法庭上的脑科学

最近半个世纪以来,脑科学的飞速发展,使人们对记忆、情绪、意识以至自由意志有了比以前深入得多的认识,从而对目击者证词和嫌犯自供的可靠性、新的证据采集手段、是否有自由意志甚至人是否应该为自己的行为负责都从新的角度提出了问题,开始形成像“神经法学”和“法医神经科学”这样介于法学和脑科学之间的交叉领域,孕育着对司法制度根本原则的变革。      

类脑智能引导AI未来

人工智能是否要“类脑”以及如何“类脑”是人工智能发展中颇具争议的问题。结合在仿生视觉及人工智能领域多年的研究体会,阐述了类脑智能研究的意义与方式,讨论了现阶段人工智能与类脑智能的异同,发表了对未来人工智能发展的一些看法。基于对类脑智能的以上看法,作者及团队将研发智能、感知和操控功能兼备的“机器头脑”,以探索机器自主智能的发展。     

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.     

抑郁的大脑：抑郁症的神经生物学研究和抗抑郁新药研发

近年来,基因、分子、细胞、影像等实验证据表明抑郁症是和应激密切相关的反复发作的慢性脑疾病,其主要临床症状涉及情绪、奖赏、认知等高级脑功能。随着抑郁症神经生物学研究的深入,基因与环境相互作用导致神经可塑性改变将成为揭示“抑郁大脑”的重要途径,为抑郁症的预防与治疗提供新思路和新途径。     

广角镜

果蝇的抉择 在面临两难局面时，人或高等动物拥有权衡利弊做出最有利选择的能力，但目前人们对这种较为高级的认知行为的神经机制还知之甚少。已有的研究表明，果蝇和蜜蜂等昆虫能够通过学习和记忆获取知识。为进一步研究果蝇利用知识应付环境变化的能力，中国科学院神经科学研究所研究人员郭爱克和唐世明设计了新的实验。 在实验中；研究人员先训练果蝇喜欢绿色的正置“┬”形，而厌恶蓝色的倒置“┵”。然后使图形放置相同，结果发现 果蝇会选择绿色图形，回避蓝色图形；如果消去图形的颜色，果蝇会选择 “┬”图形而回避“┵”图形。 然…     

离体神经元网络中的集体性回响活动

通常认为, 大脑进行认知活动时神经环路的集体性回响是“即时”记忆的存储形式. 然而, 由于大脑神经环路庞大的复杂性, 这种回响活动一直鲜有实验上的证据. 近期研究工作利用离体培养的神经元网络中对回响的性质进行了探索, 揭示了其新的动力学特性和内在细胞机制. 结果表明, 离体培养的神经元网络可以有效地用于对神经环路的活动进行机理性分析研究.     

华南新的寒武纪生物地层序列和年代地层系统

生物地层和年代地层是地球科学中最常用的划分地层的方法和地层对比的标准. 简要回顾了1978年以来我国华南斜坡相寒武纪生物和年代地层的研究. 介绍了1988年以来逐步形成的华南寒武纪生物地层序列和年代地层系统, 并对两者做了新的修订. 修订后的华南生物地层序列包含36个生物带和一个“贫化石带”, 所有生物带的底界都用单个物种(带化石)的首现定义; 修订后的华南年代地层系统由4统10阶组成, 其中包含了在湘西北建立的“芙蓉统”、“排碧阶”和“古丈阶”3个全球年代地层单位, 2个“金钉子”和2个被国际地层委员会寒武系分会接受的、定义全球寒武系阶的底界的“国际纽带点”. 华南的生物和年代地层系统是目前被国内外接受的中国划分标准. 对今后进一步完善这两套地层系统也提出了研究建议.     

略析观赏昆虫的构成美

笔者用平面和色彩构成的分析方法,首先对观赏昆虫的“构成美”进行了简要分析,其次初步阐述了昆虫的“构成美”的美学价值,其目的在于能给园林景观设计师以生物美学方面的启示,也便于观赏者更好地了解和欣赏“仿生学”。     

记忆之谜

除了对外部世界的感知以及控制机体的即时反应(如反射活动)外，脑还有学习、记忆、语言、认知、思维等高级功能。学习和记忆在机体的一生中起着重要作用。经验在塑造脑的微型神经元回路中起着十分关键的作用。实际上，我们特有的个性和性格正是在不断地感受经验、遭受挫折的过程中逐渐形成的。     

抑郁症认知功能损伤及异常脑机制研究进展

认知损伤不仅是抑郁症患者的重要症状,也阻碍着抑郁症状的消除和疾病的整体康复,因此,探讨抑郁症认知缺陷及异常脑机制对了解抑郁症的病因、诊断和治疗意义重大.本文从执行功能、注意、记忆、反应速度等维度讨论抑郁症认知功能缺陷,并阐述其背后的异常宏观脑活动和微观分子标记.未来研究我们建议借助心理认知任务定量评估抑郁症认知功能,同时采集患者多模态脑影像和神经生理数据,通过多维数据计算建模分析,探寻抑郁症潜在生物标记,进而对抑郁症进行生物亚型分类,为深入理解抑郁症发病机理和个体化诊疗提供科学依据.     

太阳系外行星的研究现状*

太阳系外行星探测是当今国际天文学研究的热点,其探测方法分为间接探测和直接成像。目前,已发现的上千颗系外行星主要是通过视向速度法和凌星法等间接方式探测到的,而直接成像技术将有望获取行星温度、大气等更全面的物理信息。其中,通过对类太阳恒星宜居带内的类地行星进行成像观测和大气光谱分析,将有望捕获太阳系外生命信号,进而解答“人类在宇宙中是否孤立？”这一基本科学问题,从而突破人类对生命的现有认识。因此,该领域的研究具有较高的公众关注度。     

材料基因组计划简介

美国总统奥巴马明确指出“材料基因组计划”(The Materials Genome Initiative, MGI) 的总目标是“将先进材料的发现、开发、制造和使用的速度提高一倍”。白宫科技政策办公室在2011年6月发布的相应的白皮书《具有全球竞争力的材料基因组计划》中阐述了材料创新基础设施的三个平台：计算工具平台、实验工具平台和数字化数据(数据库及信息学)平台。材料基因组计划/工程不仅仅是要开发快速可靠的计算方法和相应的计算程序,而且也要开发高通量的实验方法来对理论进行快速验证并为数据库提供必须的输入,还要建立普适可靠的数据库和材料信息学工具,以加速新材料的设计和使用。材料基因组计划/工程旨在材料领域建立一个新的以理论模拟和预测优先、实验验证在后的“文化”,从而取代现有的以经验和实验为主的材料研发的理念。     

人类起源与智能进化

演化为人的进化长河至少可追溯到500万年前,对该长河中的两个缺失环节,即“根人”和“南方古猿源泉种”的仔细分析再次证实了达尔文的渐变理论。现代人起源的“走出非洲”和多地域假说争论不休,对尼安德特人和丹尼沙瓦人全基因组草图测序和分析表明,混合上述两个假说的提议似乎更可取。人之所以为人的根本解释,今已聚焦到开创文化的大脑上。大量证据表明,智能进化支持了四个等级语言和三个世界框架体系。     

光遗传学:一种行为光控新技术

光可被细菌、藻类等低等生命和人类等高等动物通过视紫红质系统而感知。20世纪70年代后,几种细菌和藻类通道视紫红质的发现为光控系统的诞生奠定了基础。光遗传学最初由米森伯克于2002年首次实现并于2005年由迪塞罗斯和博伊登进一步完善,其应用极大地增强了对大脑功能的理解。光遗传学可使科学家借助光来精确开闭特异神经元从而达到操纵神经元活性和动物行为的目的。光遗传学技术已被证明是在细胞和系统层面研究健康和病理大脑活性的一个非常强大且有用的工具。文章系统介绍了光遗传学诞生的历史背景、重大事件、发展过程、应用领域及重要价值等。     

青藏科学研究范式与效应

20世纪50 年代以来中国青藏高原综合科学考察,取得了举世瞩目的成就,在世界自然科学考察的历史上有它自己的地位。青藏高原科学研究范式的特点是：长期基础研究的平台,传播知识的过程,出成果又出思想。青藏科学研究范式产生了明显的结果,即探索自然奥秘的凝聚效应、不同学科的相互渗透效应、人才涌现的催化效应和不断扩展的社会效应,可称之为“青藏效应”。上述青藏科学研究范式是在国家支持、组织体制改革、学术自由以及国际合作等文化氛围下形成的。蕴藏在“青藏效应”中的精神内涵包括：创新意识,瞄准国际前沿;立足实地,取得原创信息;提倡协作,加强综合集成;结合实际,服务高原建设;持之以恒,献身青藏事业。     

动物行为研究的新进展(九)：亲代抚育行为

以红切叶蜂、埋葬甲、白鹭和鲣鸟为实例,简要地介绍了近年来动物双亲抚育行为的一些研究进展和研究成果,包括双亲抚育行为的利弊分析、双亲偏爱和同胞互残三个方面。亲鸟喂养幼鸟可增加后代的存活机会,但也会遭遇一定的风险,这其中就存在着利弊分析的问题,应当如何进行权衡呢？即使是双亲把抚育完全给自己的幼鸟,也不能做到在子女之间完全均等地分配资源,甚至在父母与子女之间的亲缘系数是0.5的情况下也是如此。白鹭双亲不仅对同胞互残行为不加制止,反而会促使它的发生,这是因为在一窝幼鸟中借助互残行为可自行淘汰那些不太可能存活到生育年龄的个体,这有助于双亲把它们的关爱只传递给那些最有可能发育到生殖年龄传下后代的个体,并使双亲的食物传递损耗降到最低。这是进化和自然选择导致行为最优的又一实例。     

DNA vs. RNA:到底谁说了算

中心法则是现代生物学的理论基础之一。绝大部分生命体将遗传信息储存在DNA中,遗传信息通过转录流向RNA,再通过翻译流向蛋白质。随着研究的深入,人们逐渐认识到RNA不只充当了遗传信息由DNA流向蛋白质的桥梁,RNA层面的转录后调控过程还对基因表达进行了更为精准高效的调节,RNA在中心法则中的核心地位越来越突出。在转录后调控过程中,RNA修饰起到了至关重要的作用。对RNA修饰及其修饰酶、脱修饰酶和结合蛋白的研究已成为一个引人瞩目的新方向——RNA表观遗传学/表观转录组学。N~6-甲基腺嘌呤(m6A)是目前研究最为深入的RNA修饰。本文着重介绍m6A修饰对干细胞的分化过程的调控,对病毒侵染宿主和自我复制过程的影响,以及m6A在果蝇性别决定中起到的关键作用。RNA修饰对于其他各种生命过程的影响也在不断地被揭示出来,预示着RNA修饰的研究必将深刻地影响医疗、制药,乃至农业的发展。     

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。     

保卫地球——近地天体的巡视与防御陨击的对策

地球处于危险的宇宙环境中。运行到地球附近的"近地天体(NEO)"潜在着撞击地球的危险。实际上,地球自诞生以来就不断地受到这些天体的轰击,月球和水星的斑痕累累陨击坑就是最好的佐证,只是地球经历严重演化而抹去了老的陨击遗迹,仅见到170多个较近期的陨击构造。幸运的是,现阶段的陨击大多是规模小的,危害不太大。然而,陨击是很难预料的,一旦发生较大的撞击,就会造成比大地震还严重得多的危害。1994年的彗星撞击木星事件轰动世界,启迪人们更加关注地球被撞击的危险问题。实际上,也不乏地球近期遭遇陨击的例子:1908年的通古斯爆炸事件;1976年的吉林陨石雨;2008年的小行星2008TC3陨落在苏丹。2010年初,美国科学院公布《保卫地球:近地天体巡天和缓解危险策略最终报告》,笔者将结合有关资料作简要介绍,让公众了解真实的科学知识和对策,以免被歪曲的影视情节所误导。