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。     

社会经济地位对大脑结构与功能的影响

社会经济地位(socioeconomic status, SES)与大脑结构和功能的关系对于理解社会经济因素对心理行为的影响以及预防大脑和心理疾病具有重要意义.在过去十多年中,研究者使用认知神经科学的方法对SES与大脑的关系进行了探索,发现SES与大脑结构和功能之间可能存在相关性,但这些研究的结果却不完全一致.本文从大脑结构与功能两个层次出发,按照认知与情绪两大主题对SES与大脑关系的认知神经科学研究进行回顾,在此基础上对比不同研究结果的异同之处.结果发现:(1)在脑结构上, SES水平与海马体(主要负责记忆)、前额叶(参与执行功能等高级认知过程)及皮层下结构(主要包括参与情绪加工的杏仁核等结构)可能存在相关;(2)在脑功能上,不同SES水平的个体在进行执行功能、学习和记忆等相关任务时,大脑活动模式可能存在差异,同时正性与负性情绪刺激所引发的大脑活动在不同SES水平的个体上可能有所差异.值得注意的是, SES与大脑关系的研究中还面临着诸多挑战,如SES测量的复杂性和全面性、大脑结构与功能自身发展和测量的复杂性、SES影响大脑机制的多层次性等.未来的研究需要应对上述的挑战,同时考虑文化差异等影响,从而能够更准确地理解SES与大脑的关系,并为中国社会治理政策提供指导.     

人脑形态网络及其在脑发育研究中的应用

人脑是一个极其复杂的系统,数以万亿的神经元通过突触构成了庞大的连接网络,如何系统而全面地刻画大脑内部的组织模式一直是神经科学家致力解决的热点问题.随着非侵入神经成像技术的兴起,基于磁共振成像的脑网络研究为揭示人脑的复杂结构提供了新的契机.其中,脑形态网络因其图像易获得、质量稳定和分析方法简单等优势引发了研究者的广泛关注.传统的脑形态网络是利用一组受试者的某种形态学指标构建的被试间协方差网络,只能反映大脑形态的群组特征.个体水平脑形态网络则针对个体大脑刻画脑区间的形态相似性,保留了个体的形态信息.多指标甚至多模态数据的应用,进一步整合多种互补的结构信息,能够综合表征皮层形态的拓扑连接模式.近年来,脑形态网络在探究人类大脑发育进程方面体现了重要价值.研究发现,胎儿时期形态网络从高度模块化的原始状态开始逐渐整合,至出生时已形成小世界拓扑,出生后至童年早期网络变得分离,童年晚期至青春期又逐渐整合,初级网络率先达到成熟而高级网络长期持续发育.这些结论为理解大脑认知功能的形成和发育障碍的起源提供了重要的理论支撑.本文介绍了两种脑形态网络的构建方法和图论模型的基本概念,回顾了脑形态网络在胎儿、婴儿、...     

像数据一样溶解

正对于现代科学来说,人脑虽然直径还不如一只篮球,但要彻底了解它内部的奥秘,就和探索宇宙的边界一样困难。虽然如此,科幻作家们却一直跃跃欲试,以自己的方式诠释大脑的秘密,用他们能想到的最强大的人造装置和人脑结合起来,人机一体,创造具有"最强大脑"的超人。毫无疑问,这类题材也是好莱坞的最爱。     

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     

大数据浪潮冲击下网络科学与工程面临的挑战与机遇

近年在大数据浪潮的冲击下,“网络科学与工程”与众多领域一样,面临着新的挑战和机遇。首先评述大数据及大数据科学的特点和概况;然后针对当今“网络科学与工程”的最新前沿课题--“网络的网络(NON)”,讨论若干典型的NON 及其主要特点和相关课题初步进展,并提供若干挑战性课题和难得的机遇。     

男人的脑,女人的脑

魁梧、强壮、速度快，这些词常被专门用来形容男性，以显示男性与女性的差异。那么，男性的大脑与女性相比，是否也有如此大的差异？这是科学家十分感兴趣的问题。几百年来，科学家一直在寻找男性与女性大脑之间的差异。在现实生活中，男性与女性的行为是有区别的，而人的行为受到大脑控制，因此有理由认为两性大脑在支配行为的部位存在着区别。但这种区别如何？具体又在大脑什么位置呢？ 几乎所有的研究表明，出生时男婴的大脑都要比女婴大，平均大出１２％－２０％，因此男婴的头围也要比女婴大出２％左右。然而在这一阶段，如果将大脑的…     

驴的大脑

狮子和狐狸一起去打猎，狮子按照狐狸的建议，发了写有建议关于两个家庭之间结为联盟的信息给驴。驴特别高兴，它期待着和王室的联盟，去了开会的地方。可是，当塔吊到达那里的时候，狮子上去一把抓住了驴，然后对狐狸说：“这是我们今天的晚餐。我去打个盹，你在这里看着，如果你想先尝为快，有你好瞧的。”狮子走了，狐狸在那儿等着。然而狐狸知道他的头儿还没有回来，于是冒着危险把驴的大脑挖出来吃掉了。狮子回来后马上发现驴缺少了大脑，于是用恐怖的声音问狐狸：“你把大脑弄哪儿去了?…大脑?大王，它没有大脑，否则它就不会掉进您的陷阱。”     

摒弃片面 放眼全局——《科学》盘点新世纪十年来改变科学的十大重要进展

创新与探索 十年前，卡尔·戴瑟罗思（Karl Deisseroth）遇到了其科研生涯的瓶颈——这位精神病学家兼神经系统科学家想了解不同的大脑回路是如何影响行为的，以及那些患有精神分裂症与抑郁症病人的大脑回路究克出了什么问题。     

人到中年大脑还在生长

一项新的研究发现 ,人到中年 ,身体其他部位都停止生长 ,但大脑却依然保持继续发展的趋势。该研究证实了预防与年龄有关的疾病———阿尔兹海默症的重要性。阿肯色州老兵健康护理中心的巴特克斯说 :“大脑可不像我们原来想象的那样 ,似乎是和肌肉差不多的东西。”也就是说 ,大脑的结构是一直随着时间而变化的 ,在成年期间也一直在增大。原来通常都认为大脑在 2 0岁以后停止生长了 ,但巴特克斯及其同事对 70名年龄介于 1 9岁至 76岁的人进行核磁共振检查 (ＭＲＩ)后发现 :大脑白质区一直要到 4 0岁左右才停止生长 ,尤其是在大脑圆形突出部和…     

大脑与记忆

有人说过,人的任何知识说到底都是关于记忆的知识;而记忆则是大脑的功能之一。人脑的功能是世界上最复杂最高级和最完美的活动,对大脑功能的破译和模仿将会使人类社会的发展产生质的飞跃,比如ＩＴ行业的智能计算机,智能机器人等。但是迄今人类对大脑的认识仅限于皮毛,其中大脑与记忆的研究稍稍有一些内容。     

宇宙演化的法则

据报道,宇宙的结构及其运行定律可能与人脑和其他复杂网络很相似,其中复杂网络包括互联网、人与人之间的信托关系等。美国加州大学圣地亚哥分校的一研究者称:"我们并不是笼统地认为宇宙就是一个大脑或计算机。我们的研究发现,宇宙自身的演化与复杂网络的演化都遵循着许     

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     

关于人类大脑进化的新观点

2002年4月10～14日,在纽约的布法罗举行了约1200名研究人员参加的美国体质人类学家协会第71届年会。大脑进化是这次会议的最热门话题,内容包括供给脑进化所必需的饮食和采用先进的技术检查进化中大脑形状的改变。     

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。     

大脑的自我“修复”能力

大脑是人体中最为精密、复杂的重要器官,多达200亿个细胞。一个人大脑所包含的神经纤维数量,要比整个国际电信网络所有的电缆数量还多。这些纤维的功能就像电缆一样,负责发出化学信号,并帮助细胞间交换信息。以前人们一直认为,由于疾病或意外伤害而造成的永久性脑细胞或脑神经元损伤,会造成该部分脑功能的丧失。但据2008年8月12日有关媒体报道:英国格拉斯哥大学的科学家经研究最新发现,     

探索智力的奥秘——介绍科普新著《大脑如何思维》

探索智力的奥秘──介绍科普新著《大脑如何思维》杨雄里，郑玉清人之所以被誉为“万物之灵”，是因为我们具有思维的能力，这是我们人脑所特有的功能。我们的智力缘何而来？我们如何进行思维？这是科学家和公众孜孜以求答案的大问题。随着神经科学的迅速发展，人们对脑的...     

绘制三维大脑解剖图

大脑是人体最复杂的器官,至今还有许多未被认识的领域.尽管科学家们对大脑的研究已有几十年的历史,但大脑内有些不同区域的解剖边界还没有被绘制出来,我们需要的是一张真正详尽的大脑解剖图.目前西雅图的Allen脑科学研究所正在从事这方面的工作.　　这个研究所是微软公司的合伙创始人PaulAllen去年出资1亿美元建立起来的,其首要任务就是要绘制出一张命名为Allen的大脑解剖图,这张带有基因表达的大脑三维图像以显示出哪个神经细胞制造那些神经传递元和其他化学物质,从而有助于划分大脑的功能区域.　　Allen小组的科学家们用老鼠的大脑做实…     

第一天的天才

俄罗斯科学院大脑科学研究所的科学家们自上个世纪以来就孜孜不倦地研究着人的大脑与其所建树的丰功伟绩的联系,以尝试解开天才人物的大脑奥秘。最近,该研究所的科学家们研究发现,要想孩子成为天才就必须从婴儿出生的第一天开始对其进行培养。据俄罗斯科学院大脑科学研究所副所长鲁道夫·候多耶科夫表示,他们研究的对象是包括那些杰出的科学家、文学家及政界精英的大脑。虽然“天才基因”目前尚未找到,但是科学家们通过一系列的实验研究发现,要达到智力发展的最高峰就必须从孩子出生的第一天开始对其进行培养。他表示:“在孩子出世后最初的12个月内,其     

大脑也有兴趣爱好

你想提高学习效率吗?那就要了解大脑的喜好,看它喜欢什么,厌恶什么。尽管现在我们对大脑记忆的奥秘还不甚了解,但以下20个事实已经被科学家证实。1.大脑喜欢色彩。高质量的有色笔或有色纸能帮助大脑记忆。2.对成人而言,大脑集中精力的时间只有25min。所以学习20～30min后就应该