大脑如此奇妙

再平常的人脑也绝不简单.成年人大脑中约有1 000亿个神经元,每个神经元与周围细胞构成约5000个突触连接,大脑每秒钟产生和衰灭100万个新连接.     

疼痛与痒神经机制的异同:感受、传导与调控

疼痛和痒是人体最重要的两种保护性躯体感觉,它们会导致个体产生不同的保护性反射行为.疼痛和痒在感觉信息传导过程中存在一些相似之处,但两者是否共享神经通路,目前还存在很大争议.本文以近些年神经影像和电生理学领域的研究结果为主,从躯体感觉在外周和中枢神经系统之间上行传导和下行调控的角度系统总结和比较了疼痛和痒在神经机制方面的异同.首先,本文从外周神经系统、脊髓水平以及大脑水平3个层面阐述了疼痛与痒的神经编码机制及其异同点;其次介绍了两者中枢调控系统的异同,并从感觉缓解与奖赏系统激活的角度阐述两者神经机制的关系.现有研究结果表明,疼痛和痒之间并不是单纯的独立、重叠或拮抗关系,而是存在着复杂的交互作用,并且疼痛与痒的缓解也与奖赏系统存在双向调控关系.     

最熟悉的“陌生人”

<正>生命现象多姿多彩,历来是人类探究的焦点之一。当人们对人类基因组计划耳熟能详,并领略了其后的人类蛋白质组计划、人类微生物组计划和人类肠道宏基因组计划后,一个新的生命科学庞大计划也开始规划并将很快动工,这就是"人脑活动图计划"。虽然只有1.5千克左右,由1000亿个神经细胞组成的大脑却是人体中最复杂的部分,也是宇宙中已知的最复杂的组织结构。大脑是人体的神经中枢,人体的一切生理活动都是由大脑     

大脑结构中究竟有些什么？

●尽管神经科学取得了辉煌的成就,但我们对于大脑究竟是如何工作的仍知之甚少。继美国大脑神经组织解剖图编制计划、人脑连接组计划,今年1月,欧盟委员会为欧洲＂人脑计划＂注资10亿欧元,4月,奥巴马政府承诺为＂大脑活动图谱＂计划提供1亿美元的研究经费。或许,一个＂复制＂人类大脑的时代已经来临。     

大脑与记忆

有人说过,人的任何知识说到底都是关于记忆的知识;而记忆则是大脑的功能之一。人脑的功能是世界上最复杂最高级和最完美的活动,对大脑功能的破译和模仿将会使人类社会的发展产生质的飞跃,比如ＩＴ行业的智能计算机,智能机器人等。但是迄今人类对大脑的认识仅限于皮毛,其中大脑与记忆的研究稍稍有一些内容。     

细胞图片秀

正大脑是一个极其复杂的器官,我们对它如何工作的理解仍然有限。我们是否能画出大脑皮层中巨大的连接矩阵?我们能否在信号沿着神经通路传递时追踪它?我们能否在细胞层面上建立模拟活动大脑的三维空间模型?这些都是神经科学家们目前正在用神经映射技术探索的问     

脑功能理论的当代发展和前沿研究计划

21世纪以来,研究人员逐渐揭示出人脑前额叶特别是内侧前额叶的认知功能,脑内的社会镜像神经元系统以及默认网络.这些发现,扩展了20世纪关于经典特异神经通路和网状非特异系统的概念,认识到人脑含有4类机能解剖系统.除了并行协同工作的特异系统和网状系统外,人脑还有以180°相位差交替转换式活动的默认网络和社会认知网络.在所概括的4条神经信息处理机制中,由于自然脑进化的遗传保守性,人脑和动物脑共性大,而与电脑间存在本质差异.人脑功能的独特性体现为社会属性和生物属性高度融合的巨复杂性、四层次性及其包容性.本文简要介绍了脑连接组计划、脑活动图计划和中国脑计划,希望能引起人们关注人脑、动物脑和电脑的共性和本质差异,以便更正确地对待脑科学和人工智能领域的研究成果.     

人脑形态网络及其在脑发育研究中的应用

人脑是一个极其复杂的系统,数以万亿的神经元通过突触构成了庞大的连接网络,如何系统而全面地刻画大脑内部的组织模式一直是神经科学家致力解决的热点问题.随着非侵入神经成像技术的兴起,基于磁共振成像的脑网络研究为揭示人脑的复杂结构提供了新的契机.其中,脑形态网络因其图像易获得、质量稳定和分析方法简单等优势引发了研究者的广泛关注.传统的脑形态网络是利用一组受试者的某种形态学指标构建的被试间协方差网络,只能反映大脑形态的群组特征.个体水平脑形态网络则针对个体大脑刻画脑区间的形态相似性,保留了个体的形态信息.多指标甚至多模态数据的应用,进一步整合多种互补的结构信息,能够综合表征皮层形态的拓扑连接模式.近年来,脑形态网络在探究人类大脑发育进程方面体现了重要价值.研究发现,胎儿时期形态网络从高度模块化的原始状态开始逐渐整合,至出生时已形成小世界拓扑,出生后至童年早期网络变得分离,童年晚期至青春期又逐渐整合,初级网络率先达到成熟而高级网络长期持续发育.这些结论为理解大脑认知功能的形成和发育障碍的起源提供了重要的理论支撑.本文介绍了两种脑形态网络的构建方法和图论模型的基本概念,回顾了脑形态网络在胎儿、婴儿、...     

探索“小宇宙”的奥秘

2012年夏天,美国科学家提出一项可与当年＂阿波罗登月工程＂和＂人类基因组计划＂相媲美的＂尖端创新神经技术——脑研究计划＂,引起全球各国政府和科学家的关注。美国政府决定拿出1亿美元,启动这项旨在揭开人类大脑奥秘的研究计划;接着欧盟委员会宣布,以建立人工脑为目的的＂欧共体人脑计划＂将在未来10年内获得10亿欧元的科研经费。那么为什么脑科学能得到全球科学家的关注呢？因为人类的大脑是个复杂的＂小宇宙＂,它由100多亿个神经细胞组成（相当于整个银河系星体总数）,是宇宙中已知的最为复杂的组织结构。对于大脑结构的工作机制,     

问与答

?问:人脑的基本功能有哪些? 众所周知,大脑是人体最为重要的器官。简单地说,人的思维、情感、记忆、学习等高级活动均是由大脑控制的,此外, 人的呼吸、心跳、摄食、感觉功能和运动功能等也是由脑控制的。大脑可以分为脑干(包括延髓、脑桥和中脑三部分)、间脑、小脑和端脑(包括左右大脑半球)。     

“仿真脑”能为我们做什么?

<正>人脑那自傲、强大而又神秘无比的信息处理功能一直令人痴迷。就在最近半年里,"造脑行动"又有了新的进展:IBM和Qualcomm两大巨头先后发布了基于神经拟态技术的"脑芯片"。IBM的Sy NAPSE芯片号称模拟了一百万个神经元细胞和超过两亿个神经突触连接,初具人工大脑的规模。Qualcomm公司4月公布的Zeroth芯片也在硅片上高效地模拟了脑神经元,装载了该芯片的机器小车还能运用"受到人脑启发的算法"完成寻路、躲避障碍等任务。不过,仿真脑的时代真的要来临了吗?其实我们不止存在着技术上的巨大困难,连制造仿真脑的目标也是一个值得思考的问题。     

大脑前额叶与思维

思维是人脑的重要功能.人类之所以具有高超的智慧,与人类大脑有着高度发达的思维功能是分不开的.长期以来,人们一直在作出种种努力,希望揭开大脑思维功能之谜.自从十九世纪中期医学临床观察中发现大脑额叶损伤的病人出现言语功能障碍,进而在额叶皮层发现言语中枢(Broca 区)以后,逐渐形成了大脑功能定位的概念,即大脑的不同部位有着不同的生理功能.例如大脑枕叶与视觉功能有关,颞叶与听觉功能有关,顶叶与躯体感觉功能有关,额叶的后部与随意运动功能有关等等.那么,额叶前部有什么     

大脑如此奇妙

再平常的人脑也绝不简单。成年人大脑中约有1000亿个神经元,每个神经元与周围细胞构成约5000个突触连接,大脑每秒钟产生和衰灭100万个新连接。信息在大脑中能够储存100多年,并且会按需自动分类、反复归档、编译剪辑。大脑能利用一系列传感器采集振动、电磁辐射、化学物质以及压力等信息,来重构周围环境,在几毫秒内分出事情的轻重缓急。大脑能支配640多块肌肉,还包揽产能、生殖和基本生命活动等机要工作。然而,有些大脑更不平常,甚至超越我们的想象。最天才、最聪明的大脑何以能脱颖而出?什么样的大脑能挑战人类成就极限?     

脑神经活动光学显微成像技术

大脑包含数亿至数千亿的神经元以及更为复杂的神经突触连接网络,是生物体中最复杂的器官.脑科学是21世纪以来最重要的前沿新兴学科之一,它的兴起标志着人类在认识自我、探索智慧和意识的本质中进入了一个新时代.在活体中对大脑神经活动进行长时间、大视野、高时空分辨率的观测,是解析大脑功能的关键.光学显微成像技术以其时空分辨率高,光学探针的特异性和多样性等优势,成为了脑神经活动研究的重要工具.针对大脑的高度散射、高速神经信号传递、超大神经元规模、精细突触连接结构等特性以及自由活动动物的脑神经活动观测需求,本文将从超深、超快、大视场、超分辨、微型化5个发展方向,概述包括多光子、红外二区、光声、光片、结构光以及自适应光学在内的多种光学显微成像技术在脑神经活动显微观测领域的发展进展及前沿动态,并展望脑神经活动光学显微成像技术的未来发展方向与前景.     

人脑连接组研究:脑结构网络和脑功能网络

人脑是自然界中最复杂的系统之一,在这个系统中,多个神经元、神经元集群或者多个脑区相互连接成庞杂的结构网络,并通过相互作用完成脑的各种功能.近年来,结合基于图论的复杂网络理论,研究者们发现利用结构和扩散磁共振成像数据构建的脑结构网络以及利用脑电图/脑磁图数据和功能磁共振成像数据构建的脑功能网络具有很多重要的拓扑性质,如"小世界"属性、模块化的组织结构以及主要分布在联合皮层上的核心脑区(如楔前叶、额上回、额中回).另一方面,研究者发现许多神经精神疾病(如阿尔兹海默病和精神分裂症等)与脑结构和脑功能网络的异常的拓扑变化有关,这些研究不仅为理解神经精神疾病的病理机制提供了新视角,也可能为疾病的早期诊断和治疗评价提供脑网络影像学标记.本文以人脑结构和功能连接网络的研究为重点,介绍了人脑连接组和复杂网络理论的基本概念,并且回顾了近年来人脑结构和功能连接组的研究成果,并指出了该领域中存在的问题及未来的研究方向.     

从神经元到机器人

21世纪理想的机器人,应该能自我学习,能适应外界,能与人保持协调并配合行动。为此,人们必须研究自己大脑神经系统的结构,模拟它的功能,或许这样的学科应该叫神经机器人学(neurobotics),封二、封三的照片介绍了其部分研究领域的现状。1.能以远距离临场控制方式控制的带感觉功能的移动机器人。2.视觉信息提示装置。它能把机器人的传感器     

广角镜

大脑随人一起长人们一般都认为,人的智力与生俱有,即所谓“天资”。然而,最近在《自然》杂志上。美国一个研究小组发表了他们多年的研究绪果：人脑直到青春期还在发展,“年轻人的行为决定了他们的智力情况”。美国加利福尼亚洛杉巩大学和加拿大的科学家,使用磁共振扫描仪,对3到15岁的试验者进行了三维摄影,观察他们脑部的变化。这是世界上第一次如此详细地研究人脑的发展变化。观测的时间从两周到四年。他们主要观察连接人脑两半球的中间部分的形状和大小的改变,因为这个部分是人脑其他区域活动的指示器。科学家观察到,在人脑的某…     

关于大脑的五大问题

人脑具有已知领域中最令人吃惊的复杂构造。不过,由于大脑成像技术、基因、干细胞研究等方面的进步,我们开始解开一些有关人脑的谜团。     

生生不息的神经元

正20世纪60年代初,有科学家声称,出生后哺乳动物大脑内可以生成新的神经元,这一结论引起了大量的怀疑和争论。之后的20年,陆续有研究在哺乳动物大脑中检测到了成体神经发生的现象。科学界曾认为,生物体在出生之后是不可能产生新神经元的,也就是说,大脑内的神经元结构在出生后就不会发生改变。但在脑部特定区域检测出成体神经发生的研究表明大脑比之前理解的更有可塑性,而且成体神经发生对自我认知、记忆以及神经退行性疾病都有影响。     

脑胶质细胞:另一种大脑作图方式

<正>在推进人脑研究的进程中,美国神经学家R·道格拉斯·菲尔兹(R.Douglas Fieids)认为:作为大脑组成部分的非神经元细胞——脑胶质细胞——一定不能被雄心勃勃的人脑研究计划拒之门外。自从奥巴马总统宣布"使用先进神经技术的人脑研究计划(BRAIN)"以来,即寻求对实验动物整