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。     

大脑中有一个"恐惧中枢"!

揭示人类辨别惊恐表情的奥秘 在大脑底部，有一个杏仁状的脑结构——杏仁体(amydala，又叫杏仁核)。尽管科学家们早就知道杏仁体是大脑中的“恐惧中枢”，对判断惊恐信号起关键作用，但一直没有搞清它在判断人类面部表情的过程中究竟扮演怎样的角色。最近，美国科学家终于将杏仁体判断惊恐表情的奥秘揭开。     

人体部件的替换修补

生命活动是宇宙间最奇妙的现象之一,而一切生命结构中最最复杂的又莫过于人类的身体了。有趣的是构成人体的各个部件——内脏、器官和组织虽然十分精密,但却又可以人为地加以改变、取代,甚至完全去除。     

海豚不象“有鳍肢的人”

在今天,广为流传的理论观点认为,海豚是精明的动物。它的脑体积比你的脑还大;它那流线型的海生哺乳动物的身体具有与它的同类、甚至与人类交谈的能力——详细的信息和思想交流的能力。二十世纪六十年代初,全世界最著名的海豚专家利莱(John Lilly)博士预言:到1980年,海豚将会同人类对话。现在,1980     

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,     

探索脑的奥秘

人被誉为“万物之灵”,这是因为人具有高度发达的大脑。我们为什么能看到色彩缤纷、千姿百态的世界?为什么能听到悦耳动听的鸟的啼啭和动人心弦的音乐旋律?我们为什么有智力、能思维?为什么又有喜怒哀乐?这既是科学家们久已魂系梦牵的重大问题,又是普通人十分关心的自然之谜。探索和揭示脑的奥秘是当代自然科学面临的最重大的挑战之一。     

人脑之谜种种

人脑是目前已知宇宙间最复杂的系统 ,其功能活动在很多方面还是未解之谜。有人提出 ,2 1世纪是生命科学的世纪。揭示人脑的奥秘是当今生命科学面临的重大挑战 ,也是心理科学研究和探讨人类学习和记忆的重要课题。感觉与传导感觉与传导是人和动物共有的生命本能 ,是大脑对客观事物作出的具体反应。大脑结构本身并不复杂 ,它分左右两个半球 ,由中间的脑桥和延髓连接着脊神经。从脑本身发出的神经有 1 2对 ,接受头面部的感觉与传导 ;脊髓神经有 3 1对 ,接受躯干部位的感觉与传导。大脑就如一个通讯控制中心 ,而连接控制中心的是各个组织机构之…     

关于科学史几个理论问题的探讨

(一)自然科学的源泉及其发展的社会条件自然科学是人类对自然界物质运动规律(即自然规律)的认识,来源于人类对自然现象的观察,这种观察首先是由于生产的需要,并且随着生产的发展而发展。古代人类在同饥饿、寒冷和死亡的长期斗争中,在从事农业、畜牧业和手工业生产以及医治疾病的过程中,逐步积累起关于自然规律的丰富知识,这就逐渐形成了自然科学。同时也应该看到,人类是直接生活在自然界中,随时随地都可以对自然现象进行观察,而并不局限于生产过程。在人们得到温饱和有了闲暇之后,对自然现象的观察和探索也就有可能开展得更加广泛、深入,由此也就开始出现了科学实验。因此,不能认为生产实践是自然科学的唯一源泉。希腊哲学家亚里土多德早在两千三百年前就认识到:“求知是人类的本性。”由各个世代积累起来,通过各种途径获得的关于自然界的知识,经过不断地整理、总结,形成许多经验性的定律。     

海豚:海中的智叟

海豚究竟有多聪明若问整个动物界谁最聪明?可能有人会说是黑猩猩,认为黑猩猩是一切动物中最进化、最能干的。可是海洋学家却认为,海豚与人类一样也有学习能力,甚至比黑猩猩还略胜一筹,素有海中“智叟”之称。许多科学家正投身于海豚的研究,首先从解剖学的角度入手,观察海豚的脑细胞发育程度,这是智力和思维的基础。20世纪30年代,日本的小川博士开始了海豚脑与人脑及其他动物脑的对比实验。经解剖研究,证明海豚的大脑十分发达,一条成年海豚的平均脑重为1600～1700克,比人脑还重(约1500克),远远超过了黑猩猩(不足500克)。海豚单位体长的脑重即…     

人类大脑新发现

人的大脑具有最令人叹为观止的复杂结构。但是，随着大脑成像技术、基因遗传学和干细胞研究等领域的进步，专家们已经开始揭开它的一些奥秘。下面就是有关人类大脑的9个问题和神经科学的最新发现。     

自身免疫性疾病与人类白细胞抗原的关联性

自身免疫性疾病(autoimmune disease,AID)是由人体的免疫功能发生紊乱,自我识别功能遭受了破坏而引起的.全世界患者达数亿之众.人类白细胞抗原系统(HLA)是人类基因组中最复杂、最具多态性的遗传体系,其主要功能是参与自我识别,调节免疫反应和对异体移植的排斥作用.几乎所有的自身免疫性疾病都与人类白细胞抗原系统特定基因座(locus)存在着不同程度的关联.深入研究自身免疫性疾病与人类白细胞抗原系统基因的关联性,必将为自身免疫性疾病的有效预防和基因治疗提供重要的理论依据．     

举世瞩目的脑机能研究

目前,全世界的科学家正在大力进行的一项科学研究是对人类大脑的研究,被称为“最后的科学尖端”。 在美国,早在布什总统执政时就通过了一项“脑的10年”的研究计划。此项计划,目前仍在进行中。与此同时欧洲各国也都将此类研究项目列为国家级科研项目,进行着持续不断的工作。 大脑研究的范围主要是认识、记忆、思考、意识、行动等“高次脑机能”生命现象。在自然科学中,“高次脑机能”一直被视为最难以接近的领城,其难度很像数学研究     

“三磅宇宙”的说书人——试析顾凡及教授的科普之道

正本篇报道围绕2018年度上海市科技进步奖三等奖项目"脑科学科普"展开,该奖项由复旦大学生命科学学院顾凡及教授获得。"人类只有认识了脑,才真正认识了自身。"这是多年前杨雄里院士为"名家讲演录"丛书所著《探索脑的奥秘》(上海科技教育出版社,1999年8月出版)的卷首题记。大脑对所有的人都极具吸引力,我们不妨说,它犹如一部神奇的秘籍。潜心破译释读这部秘籍的群体是脑科学家,     

面向fMRI数据的人脑功能划分

人脑是目前人类发现的最复杂和最具智能的功能组织系统之一.数以万计的神经元相互连接形成了复杂的脑结构,并通过相互间的作用表现出多样的智能活动.脑功能研究是脑科学研究中最重要的内容之一,尤其是功能磁共振成像(f MRI)技术的出现,为人脑功能的研究带来了新的发展机遇.近年来,开始利用基于f MRI数据的计算方法对人脑进行功能的划分,已有研究表明,功能划分所产生的人脑功能子区域比结构图谱中的脑区具有更高的功能一致性,因此更适合用于人脑的功能分析.进一步讲,把人脑功能划分产生的功能子区域用于人脑功能网络的构建能够获得更具可解释性的人脑功能网络,能为人脑疾病机理的研究和探索提供新的手段.本文以f MRI数据为基础,首先,介绍了f MRI数据采集、人脑功能划分及其基本流程;其次,给出了一种人脑功能划分方法的分类体系,并详细阐述了其中主要的人脑功能划分算法;再次,梳理了人脑功能划分中常用的相似性度量和评价指标;最后,总结了人脑功能划分的应用,并深入地分析了人脑功能划分中存在的挑战及未来的研究方向,以期对相关研究提供有益的参考.     

大脑网络的探索进程（一）——研究特点、方法与三大类型*

脑网络是复杂的生命系统中一个最典型的复杂网络,是一类“网络的网络”。目前可从三个层次对大脑网络进行建模探索,即微观尺度(神经元)、中尺度(神经集群)、大尺度(脑区域),各层次之间相互影响、错综复杂,研究难度很大。笔者从网络科学观来评述大脑网络的探索进程、研究方法和主要类型。     

望远镜阵列探宇宙奥秘

2013年3月中旬,人类有史以来最大的地面天文学观测装置——ALMA(阿塔卡马毫米/次毫米波望远镜阵列)在智利北部阿塔卡马沙漠正式投入使用。这是目前世界上最大、最昂贵的地面天文台项目。借助这个大型射电望远镜,天文学家可更清晰地探视宇宙深空的奥秘。     

论物质系统的结构与功能

在自然界的物质系统中,普遍地存在着结构与功能的矛盾。各门现代自然科学都在探索其研究对象的结构和功能的关系。自然辩证法则要从哲学高度研究各种物质系统中结构与功能的辩证关系,从而找出其普遍性的规律和必然性的内在联系,进而寻求打开自然奥秘的钥匙。人类对物质系统结构与功能认识的发展     

非线性科学：它的内容,方法和意义（下）

七、神经网络系统神经网络系统可能是我们所面临的高度复杂的非线性动力学系统,也是迄今所知功能最强、效率最高的最完美的信息处理系统,因此,很自然地成为非线性科学研究的重要内容。已经取得了可喜的进展,但是,它只是建立脑模型的第一步,就人类的科学认识活动而言,对大脑的研究无疑是一种挑战,它正越来越强烈地吸引着许多不同领域的科学家参与到脑研究的队伍之中。虽然对大脑的结构近几十年来在细胞和分子水平上已进行了大量的研究,发现了许多新的现象,但我们仍然未能了解神经系统是怎样使人具有听和看、学习和记忆,甚至推理和语言等高级脑功能的,要取得这方     

见人人之所见,思人人所未思——发现DNA双螺旋结构的故事

在刚刚过去的20世纪,遗传学也许是发展最快、变化最烈的一门自然科学学科.1900年孟德尔(G.Mendel)揭示的生物遗传规律被重新发现,2000年人类基因组全序列工作草图宣告完成,这一头一尾两件大事充分展现了100年来遗传学的重大发展,而连接首尾的关节点,则是1953年沃森(J.D.Watson)和克里克(F.H.C.Crick)共同提出DNA双螺旋结构模型.     

人类对血液循环的认识

血液循环学说是生理科学中一个最基本的理论,由于它的发现和阐明使生理学(人体生理学和动物生理学)确立为一门独立的实验性科学。科学史界普遍认为,全面揭示血液循环规律的是英国生理学家和医生威廉·哈维(William Harvey,1578—1657)。1628年,哈维发表了《心血运动论》,在这部名著中,正式公布了血液循环的发现,为近代生理学的建立奠定了科学基础。但是,我们不能把一门科学的产生或这门科学的任何重大成果仅仅看成是某个人或某些人在实验室的发明创造,和任何一门自然科学一样,生理学的形成和发展与人类的社会实践,尤其是医学实践的关系甚为密切。人类对血液循环的认识经历了漫长而曲折的历史,在当代科学技术迅猛发展的今天,回顾这段历史,分析和比较先行者的科学思想和科学方法,这对于我们进一步活跃科学思想,积极运用自然科学最新成果,促进现代生理学的发展是很有现实意义的。