大脑的神经、计算与认知研究及其关系(二)——计算神经科学

现代脑科学在观念上最重要的进展发源于计算机比喻。计算机比喻是这样一种看法:大脑与计算机一样,也存在硬件与软件两个层次,因而模拟大脑的功能只需设计不同的程序。这种看法已被超越,但它的一个较弱的观点——脑比喻,则已成为现代脑科学的     

超级计算机复制人类大脑——记神经学家亨利·马克拉姆团队的人脑工程构想

马克拉姆团队意欲在2018年之前开发出具有意识和智慧的人造大脑●神经学家亨利·马克拉姆坚称,如果神经科学能按他设计的方向发展,他的"人脑计划"可以模拟人类大脑全部860亿个神经元,以及将这些神经元连接起来的100万亿个神经突触的功能,届时可建成一个"即插即用"的大脑:可以把它拆分找出脑部疾病的原因,也可以结合机器人技术开发一系列全新的人工智能技术,甚至还可以戴上一副虚拟现实眼镜以体验"另类大脑"的神奇。     

制造大脑的人

八年前,一组研究大脑的专家们作出判断,探讨人体最复杂的器官的功能的最好方法,就是试验把大脑的一部分在计算机中“培育”。这个试验和它产生的关于大脑功能的新奇理论可能象相对论使物理学发生巨大变化一样引起神经科学的彻底革命。科学家们已制造出塑料心脏,并把肌肉细胞在培养皿中培养。但是能模拟的大脑的一部分在计算机中培     

人工智能再现大脑细胞导航的活动模式

正深度学习算法可自发模拟特殊神经元的活动,这种神经元活动可以告诉我们在空间的位置。科学家已经使用人工智能来再现大脑用以空间导航的复杂神经密码。这一成功之举论证了强有力的人工智能算法可以辅助传统的神经科学研究来检测大脑的工作原理,但是研究人员说,这一方法到目前为止不能代替神经科学家的工作。这套计算机程序发表在2018年5月9日的《自然》杂志上,由英国伦敦大学学院的神经科学家和伦敦谷歌公司的Deep Mind公司的人工智能     

大脑的网络组织

大脑难以置信的计算能力不仅在于其独特的神经细胞,而且还在于这些细胞以何种方式相互连接。数学家、物理学家和生物学家都希望:通过建立能够模拟大脑功能的计算机模型来揭开其奥密。     

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     

自然信息

研究发现男女使用大脑不同 一些美国科学家运用一种新方法有效地研究大脑的瞬间反应,首次找到确凿证据证明男性和女性在使用大脑上的区别.     

欧洲人脑计划:志在先声夺人

<正>欧洲启动的大科学项目"人脑计划"主要是以模拟人类大脑功能之研究目的,不管它最终能否实现这一目标,这一计划都将为神经科学研究提供更多的帮助。从大型计算到成像技术,技术的日新月异使得我们可以想象,总有一天我们将了解人体最复杂的器官——大脑——是如何工作的。     

欧盟“人脑计划”未来能否实现?

今年1月,欧盟启动的一项耗资10亿欧元的人脑计划(HBP)称,欲在10年内重构人类大脑这一人体最复杂的器官。对此,支持者与批评者们各持己见。究竟谁才是正确的呢?多年以来,神经学家亨利·马克拉姆(Henry Markram)一直声称,十年之内他能通过计算机模拟人的大脑。通过前期论证与调研,今年1月23日,欧盟委员会为此决定启动一项专门计划——人脑     

失恋之痛不同于生理痛苦

<正>过去十年中,神经学家一直相信生理上的痛苦与社交性痛苦(例如失恋、分离和失亲)在大脑中被以同样方式处理。在最近一项研究中,神经学家借助电脑学的一种手段——多维模式分析——检查志愿者在观看负心人照片时的大脑扫描结果,并且把这一结果与他们受到令人痛苦的热刺激时的大脑扫描结果对比。     

大脑3D透视图涵盖所有基因组

不久前,美国科学家绘制了一个交互式综合"大脑图谱",并已上传到网上(网址为http://human.brain-map.org),以便帮助世界各地的科研人员开展神经学研究人类染色体组里有超过2万个基因,大约84%活跃在人类大脑中。为了绘制这一图谱,科学家对3位男性死者捐赠的大脑切成小块后逐一进行扫描,记录下2万个基因的活跃水平。他们的下一个目标是扫描一位女性的大脑,看看其与男性大脑有什么不同这一由美国西雅图艾伦脑科学研究所绘制的大脑图谱,旨在希望其他研究人员把他们通过大脑扫描和遗传研究获得的发现与之进行比较,以     

新大陆:探秘脑科学

<正>继人类基因组计划(HGP)之后,人类开始向自然科学的最后一块疆域——大脑——发出了挑战:在欧洲和美国先后宣布启动"人脑计划"研究之后,中国的"脑科学计划"也呼之欲出。6月28日,以"新大陆:探秘脑科学"为主题的第41期上海科普大讲坛上,来自中、美、欧等国的科学家向公众解读了各国的"脑科学计划"。自2013年1月启动的欧盟"人类大脑计划",在未来10年内将投入10亿欧元,除了重点研究医学和神经科学外,还有未来概念的计算机技术。本次主讲嘉宾、瑞士洛桑理工学院的欧利弗教授认为:"如果我们弄清人脑电信号的传输机制,就有望开发出模拟大脑机制的计算机。同样将历时10年、总投资约45亿美元的美国"大脑基金计划"将从     

欧美人脑研究计划的互补性

<正>动物模型系统和数字化系统的研究,勾勒出大脑研究领域国际化和跨学科的研究图景。在探索认知人类大脑的研究中,欧美的两大研究计划使我们看到了突破所在:美国的重点在于研究新的实验工具,而欧洲则专注于模型建立和计算模拟。工具的革命美国卡夫里基金会科学项目执行副主席米·丘恩(Miyoung Chun)说:"我们对于大脑如何工作的机     

脑与性——Sry基因与帕金森氏症之联系

在男性大脑的区域内，科学家曾发现确实存在性物质的确凿证据：有一种名为Sry、定位于男性Y染色体上的关键的性别决定基因，不仅在睾丸内表达，而且还在男性大脑内有表达。     

人脑里面有"音乐"

我们都可能有这样的经历:辗转难眠时,听上一张自己喜欢的音乐CD,也许就会睡着了。现在科学家们发现了更有效的催眠曲:你自己的大脑音乐。大脑自有音乐加拿大多伦多大学睡眠研究中心的科学家发现,人类的大脑能够产生它自己内在的音乐,这一音乐可以用来治疗困扰成千上万的病症:焦虑性失眠。研究人员称,通过对每个失眠患者播放属于他们自己大脑的音乐,这些睡眠失调的人就会安然进入梦乡,睡得更熟更深。     

新型脑图谱展示大脑组织运作方式

正探索时代早已过去,但至少还有一个领域在很大程度上仍属未知:即人类大脑。位于圣路易斯的华盛顿大学医学院的研究者们研发设计的一种新型详细的脑图谱,展示了大脑皮层的景象,大脑皮层即最外层大脑,参与感知和注意力控制的主导性结构,同时在语言、工具使用和抽象思维等人类独有的功能方面发挥着重要作用。该新型脑图谱对一个正常人大脑的诸多功能进行了细致入微的界定区分,将有助于脑部疾病的研究,如自闭症、精神分裂症、痴呆和癫痫等。利用该脑图谱,科学家可以分析理解上述脑疾病患者的大脑同健康成人大脑相比之间的差异。另外,还可     

人脑里的"音乐"

我们都可能有这样的经历:辗转难眠时,听上一张自己喜欢的音乐CD,也许就会睡着了。现在科学家们发现了更有效的催眠曲:你自己的大脑音乐。大脑自有音乐加拿大多伦多大学睡眠研究中心的科学家发现,人类的大脑能够产生它自己内在的音乐,这一音乐可以用来治疗困扰成千上万人的病症:焦虑性失眠。研究人员称,通过对每个失     

炎症与阿尔茨海默病

正科学家希望通过保护大脑免疫系统来对抗痴呆和神经退化。阿尔茨海默病的小鼠模型中,大脑斑块上聚集着小神经胶质细胞神经学家迈克尔·黑内卡(Michael Heneka)明白,激进的想法需要有说服力的数据。早在2010年,很少有同事认同他的观点,即大脑的免疫系统对痴呆症起至关重要的作用。因此,2010年5月,当一批新的     

基于平面晶体管型器件的突触可塑性模拟

在数据信息膨胀的大背景下,传统的冯诺依曼体系结构的计算机早已无法满足灵活处理和存储大量信息的需求.与之相比,大脑高度并行的非线性信息处理能力展现出了明显的优势.突触是大脑神经元之间信息交换的连接渠道,突触可塑性是生物学习和记忆的分子基础,为了模拟大脑,必须研究出具有生物突触功能的物理器件,从而实现能够在功能上模拟类脑行为的神经形态电路.研究表明,对于场效应晶体管,把具有可调忆阻特性的场效应晶体管的传导沟道和栅极作为信号传输和调节模块,可以分别对应于生物突触中的离子传导和神经递质释放的过程;对于电子型晶体管,可以利用电操作模式中的OFF(ON)状态的弛豫倾向来模拟生物兴奋(抑制)过程,因而在晶体管中可以实现对突触功能的模拟.本文总结了近年来研究人员用平面晶体管结构的突触器件模拟的突触可塑性功能,包括:短时程突触可塑性(包含双脉冲易化和双脉冲抑制,动态过滤(高通滤波/低通滤波),处理时空关联的脉冲,适应等)、长时程突触可塑性、短时程向长时程的转变、放电时间依赖可塑性、分流抑制等,详细说明了这些功能的特点及模拟方法并对其未来发展进行了展望.     

计算机建模：装在盒子里的大脑

瑞士神经科学家亨利·马克拉姆的“人脑计划”正努力争取10亿欧元的基金来使用计算机模拟人类大脑。一些怀疑者们则认为他根本做不到。