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.     

神经网络计算机的应用

当前,一门新的"神经工程学"正在勃然兴起.许多杰出的科学家和工程师,以及国家科技、军、政部门,均对神经网络寄予厚望.发达国家纷纷投入巨大的人力、财力,用以开展神经网络的基础理论研究,开发神经网络计算机产业.国内一些科研机构和高等院校,也开始行动起来,试图应用神经网络信息处理的原理和方法,来解决一些具体的工程问题,解决智能计算机的设计问题.国家自然科学基金会已经把神经网络的原理和应用研究列为重点课题.神经网络理论,从本质上讲,是从神经生理学和心理物理学研究成果出发,应用数学方法,描述具有大脑风格的信息处理机的本质和能力.它涉及物理学、复杂系统,涉及计算机科学、人工智能、知识工程、机器人学.不言而喻,这是一门新兴的边缘性交叉学科.本刊曾在1989年第7期介绍过神经网络研究和神经计算机研制的概况,引起了读者广泛的兴趣.现再发表"神经网络计算机的应用"、"并行分布处理的理论框架"(下期发表)等两篇文章,以进一步满足读者的需要.     

机器做代数

一小群计算机代数学家很快就会打消计算机只是捣弄数字的机器这个想法了。在过去二十年中,已成功地探讨了几类需要解析解而不是数值解的问题。例如,现在已有正象操作人员所说的一个比“摸索解题的低年级大学生”更可靠地做出不定积分的解析式的计算机程序。这类工作的需要和可行性都不是不言自明的,而事实是从事计算机代数的人少而且分散。但是在某些领域,人们费时的代数运算用一个计算机程序来解决,目前已是很普通的了。用这种技术的领域如此广泛,看来这种计算机代数会推广。     

阿尔茨海默症患者额顶叶控制系统脑网络异常

阿尔茨海默症(AD)是一种严重的神经退行性疾病,临床上以工作记忆障碍、失用、失语、执行功能障碍等认知功能的损害为表现特征.功能核磁共振(f MRI)技术作为一种新兴技术,被广泛应用于大脑以及各种神经退行性疾病的研究中.利用f MRI技术,人们发现大脑中存在着一些长程大尺度的功能脑网络,比如运动感觉网络、默认模式网络、背侧注意网络、执行网络、突显网络等.其中,执行网络与突显网络作为额顶叶控制系统的两个子网络参与包括执行功能、工作记忆、显著过程处理等与AD密切相关的认知生理活动.本研究招募了35名正常老年人作为正常对照(NC)、20名遗忘型轻度认知障碍患者(a MCI)、25名阿尔茨海默症患者作为被试,研究额顶叶系统在阿尔茨海默症中的异常改变.我们发现在额顶叶控制系统内的功能连接(FC)与其他网络的功能连接均出现了不同程度损害,结果表明执行网络在轻度认知障碍时期已经表现出功能损害而在进入AD时期后进一步加重,这与疾病的行为学表现一致;而突显网络在a MCI组中会出现功能连接的增强现象,这可能显示了一种与其他脑网络不同的受损模式.     

非线性科学：它的内容,方法和意义（上）

引言非线性问题并不是一个近期才出现的新问题,也不是一个新的科学概念。但是,由于在确定论的系统中发现了混沌现象,极大地激发了人们去探索自然界和社会中存在的各种复杂性问题,同时逐渐改变了人们观察周围世界的思维方法。由于复杂性往往与非线性紧密联系在一起,因此,在近20年中,从自然科学,工程技术甚至社会科学各领域中,广泛深入地开展了非线性问题的研究,并且已     

奔驰之“芯”——CPU的现状和未来

虽然现在人们总是对各种软件的发展和更新津津乐道,但是历来就是支撑计算机产业半边天的硬件(主芯片、主板、适配卡、外围设备、网络等)产业,也时刻在全世界刮着阵阵改革的狂飙。其中最让人瞩目的CPU(中央处理器)的改朝换代总是成为计算机业界最敏感的话题,人们可以通过CPU的发展水平透视出整个业界乃至整个时代的科技水平和潮流。 目前在中国应用最普及的仍是286～486计算机,然而这些基于80x86CPU的电脑已显示出不能适应时代的要求。那么,我们不妨通过了解CPU的现状和未来发展趋势,把着眼点放得更远些。     

混沌理论的应用可能性

继模糊、神经网络理论之后,作为第三种模拟信息处理体系,“混沌”理论开始受到人们的关注。应用这种理论可以弄清生物体的许多现象,开发计算机以及用以预测复杂的社会现象。总之,可以期待它在极广泛的范围起作用。本文便是探论这一崭新理论的可能用途,介绍这一领域的最新动向。     

强磁场下高临界电流密度的YBa_2Cu_3O_(7-δ)熔融织构法块样的制备及缺陷分布

一、引言 高温氧化物超导体在强电领域应用的主要障碍为临界电流密度较低,这是由多晶材料晶粒间的弱连接所致。为改善弱连接,人们在减少和净化晶界,以及利用氧化物超导体层状导电特性而改变晶胞微观排列方面,做了大量努力。     

超导电性:零度技术

在超导发现约七十五年后,人们又恢复了对它的兴趣。很长一段时间来,对金属材料在超低温下的性质具有浓厚兴趣的主要是固体物理学家。可是现在,超导在工业上也引起了关注。在许多领域中,无论从核聚变研究到发电站,还是从医院到计算机中心,都在进行着深入的具有商业性应用的研究工作。本文着眼于对超导将来的展望。     

AI开始"扫荡"各个行业

<正>早在1956年,几位世界级的科学家曾经召开了一场讨论模拟人类意识的会议,在那次会议中他们提出了一个全新的领域,并赋予该领域一个神圣的名字——人工智能(简称AI)。AI是一项极富挑战性的科技,它所涉及的学科十分复杂和广泛,包含哲学、数学、认知科学、神经生理学、计算机科学以及信息论、控制论、不定性论等。同时,AI也是一门边缘学科,属于自然科学和社会科学     

计算视觉和正则化理论

计算视觉理论是当前世界视觉研究的主流,是计算神经科学的基础,它促进了心理物理学、神经生理学、计算机科学、数学、物理学、系统科学、工程学等联合起来研究视觉——大脑的信息处理过程与机制。波吉欧(Poggio)等人提出的正则化理论是计算视觉的一个重大进展,通过算法将计算理论与生物硬件联系起来,为人工智能中的自动图象分析系统,视觉专家系统的研究奠定了理论基础,并成为研究脑信息加工的前沿领域。霍普菲尔德(Hopfield)提出的神经网络集合运算的理论框架成功地求解了一类最优化问题,并研制出相应的硬件芯片,这对当前正在兴起的新一代计算机或智能机的研制具有重大指导意义。波吉欧与霍普菲尔德的工作已引起人们普遍的关注和国际各智能学术机构的重视。为使读者对这些前沿课题的发展近况有所了解,特编译了波吉欧与霍普菲尔德分别在Nature与science上发表的论文,供读者参考。     

人们为何会陷入高技术投资误区

技术革命是推动人类历史前进的主要动力之一。高技术是技术领域的女皇,受到政府和人们的热烈追捧很正常。高技术使工作效率几倍、几十倍地增加,它开辟的新领域令旧领域自惭形秽。像遥感和测绘;计算机和手摇计算器;空对空导弹和航空机关炮…… 然而高技术往往自成复杂或超复杂系统,它所索取的资金、人力、人才、设备、材料、时间投入惊人地高,以致于高技术管理成为一门高深的学问。中国在发展喷气式歼击机这一高技术兵器上所走的曲折道路很能说明这一问题。     

神奇的虚拟现实技术

虚拟现实技术是采用电子计算机等现代技术手段,经过合成、加工后,产生与现实环境十分相像的图像或情景,通过多种多样的显示屏幕展现出来,从而使人们进入一个新奇的境地或伴随人们度过美好的时光。现在,虚拟现实技术日新月异，足以使人不知道哪是虚幻、哪是真实，十分神奇。     

Bi系超导材料显微结构的共性与特性及其对超导电性的影响

Bi系氧化物超导体从发现至今,人们对其显微结构与超导电性间的内在联系已有所了解.研究表明:这类超导体中,多组分混合欠均匀化、弱连接及弱钉扎是影响临界电流密度(Jc)提高的主要因素.因此传统工艺方法制备的块材在强电领域中应用遇到困难.近几年在努力探求工艺上的突破,以改善其均匀化、弱连接、弱钉扎和可加工性,使之尽快进入实用化.工艺上改进可归纳为如下几方面:     

新一代的激光器

1990年5月是激光发明30周年,那时,泰德马蒙(Ted Maiman)在马堡的实验室发现了第一束激光,当时人们认为:这是一种无应用价值的发现。现在,激光技术在工业研究和医疗保健领域得到了广泛地运用。80年代中期,激光领域升起了一颗新星——二极管激光器。目前,二极管激光器在诸多领域应用与传统的激光器相比毫不逊色。最近,美国医学界就激光器应用于眼科视网膜手术已获当局批准。此类激光仪使用了所提供的一系列激光二极管。1988年,二极管激光器的输出功率直线上升。同时,又出现了同不可见红外线二极管截然不同的可见     

肉毒杆菌毒素对部分去神经肌肉中的轴突长芽的阻遏作用

在前一工作中,我们报导了神经夹毁后再生并重新支配肌肉,在肉毒杆菌毒素(简称肉毒)中毒的肌肉能够与在正常肌肉一样有效地进行,因此通过神经再生可以较快地使肉毒麻痹的肌肉恢复功能。稍后Thesleff等报告了同样的结果。当一块正常的肌肉被部分去神经时,人们知道,遗留的运动神经纤维能从其顶端或近顶端处长出侧枝以重     

IT新品 超凡脱俗

游戏机“终端” 现在,便携式游戏机也可以与手机连接后收发电子邮件以及在网上冲浪了。 便携式游戏机中最受人们青睐的当属GameBoy(游戏小子)。于是日本任天堂推出了“移动系统GB”,通过它可以将GameBoy与手机连     

DNA分子计算与DNA计算机的研究进展

生物分子计算与DNA计算机是计算机科学和分子生物学交叉产生的新兴领域. DNA计算机的特点是具有超强的并行运算能力和巨大的数据存储能力, 因而被认为有望解决电子计算机所面临的评价问题. 本文在介绍DNA计算机的基本概念基础上, 围绕DNA计算机的原理、计算模型和在多方面的应用等关键问题, 分析讨论了粘贴模型、剪接模型和等价检查模型等常用的DNA计算模型, 并对DNA计算机在NP问题、遗传分析与临床诊治、防伪和译码技术以及游戏与机器人等领域的研究进展和应用前景进行了探讨. 最后讨论了DNA计算机未来可能的发展方向.     

神奇的虚拟现实技术

虚拟现实技术是采用电子计算机等现代技术手段,经过合成、加工后,产生与现实环境十分相像的图像或情景,通过多种多样的显示屏幕展现出来,从而使人们进入一个新奇的境地或伴随人们度过美好的时光.现在,虚拟现实技术日新月异,足以使人不知道哪是虚幻、哪是真实,十分神奇.     

非线性动力系统实验

随着动力系统研究的主流进入非线性问题,人们不得不面对大量敏感依赖性的、全局变化的复杂现象,因而对研究方法和条件不断提出了新的要求.近些年来欧美开始了非线性动力系统实验,它使人们从单纯的思维与演算研究方式走向了“电脑实验”的方式.电脑实验(计算机辅助分析)已成为非线性动力系统研究越来越重要的手段,而动力系统工具箱在非线性动力系统实验中又起着举足轻重的作用.