以蜻蜓大脑为师的快速高效神经网络

正一种从昆虫身上获得启发的人工智能能让导弹防御系统反应更加敏捷。人类的大脑中共有860亿个神经元在并行工作,处理来自感官和记忆的输入信息,实现人类认知的众多绝技。其他生物的大脑不是这么能干的多面手,但那些生物常常展现出对于特定任务的内在天资,这是数百万年的进化打磨出的能力。     

从信息处理的观点谈视觉研究

一、视觉研究的主要目的和途径眼睛是人类最重要的感觉器官。由眼和脑组成的视觉系统所处理的信息约占人的全部感觉信息的90％。研究人类视觉的目的,简单地说,就是要理解人是怎样通过观看完成认知任务的,从而为解释大脑究竟是怎样工作的这个最吸引人的神经科学问题提供一个正确的答案,为制造具有人的视觉功能的新型机器提供必要的生物学依据。在神经生理学和神经解剖学方面,人们建立了神经网络的“侧抑制”概念,建立了视网膜神经节细胞、外侧膝状体细胞、初级视皮层神经元的“感受野”     

学习和记忆的突触模型:长时程突触可塑性

人类大脑是由上千亿神经元相互连接而组成一个高度复杂的神经网络,是认知、学习和意识等高级功能的重要基础。神经元之间通过特化的连接结构--“突触”而相互通讯。外界输入触发的神经元活动可特异性地持续改变突触的结构和功能,这种神经活动依赖的突触变化称之为长时程突触可塑性。大量实验证据表明突触可塑性是大脑学习和记忆的分子细胞学机制,了解突触可塑性的机制对阐明中枢神经系统性相关疾病（如老年痴呆症、药物成瘾等）的机理具有重要意义。本文简要地小结了长时程突触可塑性研究中的基本发现和新近进展。     

“迷你大脑”展示出类似婴儿的脑活动

<正>从细胞最初被发现至今已有350多年了,但是从很多方面来讲,细胞仍然是个谜。随着显微镜技术的不断进步,研究人员逐渐揭开了细胞的秘密。整个大脑中的全部神经元细胞是一个群体,尽管单个神经元细胞都可以单独接收、处理并传递信息,但在神经细胞的传导过程中,电压的变化只有在神经元的震荡活动融     

FIRE小鼠的故事：揭开髓鞘与神经退行性疾病的谜团

<正>小胶质细胞可以控制髓鞘生长以预防其发生退行性改变,这一机制帮助科学家更好理解和治疗神经退行性疾病。科学家历经数十年的研究仍然无法破解神经退行性疾病中为何神经元健康会出现损害。科学家长期认为阿尔茨海默病的病因是淀粉样蛋白和tau蛋白的有害堆积,而这些蛋白在正常生理情况下有助于神经元生长、修复和维持稳定。基于这种看法,科学家开发了靶向这些蛋白质的疗法,但临床试验证明这些治疗并不能很好地恢复患者的认知功能。这让科学家开始转向蛋白质毒性之外的其他破坏神经元健康的可能因素。     

人类基因组计划取得重大成果第22号人类染色体全部破译

备受瞩目的人类基因组计划，是一项全世界科学家合作进行的宏伟的科学研究计划，其目标是破译人类细胞中的全都遗传密码。现在，这项跨世纪工程到达了它的第一个里程碑：第22号人类染色体被全部破译！这是迄今为止被完全破译的第一条人类染色体，英国剑桥大学桑格中心的伊安·敦汉姆及其同事在1999年12月2日出版的《自然》杂志上发表了该染色体的完整基因序列，《自然》杂志还以封面放事形式予以介绍。染色体是由DNA团块组成的，存在于每个细胞的细胞核中。第22号染色体是23对、杨条人类染色体中仅次于第2条染色体的最小的染色体，其DNA…     

开拓神经网络基础理论研究的新途径

神经网络(即并行分布处理,又称认知的微结构探索)是80年代后期兴起的一门边缘性交叉学科。其宗旨是:把细胞的微观水平上的知识和人类认知的宏观水平上的知识联系起来,以解释大脑的工作原理,以建立具有人脑风格的认知算法(或计算体系结构),开发智能技术。从研究现状看,实用方法和技术开发在阔步前进,理论工作则主要仍集中在学习律方面,迄今未能取得突破性进展。应用和理论的发展是不平衡的。     

神经元移植与大脑

洛克菲勒大学的研究人员最近报道，来自前脑胆侧的一个特定区域的神经元前体——中间神经节轴突（MGE）既可以在胚胎脑又可以在成年脑中广泛迁移，并且在几个脑区分化成神经元细胞。该研究增加了更多的证据表明细胞移植作为一种神经生成性疾病和脑损伤的治疗方法的可能性。“我们是第一次识别一种新的细胞群体，它们可以在整个成年脑中迁移，进入丘脑、灰质和白质。”论文的第一作者海尼克·成齐特勒指出：在以前的研究中，移植入成年脑某些位点的移植初级神经元前体似乎不可能迁移和进人需要新神经元细胞的区域。在测试来自几个胚胎脑区…     

神经元能够标记时间吗?

人类对大脑结构的研究把时间上升成为一个更为广泛的问题:到底什么是时间?2007年6月,马来西亚人年轻人(19岁)阿尔伯特·曹(Albert Tsao)在挪威特隆赫姆的卡夫利系统神经科学研究开始了他的工作。曹当时2是梅﹣布里特·莫泽(May-Britt Moser)和爱德华·莫泽(Edvard Moser)实验室的一位暑期实习生,这对夫妻搭档是当时神经生物学领域声名显赫的科学家,他们发现了神经系统中的"网格细胞"(这是一类特殊的神经元,可以通过追踪我们的位置在人类大脑中生成导航地图)。网格细胞位于大脑内侧的内嗅皮层区。曹对于相邻但未     

改变我们生活的十大新兴技术（下）

5.为揭示脑内神经网络开启机遇之门 大脑是人体和动物最精密的器官，人类对于它的探索从未停止过。如何清晰地显示大脑复杂的细胞构成，让更多人对大脑的结构有根本的认知，同时让科学家能更清晰地观测到脑细胞的变化过程，是有待于各国科学家攻克的难题。现在，人类凭借着先进的科学技术．已能深入探知大脑内的神经网络的奥秘。     

院士说"脑"寄望中学生

“伸出食指放到双眼正中,大脑可以瞬间为你呈现食指的立体图像。然而这个看似简单的工作如果交给电脑去完成,就需要一个非常复杂、庞大的系统。”去年在上海中学举行的院士科普论坛上,中科院院士杨雄里的一句话把听众的思维引向深邃的脑部世界。大脑有多“大”?杨先生说,组成人体神经系统的神经元细胞个数多达10的21次方,相当于银河系所有星体的总数,然而人体内的这些单个“星体”又非常小,每个神经元细胞只有十几到几十微米。人类所有的智慧就藏在这些微米之间。“大脑是人认识客观世界的最重要工具,脑科学则是研究这个工具的科学。”近30…     

神经胶质细胞转化的神经元或可治疗帕金森病

正此类基因疗法的简便性和高效率使其极具潜力,有望治疗像帕金森病这样的神经系统疾病。近期,来自加州大学圣地亚哥分校的付向东团队在《自然》(Nature)发表文章表示,通过消解特定蛋白质,可使星形胶质细胞向神经元细胞转变,从而逆转帕金森病小鼠的病例症状。而在更早些时候,来自中国科学院杨辉团队也以相似的思路完成了神经元转变,并将研究成果发表于《细胞》(Cell)。毫无疑问,这两大重磅研究为人类攻克帕     

狗可能真的比猫更聪明

正狗可能真的要比猫聪明些,这是因为狗大脑皮层的神经元平均数量是猫的两倍左右。大脑皮层是动物的思考中枢,这个区域的神经元数量直接决定了动物的智慧程度。人类大脑皮层约含160亿个神经元,狗类大脑皮层神经元的平均数量为5.3亿,而猫只有2.5亿。更多的神经元让狗能够在一定程度上理解人类下达的指令,并能完成更复杂的动作。     

飞秒激光刺激诱导星形胶质细胞调控海马神经元同步钙振荡

大量证据表明星形胶质细胞通过钙信号积极参与脑功能. 在星形胶质细胞的功能研究中, 诱导其产生钙信号是一项关键技术. 然而, 传统的刺激方法不能同时满足非接触、无损、高时空精度的要求, 本研究小组提出的飞秒激光刺激星形胶质细胞的方法能够弥补这些不足. 在此基础上, 验证了该方法在海马神经网络水平上研究星形胶质细胞功能的应用. 混合培养的海马神经网络中, 星形胶质细胞被飞秒激光刺激后: (1) 诱导神经元同步钙振荡; (2) 即时性干预神经元自发同步钙振荡; (3) 调制神经元的高频自发同步钙振荡. 因此, 通过演示光诱导的星形胶质细胞钙信号调控海马神经元同步钙振荡, 证明飞秒激光刺激方法能够为星形胶质细胞在神经网络中的功能研究提供强有力的工具.     

解开人类大脑皮质中间神经元发育之谜

大脑皮质是人类大脑最大的组成部分,是人脑最大的信息处理中心,承担着脑的高级功能.中间神经元是大脑皮质两种主要的神经元之一.其数量随皮质体积的增加而增加,但人类的中间神经元的种类却与啮齿类动物相似.时颖超等人报道了人和小鼠指导中间神经元分化的十分保守的基因网络,解释了相同种类的中间神经元是如何在不同物种中出现的.梅赛德斯...     

长期记忆存储的神经编码与调控

人类根据自身以及后天学习获得的经验与知识,也就是记忆,适应并改造了自然界,从而创造了现代文明.建立在大脑神经元的物质基础之上,记忆承载了外界纷繁复杂的信息,整合了时间与空间等不同维度上的多感知信息,为大脑作出正确判断和操作提供支撑.通过对大脑记忆机制的研究不仅仅可以揭示脑高级功能的生物学基础,更加重要的是,可以提供一条由亿万年进化史选择的解决高级认知运算与高效信息处理的途径.近年来,对记忆机制的认知从突触、分子等生物层面渐渐深入到细胞编码、解码与整合等信息层面,依赖对大脑中信息编码直接相关的记忆印迹(engram)的深入研究则揭示了神经环路的记忆存储与调控机制.本文围绕记忆印迹细胞的分子、细胞、环路与信息处理机制的运用,回顾了近期记忆机制的研究进展,探索了记忆编码机制研究对生物大脑运作原理及类脑智能的深远影响.     

与病毒共存

<正>提起与病毒共存的观点，不少人都觉得不现实。病毒的存在就是为了繁衍和传播，而这一切都是要以破坏宿主细胞为基础的。对人类而言，病毒的流行不仅会导致个体的死亡，而且还会影响人类社会的发展。尽管随着现代科学的不断进步，我们对病毒的认知在不断深入。而医药卫生领域的发展，也在一定程度上帮助我们遏制了病毒对人类的影响，但是，诸如艾滋病病毒、新冠病毒、狂犬病毒等病毒，仍给我们带来了巨大的健康风险。而现阶段，由于缺乏有效的针对性药物，我们仍无法在短期内战胜这些病毒。因此，与病毒共存的话题也在不断被热议。     

神经退行性疾病治疗曙光初现

<正>人类的神经系统包含成百上千种不同类型的神经元,这些纷繁复杂的细胞极其重要且有个致命"弱点":一般不会再生,即一旦死亡,就永久失去。在常见的神经退行性疾病中有两类比较特别:视神经节细胞死亡导致的永久性失明,多巴胺神经元死亡导致的帕金森病。随着全球老龄化的加剧,患者将会越来越多。如何在体内安全再生出特异类型的神经元,用以治疗不同神经退行性疾病,这是全球众多科学家一直努力的方向。日前,我国一项最新科学研究让人们看到了新希望。     

人类神经元 发现"微型计算机"

正仅仅依靠输入电缆,人类神经元就可以完成以前只能在整个神经网络中看到的复杂逻辑计算。这里重申一下:人类的神经元远比我们最初认为的更强大。如果深度学习算法——一种风靡全世界的、基于大脑的人工智能方法——能备受关注,那么人类神经元也可以。这些都是非常规的,带有火药味儿的话。70年来,神经元一直被认为是大脑的基本计算单位。然而,根据2020年1月发表在《科学》杂志上的一项新研究,我们大脑皮层——大脑最外层的"硬壳"——中的神经元,似乎已经以一种独特的进化来维持它们的输入电缆中难以置信的复杂计算。这就好像有人最终找到了证据,证明了计算机的电线实际上是由微型处理器组成的,在将结果发送到CPU之前,每个处理器都执行计算。这很奇怪,也是有争议的。然而,这也是首次在人类神经元中发现的事实。     

人类神经退行性疾病与模式动物研究

大脑和脊髓由神经元组成,神经元一般不会再生,所以过度的损害可能是毁灭性的、不可逆转的.神经退行性疾病就是由于神经元的退行性病变和凋亡所致,随着时间的推移呈现一个渐进性的恶化,以导致机体认知记忆功能和运动功能障碍.