脑启发的低能耗生成模型——Spiking Diffusion Models研究评述 背景概述 近年来，人工智能领域涌现出众多前沿技术，其中深度生成模型（Deep Generative Models, DGMs）通过生成图像、文本等数据表现出了卓越的能力。然而，这些生成模型通常依赖人工神经网络（Artificial Neural Networks, ANNs）作为骨干网络，其高度依赖算力和内存资源的特性使其在大规模应用中面临显著的能耗问题。同时，与人类大脑相比，ANNs的能耗效率远不及人类大脑的20瓦功率水平，这导致研究人员对更高能效的神经网络架构产生了兴趣。 与ANNs不同，脉冲神经网络（Spiking Neural Networks, SNNs）以大脑神经元的工作方式为启发，以事件驱动的方...
探索血浆循环核小体及致癌蛋白单分子检测系统在弥漫性中线神经胶质瘤的诊断与监测中的应用 研究背景与问题综述 弥漫性中线神经胶质瘤（Diffuse Midline Glioma, DMG）是一种侵袭性极强的脑部肿瘤，主要发生于儿童，且具有极高的致命性。这种类型的肿瘤通常出现在脑的中线结构，如丘脑、脑桥、小脑和脊髓。由于其位置特殊，侵入性活检手术风险较高，故其诊断和监测多依赖磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging, MRI）等影像学手段。然而，传统影像方法难以有效指导治疗并准确判断病情发展。例如，MRI往往无法区分肿瘤的真实进展与治疗引起的假性进展。此外，常规手术活检尽管能够提供必要的分子信息，但其具有显著的侵入性风险，特别是对于儿童患者。因此，这一领域亟需开发新型的无创...
背景介绍 随着白内障手术和晶状体置换手术的广泛开展，人工晶状体（intraocular lens, IOL）的光学性能在术后患者视觉质量中的重要性愈显突出。临床视觉表现(如视力、焦距范围等)的预测正成为眼科领域的重要研究方向，特别是在讨论不同设计的人工晶状体时，其光学性能可能随瞳孔大小的变化而有所不同。然而，目前已有的预测模型通常假设固定的瞳孔大小，而忽略了这一关键变量在实际临床应用中的影响。 近年来，标准化流程（如ANSI Z80.35-2018和ISO 11979-7:2024）已引入单眼离焦曲线（monocular defocus curve），以更准确地分类IOL（如延展深度焦距的IOL，EDOF IOL）。尽管这些标准推荐将瞳孔大小的影响纳入考量，但目前针对瞳孔大小变化如何影响离焦...
红细胞沉降及外部磁场影响的三维监测研究：科学新视角 背景及研究目的 随着现代社会中电子设备的广泛普及，人类生活的环境中正逐渐受到越来越多的外部磁场（Magnetic Fields, MFs）的影响。然而，对于这些磁场对生物体尤其是血液中红细胞（Red Blood Cells, RBCs）行为的潜在影响，科学界尚未形成全面的认识。红细胞对氧气的运输至关重要，且其形状和尺寸使其能够轻松通过最狭窄的血管，完成氧气向全身组织和器官的高效运输。为了评估身体炎症或其他病理状态的标志，红细胞沉降率（Erythrocyte Sedimentation Rate, ESR）是一种广泛使用的血液学诊断技术。然而，该技术缺乏精确的三维动态监测血液流动过程的能力。 研究者发现，红细胞中的血红蛋白（Hemoglobi...
使用偏振成像技术辅助术中外周神经识别：一项前沿研究 外周神经对人体的感知和控制网络起着至关重要的作用，其完整和正常的功能对我们的生活质量至关重要。然而，外科手术中意外损伤外周神经的事件并不少见，这不仅可能导致功能障碍和疼痛，还会带来不良的手术预后。在某些解剖复杂的区域（如手部、腕部和颈部），外周神经与其他组织紧密分布，使得手术过程中神经与其他组织难以明确区分，从而增加了神经受伤的风险。目前，外科医生主要依靠术前成像技术（如MRI和超声）及自身的临床经验来避免术中损伤外周神经。然而，这些方法在识别小神经时具有局限性，同时术前成像也是静态的，难以支持实时的术中决策。因此，开发一种直观、非侵入、实时增强神经识别的方法，具有重要意义，能够显著改善手术效果并降低神经损伤的发生率。 为了解决这一问题，来...
基于fNIRS的触觉反馈在脑卒中患者手部康复中的神经功能研究 学术背景 脑卒中是一种常见的神经系统疾病，其导致的功能性损害对患者的日常生活和生活质量产生深远影响。在众多受损功能中，手部功能障碍尤其显著，其表现为肌肉力量的下降以及手指动作的控制受到严重限制。这些问题不仅限制了患者执行基本生活技能的能力，还显著减少了社会参与并降低了整体生活质量。传统的运动功能康复训练虽然在一定程度上有助于改善运动功能，但仍有超过一半的脑卒中患者在康复后仍存在残余的手部运动障碍。 近年来，有研究表明结合触觉反馈（Tactile Feedback, TF）的运动康复方法有望成为一种有效的康复干预手段。触觉反馈通过提供实时的触觉或视觉信息，帮助患者感知和调整动作，从而提高运动训练的参与度和效果。然而，触觉反馈在脑卒中...
探索纤维光学Sagnac干涉仪在软组织弹性非接触性表征中的潜力 背景介绍 软组织的机械特性对现代医学和生物医学研究具有重要意义。深入了解软组织的机械特性有助于评估其结构完整性以及潜在的病理情况。然而，传统的组织机械特性评估技术通常需要直接接触组织，这可能引起患者的不适，尤其是在如眼科等敏感领域。此外，直接接触还可能导致组织污染或引入检测伪影，从而影响检测结果的准确性。因此，开发非接触式的软组织机械特性测量方法势在必行。 近年来，基于光学技术的非接触性技术如频域相干光学断层扫描（Fourier Domain Optical Coherence Tomography，简称FD-OCT）正在逐渐成为柔性组织力学波检测的研究热点。然而，FD-OCT方法存在检测频带局限性、数据后处理复杂以及数字噪声显...
低成本光学相干断层扫描（OCT）系统的下一代发展：提升视网膜成像的临床应用 学术背景 光学相干断层扫描（Optical Coherence Tomography, OCT）是一种非侵入性、高分辨率的成像技术，广泛应用于眼科领域，尤其是视网膜疾病的诊断。然而，现有的商用OCT系统价格昂贵（4万至15万美元），限制了其在资源匮乏地区的应用。为了扩大OCT技术的可及性，研究人员致力于开发低成本OCT系统，以在临床护理点（point-of-care）提供高质量的视网膜成像。本文介绍了一种下一代低成本OCT系统，通过改进硬件设计和图像处理算法，显著提升了成像性能，使其在临床应用中更具竞争力。 论文来源 本文由Duke大学生物医学工程系的Hillel B. Price、Ge Song、Wan Wang等...
超分辨成像揭示小鼠脑内神经形态动力学的新进展：头固定清醒动物的动态观察 背景介绍 神经科学研究领域中，神经元的形态变化及其功能动态是理解大脑信息处理和网络塑性的关键。然而，尽管神经元的树突棘（dendritic spines）、轴突末端（axonal boutons）和突触结构在动物学习和行为适应中发挥着重要作用，这些结构在活体中的动态观测依然是一个重大挑战。受限于传统显微成像方法的分辨率和拍摄速度，许多关于神经元微小结构的研究只能停留在固定组织或培养细胞层面，这限制了我们了解塑性变化如何与自然行为和生理状态相关联。 近年来，超分辨显微镜（super-resolution microscopy, SRM）的引入突破了传统光学成像的衍射极限，拉近了研究神经网络超微结构与活体动态行为之间的距离。...
单分子动态结构生物学：基于石墨烯的DNA-蛋白相互作用观测技术新突破 背景介绍 DNA与蛋白质之间复杂且精妙的相互作用在诸如DNA复制、转录与修复等基本生物学功能中起到了至关重要的作用。然而，这种交互过程的详细动态机制却往往难以观察，尤其是在分子尺度（纳米级甚至埃级）下的结构变化。传统结构生物学技术，如X射线晶体衍射、核磁共振（NMR）光谱以及电子显微镜，尽管具有高分辨率，但通常需要对样品进行固定或处理，难以在生理相关的条件下捕捉分子运动的动态行为。此外，单分子荧光共振能量转移（smFRET, single-molecule fluorescence resonance energy transfer）技术虽然为动态结构生物学提供了重要的工具，但其受限于只能测量配对的分子间距离，且在分辨率和...