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思维控制直升机和大便的愈合力

今天医学上五个不太可能的突破

科学史因在他们出现的时代而言时似乎不太可能。感染......由Lina Zeldovich

T他的科学历史与医疗突破打折不断,在他们出现的时刻似乎不太可能。在20世纪之前,简单的切割或喉咙痛的感染余地浪费数百万人。治愈在哪里?当然,在20世纪20年代,没有人想象它是来自在伦敦教授的实验室的培养皿上形成的绿色模具。但是青霉素的故事象征着改变世界的不太可能的事件。它还让我们想知道医学科学今天不太可能的治疗。当然,答案是许多人,但我们将列表缩小到五个具有潜在广泛应用的显着发展。


便便的力量

人类粪便是早期文明的祸害,导致疾病和死亡。所以它听起来不太可能,听起来很狡猾,报告大便有能力愈合。令人惊讶的是,人类粪便物质含有量含量愈合特性的微生物。

2008年,美国医生将人粪员移植到患有由细菌引起的抗生素抗性肠道感染的明尼苏达州的妇女中,艰难梭状芽胞杆菌. 这是医护人员的最后手段。几天之内,病人的感染就消失了。劳伦斯伯克利国家实验室的微生物生态学家珍妮特·詹森(Janet Jansson)说:“我没有预料到这一点。”。“但这是一个范式转变,你可以利用微生物群落在新的宿主中建立它。”

Poop Cured代表了“细菌疗法”的生长领域,其通过将微生物从健康个体移植到生病的人中。(明尼苏达案件中的粪便来自患者的丈夫。)我们的“微生物组”,生活在我们身体和身体上的微生物的收集在我们的福祉中起着至关重要的作用。在成年人中,微生物细胞比人细胞更多。我们的微生物群落中的不平衡会导致健康问题和感染。大多数感染是用抗生素治疗,抗生素会破坏细菌,通常具有副作用。

细菌治疗不会是一刀切的,因为每个人都是独一无二的,人类的微生物群落是多样的,Jonathan Eisen说,他在加利福尼亚大学,戴维斯基因组中心研究微生物。“但是,直接从捐赠者或以实验室控制的方式进行移植治疗某些疾病的潜力是巨大的。”


抹去不好的记忆

这是一部伟大的电影,但它似乎不太可能在美丽心灵的永恒阳光当吉姆·凯瑞在纽约市一间昏暗的公寓里,与凯特·温斯莱特的恋情被波西米亚式的大脑技术人员抹去的痛苦记忆。但减轻创伤记忆的情感打击并不是电影幻想。麦吉尔大学研究记忆的行为神经科学教授卡里姆·纳德(Karim Nader)解释说,阳光可以恢复阴郁的头脑。

纳德说,每一段记忆都被“归档”到你大脑的不同位置。你的杏仁核记录了记忆的情感方面,而海马体保留了它的认知部分。为了实现这一点,大脑所有区域的神经元都必须产生新的蛋白质,这些蛋白质成为“新记忆的物理表述”,本质上是新记忆的基石。这就是为什么新的记忆不能立即被“保存”。纳德说:“植入大脑大约需要4个小时。”

减轻创伤记忆的情感打击不是电影幻想。阳光可以恢复到原来的水平
多云的头脑。

如果新的记忆是创伤性的,可以通过阻止杏仁核中的蛋白质形成来“取出”它的情感部分。前额叶皮层可以像刹车一样抑制情绪的表达。“人们过去认为这是不可能的,”纳德说。但如果在创伤经历后几小时内服用心得安,这种最初用于治疗高血压的药物,已被证明可以减少创伤后应激障碍(PTSD)。阻止杏仁核中蛋白质的形成不会影响大脑其他区域的有意识记忆存储机制,所以这个人仍然会记得这件事。纳德解释说,只有它的创伤强度会减弱。

然而,纳德说,当记忆被提取出来时,它们通常会被记录回大脑。这给了科学家更多的机会去干扰不想要的回忆中蛋白质的产生。最近的一项研究表明,当PTSD患者在回忆并详细记录他们的痛苦经历后立即服用普萘洛尔,他们的症状就会减轻。纳德说:“我们发现患有PTSD 30年的人的创伤记忆降低到了非PTSD水平。”。他补充说,通过记忆疗法,创伤后应激障碍有一天可能会成为过去。“我认为我们非常接近,”他说。


骨头,定做的

骨头可以被折断,可以用合成材料制成,也可以用我们身体里的其他骨头雕刻而成。但是长出新骨头呢?这是不可能发生的。直到现在。哥伦比亚大学(Columbia University)的科学家已经证明,他们可以按顺序制作骨骼。

“组织工程师”已经工作了几十年,他们致力于从干细胞中培育新的器官,包括心脏。但哥伦比亚大学生物医学工程系的Gordana Vunjak-Novakovic说,考虑到不同的密度和形状,创造新的骨骼“更复杂”。在他们的第一个实验中,“骨骼工程师”从很小的面部骨骼开始。最近,乌尼亚克-诺瓦科维奇和哥伦比亚大学医学中心颅面外科教授西德尼·艾西格培育了位于耳朵旁边的下颌骨的部分——垂直分支和髁——并成功地将它们植入了猪体内。

创造新骨骼将使医生能够避免在患者中雕刻它们的伤害过程。它将绕过一些患者的潜在拒绝合成骨骼。要创建新的有机骨骼,哥伦比亚队伍在脚手架中播种的干细胞 - 一块剥离所有细胞材料的动物骨头,并通过生长骨雕刻在所需的形状和泵送的营养物中,以将它们输送到内部的细胞。由于新的骨骼由叫做成骨细胞的特殊细胞形成,因此旧的脚手架被其对应物溶解的骨质糖溶液溶解。结果是一个完全可行的活骨。通过缩放,相同的技术可用于种植任何其他骨骼,包括椎骨。“如果它在脸上工作,它可以在身体的其他部分工作,”艾西格说。


小人国的外科医生

想象一下微型机器人外科医生在你的身体里进行修复。它即将成为现实。哥伦比亚大学(Columbia University)和范德比尔特大学(Vanderbilt University)的科学家和外科医生已经建造了Insertable Robotic Effector Platform (IREP),它可以通过一个15毫米的切口进入人体,从胶囊中展开,并根据外科医生的指示,移动到特定的器官来执行手术任务,比如夹紧动脉和缝合。

IREP经历了几个发展阶段。首先,哥伦比亚大学计算机科学家彼得·艾伦(Peter Allen)设计了一种可插入式摄像机,可以倾斜、平移并跟踪腹部手术器械的运动,并将其视觉投射到计算机屏幕上。为了验证这一点,外科医生丹尼斯·福勒在猪模型上进行了许多阑尾切除术、肾镜检查和其他手术。然后,范德比尔特大学的机械工程师纳比尔·西曼(Nabil Simaan)为IREP配备了两个蛇形手臂,这两个手臂由一系列脊椎骨和金属丝连接而成,可以按照要求的方向弯曲和扭转手臂。Simaan还提供了IREP手腕和手爪来操纵物体。IREP使用标准腹腔镜手术检查设置进行测试,所有外科医生必须通过该设置才能获得委员会认证。它通过了测试,但尚未用于人类。

Fowler说,与外科医生标准的腹腔镜抓取器和解剖器相比,IREP在操作组织和器官方面的灵活性对患者来说更好。在侵入性手术中,它还可以减少切口的大小和数量。


大脑控制直升机

据近几步前,几乎没有希望那些瘫痪的人能够尽可能简单地拿起一瓶水。但是因为它可能听起来不可能,瘫痪的人现在可以用他们的想法控制机器人。

最近,几个科学团队已经对脑-机接口进行了实验,这是一种电子设备,可以将人们的意图转化为机器人设备。但这些实验通常需要侵入性的方法:采集神经元电活动的电极必须通过手术植入大脑,并保持在那里。

2013年6月,Bin He教授和他的团队在明尼苏达大学展示了第一个非侵入式脑-机接口。他们用脑电图法捕捉神经元的脉冲,该方法通过配备电极的头盖骨从人的头皮记录大脑活动。参与者驾驶着一架玩具四轮直升机,一架遥控直升机,在他们的头脑中想象它复杂的运动。他们的精神指挥权在掌舵。

脑电图的方法并不实用,因为大脑会产生各种脑电波,解码大脑外部的“噪音”是很困难的。他说:“我们面临的挑战是,如何从隐藏在背景脑电波中的人类“意图”中提取出这些极其微弱的信号,并可靠地解释它,以用于设备的实时控制。”通过放大一种被称为感觉运动节律的特殊波——当我们想象各种动作时,比如向右或向上移动四轴飞行器,大脑皮层会产生有节奏的电脉冲——科学家们能够将脑电波转化为指令。脑电图解码后的控制信号通过Wi-Fi发送到四轴飞行器,以指导其飞行。他说:“脑电图电极本身就能完成这个复杂的任务。”这项技术将使瘫痪者无需脑部手术就能控制机器人四肢。有一天,它会允许几乎所有人戴上电子头盖帽,用大脑驾驶遥控直升机吗?这些都是可怕的想法。

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