid-β clearance and cognitive recovery through multivalent modulation of blood–brain barrier transport

DOI： 10.1038/s41392-025-02426-1

AMScore： 918

发表期刊：Signal Transduction and Targeted Therapy

Science：成年人海马体神经发生新证据，

神经祖细胞持续存在至老年

海马体是大脑中负责学习、记忆和情绪调节的关键区域。2013年Jonas Frisén团队证实成年人类海马体存在神经发生现象，但关于神经祖细胞的存在及其分裂能力一直存在争议。

在这项新研究中，科学家结合单核RNA测序（snRNA-seq，分析单个细胞基因表达）和流式细胞术。同时，采用机器学习算法识别神经元发育阶段。此外，使用RNAscope和Xenium技术进行空间定位。

研究团队分析了从0岁-78岁的海马体样本，他们发现：童年期（0-5岁）神经祖细胞数量最多，能清晰观察到“神经干细胞→中间祖细胞→神经母细胞→未成熟神经元”的完整分化轨迹；青春期（13-31岁）：神经祖细胞数量减少，但仍能通过机器学习算法识别出完整的神经发生过程，且70%的祖细胞处于细胞周期中，正在分裂增殖；成年期（20-78岁）：神经祖细胞变得更稀有，但并未消失。在40岁、58岁甚至78岁高龄的健康长者海马体中，依然检测到了表达增殖标志物（如Ki67/MKI67）的祖细胞。

空间转录组学进一步证实，这些新生细胞主要诞生并聚集在海马体齿状回颗粒细胞层及其邻近的门区。此外，研究还发现神经发生的数量存在显著的个体差异，有的70岁老人海马体中新生活跃的细胞数量，甚至堪比年轻个体。

标题： Identification of proliferating neural progenitors in the adult human hippocampus

DOI： 10.1126/science.adu9575

AMScore： 981

发表期刊：Science

机器人外骨骼助力钢琴家突破速度极限

钢琴演奏者在长期练习后常遇到演奏能力平台期，难以进一步提升速度。为了解决这一问题，研究团队开发了一种手部外骨骼机器人，通过被动训练帮助钢琴家突破这一瓶颈。该研究旨在探索如何通过新型感官体验克服运动技能的“天花板效应”，并研究其对大脑神经可塑性的影响。

研究团队招募了118名训练有素的钢琴家，使用手部外骨骼开展受控实验。外骨骼附着于右手手指，能够快速且独立地控制手指运动，模拟钢琴演奏所需的复杂动作。

实验分两阶段进行：受试者先通过自主练习达到个人速度平台期，随后实施被动训练，以超过其自主能力的速度驱动手指；并在训练前后评估演奏速度及未训练左手的能力变化。

研究发现，训练显著提高了演奏速度，突破了原有平台期；尽管仅训练右手，左手能力亦有所提升，体现出“手间转移效应”。功能评估显示左侧运动皮层多指协调模式发生改变，指向训练诱发的神经可塑性。

标题： Surmounting the Ceiling Effect of Motor Expertise by Novel Sensory Experience with a Hand Exoskeleton

DOI： 10.1126/scirobotics.adn3802

AMScore： 1029

发表期刊：Science Robotics

大脑推理脑区确认，

右额叶是关键处理器

逻辑推理能力是人类智力的核心，但其神经机制长期存在争议。传统fMRI研究只能提供相关性证据，而脑损伤研究又面临样本量不足的挑战。伦敦大学学院与伦敦大学学院医院的研究团队首次通过大规模临床研究证实：右额叶是支持人类推理能力的核心脑区。

研究团队采用损伤-缺陷映射（lesion-deficit mapping）技术研究247名单侧脑损伤患者。同时，开发新型口头类比推理测试（ART）和非言语演绎推理测试（DRT）。此外，使用非参数贝叶斯随机块模型（non-parametric Bayesian stochastic block modelling）分析脑网络。

研究发现，右额叶损伤患者在两项测试中错误率比其他患者高15%。例如，在DR测试中，健康人平均耗时30秒解决的问题，右额叶损伤患者需要额外多花1-2分钟，且常出现逻辑链条断裂。

与此同时，研究发现专门负责推理的右额叶网络与流体智力（Gf）网络高度重叠。其中，右额叶中部分区域（如前额叶皮层）不仅参与逻辑推导，还与解决全新问题的能力密切相关。这解释了为何脑外伤患者可能同时出现推理障碍和适应能力下降。另外，研究表明新测试可有效识别传统方法难以检测的右额叶功能障碍。

标题： A right frontal network for analogical and deductive reasoning

DOI： 10.1093/brain/awaf062

AMScore： 1119

发表期刊：Brain