| AnimalTA：一款简单而灵活的视频追踪与手动校正工具。 |
Chiara, V. |
2026-06-30 |
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1. 视频追踪程序现已成为生物领域研究者测量动物行为的重要工具。可用的程序种类迅速增长，为研究者提供了众多能精准匹配需求的专用工具。然而，这些程序的激增可能使追踪后的数据处理变得复杂，部分程序甚至未提供修正追踪错误或分析追踪数据的工具。就商业软件而言，因预算限制或研究者跨机构流动而无法使用某程序，可能导致其无法访问和可视化追踪数据。2. 因此，亟需一种易获取且灵活的工具来处理追踪后流程，例如对不同视频追踪程序所得数据进行修正与分析。3. 本文介绍视频追踪与分析程序AnimalTA的最新版本。通过这一新版本，我们提出通过为科学界提供可导入其他视频追踪程序数据的程序来解决上述问题。与先前版本相同，AnimalTA仍保持免费、开源且高度用户友好的特性，确保其始终可无限制访问。如今，借助这一新导入功能，使用其他程序进行追踪的用户可受益于AnimalTA完整的数据可视化、修正与分析工具集。4. 最后，本文概述了该新版本的其他主要改进。程序在视频导入与追踪速度上均有提升，扩展了数据可视化与修正工具集，并新增了数据分析选项。 |
| 卫星胶质细胞驱动交感神经元中的稳态突触结构可塑性 |
Harrison, J. |
2026-06-30 |
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交感神经元（SN）活动对周围器官和组织的发育及功能具有关键调控作用。研究表明，活动依赖性可塑性可调节SN输出，提示代偿性可塑性形式可能有助于维持交感神经回路的稳定性。在人类及自发性高血压大鼠（SHR）中，早期SN过度活跃会驱动高血压的发展。本研究采用化学遗传学与药理学方法，利用SHR中SN活动增强的特性，探究长期活动变化如何影响新生SN培养物的突触特性。我们发现，SN活动的双向变化会导致突触密度的代偿性改变，从而抵消长期活动干预的影响。这些变化由卫星胶质细胞（SGCs）介导——这种交感神经节中的非神经元细胞已被证实能在发育过程中影响胆碱能突触位点。在缺乏SGCs的情况下，稳态可塑性无法被诱导。此外，直接化学遗传学激活SGCs足以驱动代偿性可塑性，而胶质细胞抑制则会阻断SN可塑性。我们发现SGCs通过下调突触调控因子NGF和TNF的表达来响应胆碱能信号，提示神经元与胶质细胞通过相互作用在回路活动长期变化中维持交感输出稳定。最后，我们探究了这些可塑性机制是否存在于新生SHR的SN中。实验证明，SHR的SN在突触形成和活动依赖性可塑性过程中均表现出对胶质细胞的响应减弱。综上，本研究揭示了外周神经系统中一种新型的稳态活动依赖性可塑性机制。 |
| 表征几何作为连接组约束网络的保真度指标：来自果蝇视觉系统的证据 |
Zhou, M. G. |
2026-06-30 |
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生物布线对神经计算的实际贡献是什么？行为实验可以检验模型是否产生正确的输出，但无法判断其内部表征是否具有生物学保真度。Brunton等人（2026）将这一问题具体化：基于深度学习强化训练线虫连接组模型能产生逼真的果蝇行走行为——然而该模型在生物学上毫无意义，因为行为保真度无需生物学保真度即可实现。我们需要一种无需行为解码器、能区分真实生物布线与任意布线的人群水平度量指标。我们提出表征几何作为该指标。表征几何——不同刺激下群体响应间成对距离的结构——捕捉了神经回路如何组织其表征空间，独立于其驱动的行为。我们将表征相似性分析（RSA）和中心核对齐（CKA）应用于Flyvis预训练的果蝇视觉系统集成模型（Lappalainen等人，2024）：50个架构固定为Flyvis连接组（基于部分电子显微镜数据重建）的网络，与稳定性约束的随机基线（保留符号的权重打乱，经动态稳定性拒绝采样，n=50）进行比较。连接组约束网络产生平滑的圆形方向几何结构，随机网络无法复制：ON边缘刺激的RSA斯皮尔曼相关系数r=0.686（p<0.0001），ON+OFF边缘刺激r=0.846（p<0.0001），CKA验证结果一致（两项实验p<0.05）。该几何结构还追踪了活体果蝇记录的T4/T5方向调谐（Maisak等人，2013）：连接组约束几何与生物数据的匹配度显著优于随机几何（r=0.930 vs. r=0.603，差值Δr=0.327，p<0.0001）。在每种刺激极性内，ON通路编码方向时的几何分离度强于OFF通路（Δr=0.138，95%置信区间[0.091, 0.236]）；我们将其报告为模型集成表征的属性而非已确立的生物学差异：Maisak等人（2013）发现除对比极性外T4和T5功能等效。为解决训练混淆问题，我们将未训练网络与打乱基线比较：连接组先验在任务训练前即在集成层面塑造方向几何结构（r=0.260，p=0.041和r=0.215，p=0.048；均为未校正的边际显著），表明布线编码了训练放大的几何先验。这些结果确立了表征几何作为候选保真度度量——仅通过结构化刺激集的群体响应即可区分生物布线与任意布线，并为接近哺乳动物皮层的连接组规模仿真提供了保真度度量的实践路径。 |
| 睡眠不足、心理困扰和缺乏运动对年轻人认知失误的叠加效应 |
Sarkar, A. |
2026-06-30 |
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年轻人常报告认知功能下降，并常将其归因于睡眠不足。然而，主观认知功能受更广泛的生活方式和情感因素影响。本研究分析了530名年轻人（平均年龄22.1±2.3岁）的横截面数据，探讨短睡眠时长、低体力活动和心理困扰与日常认知失误的独立、交互及累积关联。单变量分析显示，认知失误与睡眠时长、体力活动、睡眠质量和心理困扰显著相关。但分层回归表明，心理困扰、睡眠质量差和短睡眠时长是认知失误的主要独立相关因素，共同解释了认知失误问卷评分中较大比例的变异（R平方=0.585，p<0.001）。相比之下，在调整睡眠和心理困扰后，体力活动的表面保护效应未显现（p=0.976），且未观察到睡眠与体力活动的显著交互作用。此外，累积风险模型显示出稳健的剂量-反应关系，随着行为和心理风险因素的累积，认知失误逐渐增加（p<0.001）。暴露于全部三种风险因素的个体，其认知失误负担是零风险因素个体的两倍以上。这些结果表明，年轻人认知负担的最佳解释是行为和心理风险因素的叠加效应，而非生活方式风险因素的补偿作用。因此，旨在保护认知功能的干预措施应同时关注睡眠健康和心理福祉，而非仅依赖体力活动来抵消认知负担。 |
| DATRASextra：用于简化ICES DATRAS底拖网调查数据工作流程的R包 |
Mildenberger, T. K. |
2026-06-30 |
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科学底拖网调查为渔业和生态系统研究提供了关键的独立于渔业的调查数据。在东北大西洋，ICES拖网调查数据库（DATRAS）整合了多个长期调查的渔获物站位信息、物种及体长特异性捕捞数据以及个体生物学观测记录。然而，处理与整合这些关系型数据集的可重复工作流程仍具挑战性。我们开发了DATRASextra——一个开源R语言包，提供模块化的端到端工作流程，用于访问、清洗、标准化、质量控制及分析DATRAS调查数据。该包支持推导标准化的站位级调查变量、整合多个调查数据，并生成可直接用于下游应用的分析就绪数据集，包括资源评估、生物多样性分析以及FishGlob等大规模综合研究项目。 |
| 将功能性磁共振成像分析技术应用于全脑钙成像数据，以探究黑腹果蝇的结构与功能关系。 |
Okuno, T. |
2026-06-30 |
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阐明结构与功能之间的关系对于理解大脑至关重要。在果蝇中，基于FlyEM和FlyWire电子显微镜的连接组数据以及全脑钙成像数据已可获取。我们将fMRI的预处理方法应用于全脑钙成像数据，并全面研究了最优参数。随后发现，功能连接与结构连接的相关性随感兴趣区域数量呈线性下降，这一趋势在果蝇和人类中一致。我们还开发了一种更稳健的新方法来量化突触前与突触后分离程度，并在果蝇全脑中进行了研究。结果显示许多神经元存在未分离的突触。我们提取了高度未分离的突触，并与随机提取的零结构连接矩阵进行比较，发现其功能-结构连接相关性显著更高，表明这些突触对功能连接贡献良好。相反，高度分离的突触表现出显著较低的功能-结构连接相关性，对功能连接贡献较小。具有未分离突触的神经元（如非尖峰神经元）遍布全脑，被认为对功能连接具有重要影响。 |
| 通过对其宿主植物的影响揭示叶螨与病毒之间的相互作用。 |
Gupta, V. |
2026-06-30 |
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当宿主同时感染多种寄生虫时，共感染会改变寄生虫及其宿主的生活史特征。本研究以番茄植株为对象，探究番茄斑萎病毒（TSWV）与非媒介二斑叶螨（Tetranychus urticae）在共感染中的相互作用。我们比较了两种TSWV分离株（毒力更强的France81与LYE1137vir）在单感染和共感染条件下二斑叶螨的雌成螨及若螨数量、病毒载量，并测量了宿主性状（株高、鲜重、叶绿素含量及花朵数）。TSWV感染降低了植株的株高、鲜重、花朵数和叶绿素含量，其中France81分离株的抑制作用更为显著。二斑叶螨仅导致株高降低。毒力更强的TSWV分离株通过增加单位株高上的雌螨后代数量促进了叶螨繁殖，使其传播水平可能达到与无病毒植株相当。相反，二斑叶螨对两种TSWV分离株的病毒载量均无显著影响。然而，共感染对株高的叠加抑制作用可能增加宿主死亡率，缩短两种寄生虫的传播窗口期。本研究强调，在探究共感染对寄生虫适应度的影响时，需全面评估整个感染周期中宿主与寄生虫的生活史特征。 |
| 共存的Y单倍型揭示了围绕共享性别决定区域的周期性性染色体分化。 |
Carpentier, F. |
2026-06-30 |
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性染色体进化通常被视为一个单向过程：重组抑制从性别决定位点向外扩展，最终导致Y染色体退化。然而，包括蛙类在内的许多脊椎动物，尽管长期存在重组抑制，却仍保留同型性染色体和多态性分化，这令人费解。本研究结合群体全基因组重测序、双单倍体YY基因组和RNA-seq技术，解析瑞士阿尔卑斯山地区普通蛙（Rana temporaria）种群中同型性染色体进化的动态机制——该种群存在多个Y单倍型共存现象。我们发现：两个完全分化的Y单倍型携带异常巨大的非重组区（NRR），覆盖性染色体约90%区域（约618-625 Mb）；而半分化Y单倍型仅保留4.64 Mb的Dmrt1连锁性别决定区；XX雄性在遗传上与XX雌性无法区分。这些大型NRR呈现有限退化特征：无基因丢失、Y连锁拷贝衰减、快X进化或性别偏向基因富集现象，仅存在适度重复序列积累。值得注意的是，共存的Y单倍型既非独立的性别决定系统，也非单一退化轨迹的连续阶段。相反，它们共享祖先的Dmrt1连锁区域（X-Y分化时间约3.47-5.70百万年前），而该区域的现代Y拷贝仍近乎一致，大型NRR则独立积累私有突变。据此我们提出Y染色体分化的循环动态模型：极端异源交叉促进大型NRR快速形成，性反转XY雌性周期性恢复X-Y重组，基因转换和/或稀有Y-Y重组可能均质化Dmrt1连锁区域的Y拷贝，而重新建立的雄性传递驱动后续Y特异性分化。该发现为性染色体进化核心悖论提供了全基因组解析：性染色体如何在经历广泛重组抑制后仍保持同型且仅微弱退化。通过揭示异源交叉与性反转可解耦性连锁区域的物理范围、年龄和退化程度，本研究将同型性染色体重新定义为动态、周期性再生的系统，其形态由重组抑制、X-Y重组恢复和Y分化更新交替塑造。 |
| 基于深度线粒体突变谱分析的单细胞调控多组学的稳健性与可靠性 |
Weng, C. |
2026-06-30 |
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单细胞中线粒体DNA突变的检测，为规模化定义克隆关系并整合人类细胞状态信息提供了重要潜力。既往方法主要关注高异质性突变，这类突变虽具信息价值但数量稀少，且可能受功能选择影响，导致谱系信息有限并引入追踪偏差。尽管检测难度更大，中低异质性线粒体DNA突变因其高度多样性、丰富性及较低的选择倾向性而具有重要价值。为提升线粒体DNA突变检测能力并实现精细尺度谱系追踪，我们开发了单细胞调控多组学与深度线粒体突变分析（ReDeeM）方法——一种整合实验与计算框架。在此，我们重点解决基于单细胞线粒体DNA谱系分析的两大核心挑战：变异检测流程的保真度与系统发育推断的可靠性。研究表明，通过共识纠错策略，ReDeeM的线粒体DNA突变检测可实现高保真度，即使对于每个细胞仅由单分子支持的突变，也能与真实突变特征高度吻合。我们同时开发了改进型后共识过滤方法"filter2"，可系统识别并过滤残留的边缘富集伪影（尽管此类伪影仅影响少数突变检测）。为系统验证ReDeeM，我们近期在人造血干细胞中开展了慢病毒条形码实验，在细胞扩增与分化前对每个细胞进行独特标记，为评估谱系追踪准确性提供金标准。验证表明，原始ReDeeM分析流程（filter1）能以高分辨率与高召回率稳健恢复真实克隆结构。纳入中低异质性变异（每个细胞<10%）可显著提升谱系推断效果，而排除单分子支持的突变则会丢失真实克隆信号并降低克隆恢复能力。Filter1与filter2均能准确恢复真实克隆，在金标准精确度与召回率方面优于既往基于线粒体DNA的谱系追踪方法，其中filter2展现出更优性能。尽管ReDeeM通过高分辨率恢复真实克隆推动了线粒体DNA谱系追踪发展，但线粒体遗传导致的系统发育不确定性量化问题仍未解决。为此，我们近期开发并验证了MitoDrift——一种面向下一代谱系追踪的漂变感知框架，可进一步强化系统发育推断并提供可解释的不确定性估计。 |
| 使用GeoAdvAE整合未配对单细胞数据中神经细胞的形态与基因表达 |
Du, J. T. |
2026-06-30 |
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背景：细胞形态转变在多种疾病中均有观察到，但其功能作用仍不明确，因为很少有技术能在同一细胞中同时分析形态与功能。将单细胞形态与转录组学关联存在困难：两种模态缺乏特征对应关系，且通常在不同细胞中测量。方法：我们提出GeoAdvAE，一种用于单细胞形态与单细胞RNA测序对角（非配对）整合的几何感知对抗自编码器。GeoAdvAE通过耦合模态特异性变分自编码器、Gromov-Wasserstein正则化器与对抗判别器，将非配对的形态与转录组嵌入共享潜在空间，同时保留重建保真度与跨模态几何结构。结果：以具有联合形态-RNA测量的patch-seq神经元为金标准，GeoAdvAE在对角整合方法中实现了最佳跨模态细胞类型匹配准确率，优于最优传输、潜在对齐及对抗基线方法。应用于5xFAD阿尔茨海默病模型中98个CAJAL定量小胶质细胞形态与31,948个单细胞转录组数据时，GeoAdvAE恢复出对齐两种模态的一维轴。积分梯度归因揭示了转录组变化（分枝状小胶质细胞中的DNA修复；阿米巴样小胶质细胞中的细胞杀伤），提名了基因标志物（Ms4a6b；Ftl1/Fth1），并发现了与形态解耦的疾病相关小胶质细胞特征。结论：当形态与转录组联合分析不可行时，GeoAdvAE为连接细胞"形态"与"功能"提供了可扩展且可解释的方法。本方法开源地址：https://github.com/turbodu222/GeoAdVAE。 |