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记忆的机械基础——MeshCODE 理论
生物科学的一个主要未解之谜是信息在大脑中以何种形式存储，存储在哪里。我认为记忆以机械编码的二进制格式存储在大脑中，写入细胞-细胞外基质 (ECM) 粘连中发现的蛋白质构象中，这些粘连组织每个突触。这里概述的 MeshCODE 框架代表了动物数据存储的统一理论，以二进制格式提供动态和持久信息的读写存储。含有力依赖开关的机械敏感蛋白可以持久存储信息，可以使用机械力的微小变化写入或更新信息。这些机械敏感蛋白（如踝蛋白）支撑每个突触，形成一个开关网络，这些开关共同形成一个代码，即所谓的 MeshCODE。大型信号复合物根据开关模式在这些支架上组装，这些复合物既可以稳定模式，又可以协调突触调节器以动态调节突触活动。突触传递和动作电位脉冲序列将操作细胞骨架机制来写入和更新突触 MeshCODE，从而将这种编码传播到整个生物体。根据既定的生物物理原理，这种记忆的机械基础将为大脑中的数据存储提供物理位置，而二进制模式（编码在突触支架中存储信息的机械敏感分子中）和在其上形成的复合物则代表印迹的物理位置。此外，将感官和时间输入转换为二进制格式并进行存储将构成可寻址的读写记忆系统，支持将思维视为有机超级计算机的观点。
心脏和肺代谢的博士后位置
在Gaurav Sharma博士的实验室共同获得博士后培训职位。 and Matthias Peltz, M.D., in the Department of Cardiovascular and Thoracic Surgery at UT Southwestern Medical Center to study intermediary metabolism and energetics in donor human hearts for transplantation, metabolism in lungs using Ex Vivo Lung Perfusion (EVLP) in preclinical model and donor human lungs, and clinical translation of hyperpolarized Carbon-13 MR spectroscopic imaging.候选人的研究主题是灵活的，将在讨论后确定。我们的实验室有几个激动人心的项目，与调查在体温过低的机器灌注过程中的心脏代谢有关，并研究过体内肺灌注中的代谢，并使用超极化的碳-13代谢成像评估可行心肌的代谢。候选人必须拥有最近的博士学位。和/或M.D.学科的学位。建议候选人在以下一个或多个领域中具有经验，这些领域导致了同行评审期刊的出版物：超极化13 C-MRI，X-Nuclei MRI，高级图像重建脉冲序列序列编程，PET-MR成像和代谢成像数据分析。此外，需要具有心脏或肺部成像的经验，以及对心脏和肺代谢的知识。首选的资格包括在获取，处理和分析人类MRI数据方面的专业知识，以及使用R，MATLAB或PYTHON的数据分析和后处理的能力。可以在http://www.utsouthwestern.edu/postdocs上找到有关我们博士后培训计划，福利和虚拟旅行的信息。感兴趣的人应发送简历，利益声明和三个引用列表：
红外神经刺激引起的兴奋性和抑制性神经反应的双光子成像
理解复杂的神经回路及其与特定行为的关系需要对神经元亚型进行精确的时间和空间调节。非遗传近红外光刺激是最有前途的大脑非侵入性神经接口技术之一。1-5 最近，脉冲红外神经刺激 (INS) 技术已被引入作为一种能够安全且可逆地调节神经活动的方法。1 与其他波长的红外刺激（例如 808 nm、2 980 nm、3 5.6 μ m 4、5 ）引起的效应相反，脉冲传输 ∼ 1.875 μ m 红外波长会导致局部热量传输并被水快速吸收。6 当通过 200 μ m 光纤以短脉冲串（0.25 ms、200 Hz、0.5 s）传输时，这种高度聚焦（亚毫米）光学方法为灵长类动物皮层中的功能性柱特异性刺激提供了一种独特的方法。 7 因此，INS 相较于传统电刺激的优势包括高空间选择性、非接触式传递，以及对于灵长类动物和人类应用而言更为重要的一点，即无需事先表达视蛋白即可对大脑部位进行神经调节。8、9 此外，凭借这种靶向光纤刺激的精确度和 MRI 兼容性，局部 INS 结合 MRI 可用于灵长类动物大脑网络的体内映射 10-12，并有望用于对清醒行为猴子进行神经调节。虽然这些应用已显示出对体内回路神经调节的巨大前景，但其作用机制或对单个细胞类型的影响目前仍然知之甚少。现在有越来越多的证据表明 INS 会导致神经调节。通过电生理学、内在信号光学成像和体内钙成像评估，INS 已被证明可在麻醉啮齿动物中诱导兴奋性和抑制性神经元反应。 13、14 INS 对麻醉恒河猴视觉皮层产生了典型的视觉诱导皮层内在信号 7 的反应，而且导致功能匹配的眼部优势域的选择性调节，与局部皮层-皮层连接的激活一致。超高场 MRI 中的 INS 可激活恒河猴解剖学预测的中尺度全球大脑部位，这进一步表明投射细胞（兴奋性锥体神经元）被 INS 激活。10 – 12 这些 INS 诱导的反应已被证明具有强度和持续时间依赖性。尽管有这些令人信服的证据，但直接用电生理学方法展示神经元反应仍然具有挑战性。一个被称为贝克勒尔效应的问题在于，记录电极的直接加热会通过电极中的热诱导电流污染神经元反应。Cayce 等人。使用同时在麻醉啮齿动物体内使用 INS 进行钙成像，并观察大脑表面皮质星形胶质细胞和顶端树突中的细胞内钙信号。14 Kaszas 等人使用遗传编码的钙指示剂 Syn-GCaMP6f 进行双光子钙成像，并表明 INS 在麻醉小鼠皮质体内的神经元中诱导微弱的细胞内钙信号。15 到目前为止，我们对神经元反应的理解仍然处于初级阶段。其潜在的作用机制尚不清楚 16 – 23，并且在细胞水平上对不同神经元亚型以及体内不同生理状态的反应的影响仍然缺乏。特别是，尽管 fMRI 研究表明 INS 可在远处皮质部位诱导 BOLD 激活，但对于细胞回路对这种功能连接结果的贡献知之甚少。为了研究 INS 如何影响体内单个神经元并检查对不同细胞亚型的影响，我们在小鼠体感皮层 2/3 层以单细胞分辨率对 INS 的神经元钙反应进行了双光子成像。使用特定的遗传编码钙指示剂 GCaMP6 检查了 hSyn 和 mDlx 标记的神经元亚型的钙反应。我们发现 INS 诱导了神经元钙反射变化的强烈、强度依赖性调节，这种调节与脉冲序列重复频率精确同步。在麻醉小鼠中，hSyn 神经元对 INS 表现出正偏转反应。令人惊讶的是，mDlx 神经元群体包含不同的反应，其中一些表现出负向反应，可能反映了抑制神经元群体的多样性。因此，这些数据确定了 INS 对 hSyn 和 mDlx 神经元的有效性以及对细胞亚型的可能依赖性。讨论了这一发现的意义。使用特定的遗传编码钙指示剂 GCaMP6s 检查了 hSyn 和 mDlx 标记的神经元亚型的钙反应。我们发现 INS 诱导了神经元钙反射变化的强烈、强度依赖性调节，这种调节与脉冲序列重复频率精确同步。在麻醉小鼠中，hSyn 神经元对 INS 表现出正偏转反应。令人惊讶的是，mDlx 神经元群体包含不同的反应，其中一些表现出负向反应，可能反映了抑制神经元群体的多样性。因此，这些数据确定了 INS 对 hSyn 和 mDlx 神经元的有效性以及对细胞亚型的可能依赖性。讨论了这一发现的含义。使用特定的遗传编码钙指示剂 GCaMP6s 检查了 hSyn 和 mDlx 标记的神经元亚型的钙反应。我们发现 INS 诱导了神经元钙反射变化的强烈、强度依赖性调节，这种调节与脉冲序列重复频率精确同步。在麻醉小鼠中，hSyn 神经元对 INS 表现出正偏转反应。令人惊讶的是，mDlx 神经元群体包含不同的反应，其中一些表现出负向反应，可能反映了抑制神经元群体的多样性。因此，这些数据确定了 INS 对 hSyn 和 mDlx 神经元的有效性以及对细胞亚型的可能依赖性。讨论了这一发现的含义。
![arXiv:2009.14126v1 [quant-ph] 2020 年 9 月 29 日](/simg/3\3569f59f4181b8880b256badc42762f11e0fb038.webp)
arXiv:2009.14126v1 [quant-ph] 2020 年 9 月 29 日
嵌入绝缘固态基质中的稀土 (RE) 离子为量子计算和量子信息处理提供了一个有趣的平台。稀土离子的核自旋和电子晶体场 (CF) 能级可用于存储和操纵量子态。由于稀土离子量子态的相干时间较长，它们非常适合实现量子比特。最近已证明，失相时间范围从 CF 态之间的电子跃迁的 100 µ s [1] 到核跃迁的 1.3 s [2]，甚至通过使用动态解耦 [3] 可长达 6 小时。此外，通过检测钇铝石榴石 (YAG) [4, 5]、钒酸钇 (YVO) [6] 和硅酸钇 (YSO) [7–9] 发射的光子，已经证明了读出单自旋态的可能性，这使得此类稀土离子系统成为量子技术的有希望的平台。一些稀土离子在电信使用的频率范围内表现出 CF 跃迁，这使得它们非常适合用作量子中继器 [10, 11]。以前利用稀土离子进行量子计算的方案提出利用 CF 态的电偶极相互作用，建议通过间接偶极阻塞效应实现 CNOT 门 [12–14]。在该方案中，来自控制量子位的偶极场会使目标量子位的跃迁频率发生偏移。这被用来实现具有脉冲序列的 CNOT 门，只有当控制位处于逻辑 1 态时，该门才有效。这里我们提出了一种基于磁偶极相互作用的更快的两量子比特门，该门的灵感来自文献 [15] 中利用硅中的磷供体实现的两量子比特门，类似于金刚石中氮空位中心的混合电子和核自旋方案 [16]。我们在图 1 中展示了基本原理，并在图 2 中展示了相关能量尺度的基础层次。
磁共振基础知识：磁场、核磁特性、组织对比度、图像采集
核磁共振 (NMR) 是对原子核磁特性的光谱研究。原子核的质子和中子具有与其核自旋和电荷分布相关的磁场。共振是一种能量耦合，当单个原子核被置于强外部磁场中时，它会选择性地吸收并随后释放这些原子核及其周围环境所特有的能量。自 20 世纪 40 年代以来，NMR 信号的检测和分析已作为化学和生物化学研究中的分析工具得到了广泛的研究。NMR 不是一种成像技术，而是一种提供有关放置在小体积、高场强磁性装置中的样本的光谱数据的方法。在 20 世纪 70 年代初，人们意识到磁场梯度可用于定位 NMR 信号并生成显示质子磁特性的图像，反映临床相关信息，再加上技术进步和“体型”磁体的发展。随着 20 世纪 80 年代中期临床成像应用的增多，“核”含义被抛弃，磁共振成像 (MRI) 及其大量相关缩略词开始被医学界普遍接受。随着磁场强度更高的磁铁以及解剖、生理和光谱研究的改进，MR 应用的临床意义不断扩大。对软组织差异的高对比敏感度以及使用非电离辐射对患者的固有安全性是 MRI 取代许多 CT 和投影射线照相方法的主要原因。随着图像质量、采集方法和设备设计的不断改进，MRI 通常是检查患者解剖和生理特性的首选方式。但它也存在缺点，包括设备和选址成本高、扫描采集复杂、成像时间相对较长、图像伪影明显、患者幽闭恐惧症以及 MR 安全问题。本章回顾了磁学的基本特性、共振概念、组织磁化和弛豫事件、图像对比度的生成以及获取图像数据的基本方法。第 13 章讨论了高级脉冲序列、图像特征/伪影的说明、MR 波谱、MR 安全性和生物效应。
顺序细胞事件的开放式分子记录到DNA
遗传编码的DNA记录器非侵入性地将短暂生物学事件转化为细胞基因组中持久的突变，从而可以使用高吞吐量DNA测序1重建细胞体验1。现有的DNA记录器已达到高信息记录2-15，耐用记录3,5–10,13,15-19，多个蜂窝信号的多重记录5-8,19,20以及时间分辨的信号记录记录为5-8,19,20，但在哺乳动物细胞中并非全部。我们提出了一个称为Pechyron的DNA记录器（通过有序插入的Prime编辑21个细胞历史记录记录）。在Pechyron中，哺乳动物细胞经过精心设计，以表达Prime编辑器和Prime编辑指南RNA 21（PEGRNA）的集合，可促进迭代式编辑的迭代回合。在每一轮编辑中，Prime编辑器与恒定的传播序列一起插入可变的三重态DNA序列，该序列会停用以前的序列并激活下一步的插入步骤。编辑可以无限期地继续进行，因为每个插入添加了启动下一步所需的完整序列。因为在任何给定时间只有一个主动目标位点，因此插入以单向顺序依次积累。因此，时间信息是按插入顺序保留的。通过使用只有单个DNA链的主要编辑器来实现耐用性，有效地避免了删除突变，这些突变可能会损坏存储在记录基因座中的信息。高信息含量是通过共表达各种PEGRNA（每个Pegrnas）来确定的，每个Pegrnas都具有独特的三个DNA序列。我们证明，这种PegrNA库的本构表达产生插入模式，以支持细胞谱系关系的直接重建。在替代的Pegrna表达方案中，我们还通过手动脉冲表达来实现多路复用记录，然后从Pechyron记录中重建脉冲序列。此外，我们将特定PEGRNA的表达耦合到特定的生物刺激，这允许哺乳动物细胞种群中化学暴露的暂时分析，多重记录。
用户手册 使用手册
Powersoft 是高效音频电源管理领域的领先公司。全新的 Powersoft DIGAM（数字放大器）技术改变了世界对专业音频放大的看法。对于需要高功率和长期可靠性的应用，没有其他放大器能与之媲美。由于热量输出惊人减少、重量减轻以及特有的高输出功率，DIGAM 放大器可用于无限范围的应用，例如巡回演唱会、歌剧院、剧院、教堂、电影院、主题公园、电视音场和工业应用。声音更大，重量更轻 与传统放大器相比，Powersoft DIGAM 技术效率极高，可为扬声器提供更多功率，同时大大减少散热。更高的效率可以减小尺寸、重量和功耗。放大器的输出级通常以 95% 的效率运行，仅将 5% 的输入能量以热量形式耗散。最有趣的特性之一是 DIGAM 的效率几乎与输出水平无关。传统放大器仅在满额定功率输出时才能达到最佳效率。由于标准音乐的平均功率密度为最大水平的 40%，因此传统放大器在相同音量下很容易产生比 DIGAM 多 10 倍的热量。卓越的声音-声波精度 清晰的高音和紧密、明确的低音：最精确的音频信号再现。专利设计功能确保在失真、频率响应、斜率、功率带宽和倾倒因子等参数方面具有非常高的性能。全数字化，可靠性高 DIGAM 系列基于 PWM 技术，该技术已在电源和逆变器中使用了 30 多年。PWM 具有高可靠性、小尺寸、轻重量和高效率的特点。PWM 转换器用作高频采样器，将可变幅度（音频）信号转换为平均值等于音频输入的脉冲序列。DIGAM 放大器使用非常高的采样频率来获得整个音频带的高性能。Powersoft 拥有 DIGAM 技术的多项专利。最适合您电源的放大器 Powersoft 是第一家使用功率因数校正的放大器制造商。该技术的另一大优势是其性能在很大程度上不受电源电压的影响。此独特功能可确保向主电源提供主要的电阻负载，从而最大限度地减少电流失真和电压/电流位移，从而大大提高放大器在高输出水平下的性能，并避免标准和开关电源常见的主电压崩溃。额定输出功率不随负载/线路条件而变化。
在方向性深脑刺激中两个转向范式的计算机准确性和能效
研究深脑刺激（DBS）的临床研究提供了其在帕金森氏病（PD）（PD）和肌张力障碍（1）等运动障碍中运动症状治疗中的有效性的证据。深脑刺激涉及通过定义振幅，宽度和频率的电脉冲来刺激特定的大脑结构。脉冲是由通过植入的电线连接到靶向位于特定脑结构邻近的电极阵列的植入脉冲发生器（IPG）生成的。阵列中的电极可以具有环形或分段（即定向），后者的径向跨度较小，可以传递更大的局灶性刺激，从而导致临床良好的效果（2-6）。然而，DBS中的方向潜在线在植入程序中涉及新的挑战，因为方向引线的最终方向通常会随着预期的方向而偏离（7）。因此，取决于IPG的电子架构的引导刺激场的准确性在方向性DBS中起重要作用。市售的DBS系统使用电压控制或电流控制的电子体系结构。电压控制的系统在刺激的电极处设置了固定电压，而电流受控系统设置了固定的电流（8）。这两个架构可以合并单个源或多个来源来生成脉冲。单源体系结构可以通过同时激活一个电极或多个电极来传递刺激。在后一种情况下，称为共激活（9），由单个源控制的脉冲振幅将根据激活电极的阻抗的比率按比例分配。因此，为了共同激活，更多的电流会流过较低阻抗的电极。多个源体系结构可以明确指定由每个同时激活的电极独立传递的脉冲振幅。这种体系结构与电流受控体系结构相结合，可确保将传递给每个电极的总电流保持恒定，而不管总电极阻抗中的变化如何或活性电极之间的阻抗比。此功能可以控制DBS中的刺激场的控制转向（10）。多个独立电流控制技术（MICC）是多源和当前控制体系结构组合的一个示例。具有单一源或多个源体系结构的商业刺激器，还可以通过通过铅或电极传递多个脉冲序列来控制刺激时间。从历史上看，DBS中的这种能力被称为交织（11），最近被称为多刺激集（MSS）刺激（9）。交织/MSS涉及替代方案，因此不同时激活具有定义的脉冲振幅（电压或电流）的单电极，从而导致多个刺激率局部的交替（打击）产生。相互交织/MSS被建议作为刺激场转向选项，因为在这些刺激场的交点中，神经组织的频率将比在交叉点外（12）刺激。
时间依赖性的单电子通过量子点传输
纳米结构中的时间依赖性现象对理解和控制其动态行为的兴趣越来越大。应用程序之一是量子计算，其中可以通过以可编程方式操纵粒子（Qubits）来以平行方式进行某种信息处理[1，2]。在某些物理系统中已成功证明了各种量子算法[3]，并且在整合实用量子计算机所需的大量Qubits方面已经取得了进展，尤其是在SolidStatesystateSystateSystems中[4-9]。尽管跨性量表computermayrequire的巨大研究活动，但量子信息研究已经成功，因为提供了一种通用语言来与跨学科研究人员进行交流。量子型cannowbediscussedintermsofquantuminenformination Theory，它促进了物理学家，化学家，数学家和量子工程师之间的讨论。通常，任何将初始状态（密度算子）更改为最终状态的量子过程都可以通过完全阳性的痕量保护映射来描述[1]。对映射的知识用于定义量子信息过程。相同的映射提供了无脑摄取的iNteractractions。Quantumcomputation isbasedonanassemblyofunitaryoperations, whichcanbedecomposedintosomefundamental unitary operations on one- or two- qubit subsystems.因此，问题可以简化为几种单一操作员。实际上，现实的操作受到与量子系统耦合的环境的影响和降级，因此映射成为一个非整体量子过程[10]。降低系统相干性的两个重要量子过程是耗散的，其中量子系统的能量与环境交换，并进行dephasing，其中量子系统的相位由环境随机化。前者通常以纵向松弛时间（T 1）为特征，而后者则以横向松弛时间（T 2）为特征。此外，在与测量设备耦合下，测量过程也可以视为量子过程。量子计算需要一组完整的量子过程，以初始化所有量子位，执行一个和双Quit的单一操作，测量每个量子状态并避免出现非单一操作的错误[11]。纳米规模的固态设备中的量子动力学对于控制具有可编程量子过程序列的定制结构中的某些单个量子具有吸引力。具有约瑟夫森连接的超导电路成功证明了一个和两Q量的操作，具有高度的相干性[12，13]。可以通过设计设备参数和适当的脉冲序列来很好地与环境隔离。另一个系统是半导体量子点（QD），它提供可以用外部电压控制的人工电子状态。由于可以在半导体装置中设计和实际形成原子样电子状态，因此QD通常称为人工原子[14-17]。电子状态的高可控性可用于研究人工量子系统的动态行为以及量子计算系统的动态行为。有两个主要选择量子基础：单个QD中的自由度自由度和双量子点（DQD）中的电荷（轨道）自由度。在本文中，我们将回顾一些有关QD中的旋转和充电量子的研究，这些研究与量子信息处理和实际设备背后的物理现象有关。
优化 SNR/分辨率权衡以进行注册...
磁共振图像配准中 SNR/分辨率权衡的优化 S. Kale 1,2、JP Lerch 1、RM Henkelman 1,2 和 XJ Chen 1,2 1 小鼠成像中心，加拿大安大略省多伦多，2 多伦多大学医学生物物理学，加拿大安大略省多伦多 简介 配准是医学图像分析的重要工具，其应用包括评估纵向研究中的变化、构建数字图谱和执行形态分析。后者在研究疾病特定人群和大脑发育生物学方面发展尤为迅速 1 。配准已广泛用于磁共振 (MR) 图像，其中成像在捕捉神经解剖结构方面提供了极大的灵活性。用户可以以任意分辨率和方向获取 3D 体积或 2D 切片数据，同时可以定义视野以适合任何对象。一个限制因素是总成像时间，这让用户不得不在分辨率和信噪比 (SNR) 之间做出权衡决定。通常，会调整采集参数以使生成的图像满足人类的视觉偏好，但是，由于图像配准是一项计算机分析任务，因此优化应响应计算机分析的需求。本摘要介绍了一项研究，该研究旨在调查在恒定扫描时间内 MR 成像中 SNR 和分辨率之间的最佳权衡，以实现最佳配准精度。方法虽然任何解剖结构的图像都可以，但我们使用的是通过高质量显微镜协议获取的固定小鼠神经解剖结构图像。固定脑标本的原位成像准备方法与之前描述的方法类似 2 。成像是在 7 T 磁体上使用多通道 Varian INOVA 控制台和三线圈探头进行的，以进行并行样本成像。扫描参数包括：快速自旋回波脉冲序列，TR/TE = 325/8 毫秒，6 次回波（第四次回波位于 k 空间中心），TE eff = 32 毫秒，90° 翻转角，14 毫米 x 14 毫米 x 25 毫米 FOV，432 x 432 x 780 扫描矩阵，4 个平均值（NA）。成像时间为 11.3 小时，每次可获得三个大脑的 T2 加权图像，每个图像有（32 微米）3 个体素。扫描了十个大脑。图像在均质白质中的平均 SNR 为 16。这些图像代表了黄金标准。从每个黄金标准图像中模拟了五个降级权衡图像，以模拟 1.9 小时的采集时间，但以牺牲 SNR 或分辨率或两者为代价。第一步需要从黄金标准数据中选择 k 空间的子体积来表示降级的分辨率。选择了五个子体积，以下称为权衡 AE ，权衡之间的体素体积步长为 2 倍（表 1，顶部）。第二步涉及向原始数据添加高斯分布随机白噪声，以模拟权衡数据中适当的相对 NA，从而固定总有效成像时间（1.9 小时）。然后，使用 ANIMAL 3,4 将来自每个权衡组和金标准组的图像独立地配准到使用仿射和非线性配准 5 的无偏平均图谱。变形场可用于识别形态学差异，它由非线性配准产生，并用于评估权衡组相对于金标准配准的配准精度。均方根误差 ( RMSE ) 度量，其中 ( ) 2 1 2 / / ) ( ) ( ∑ − = NN RMSE ioirdrd ，