大脑如此奇妙

再平常的人脑也绝不简单.成年人大脑中约有1 000亿个神经元,每个神经元与周围细胞构成约5000个突触连接,大脑每秒钟产生和衰灭100万个新连接.     

脑-机接口的前沿进展

<正>大家提到脑﹣机接口,就会联想到在黑客帝国等科幻片中出现的场景,这其实并不是天马行空的幻想,而是基于早已有之的"脑﹣机接口"技术的合理设想。要想了解脑﹣机接口这一概念,首先需要了解大脑的结构。大脑容量有1.3升,是宇宙中最复杂的结构,拥有1 000亿个神经元,这些神经元之间形成了超过100兆(Trillion)个连接。我们可以将大脑看成是一个信息处理装置,它创造了一切人类文明成果,包括科技和文化等。     

脑科学的革命性技术

正脑科学的研究希望解密大脑的终极秘密,比如我们为什么能学习记忆,为什么能思考,为什么有意识等等。自从脑科学诞生以后,我们基本弄清了大脑是由千亿个神经细胞(也叫神经元)组成的。我们也弄清了神经元传递信息的奥秘,由化学物质在细胞膜之间的传递产生了电冲动,编码了神经元将大千世界信息变成简单的电活动。但是,当我们完成了将神奇的大脑分解为一个一个神经元的工作之后,我们     

超级计算机复制人类大脑——记神经学家亨利·马克拉姆团队的人脑工程构想

马克拉姆团队意欲在2018年之前开发出具有意识和智慧的人造大脑●神经学家亨利·马克拉姆坚称,如果神经科学能按他设计的方向发展,他的"人脑计划"可以模拟人类大脑全部860亿个神经元,以及将这些神经元连接起来的100万亿个神经突触的功能,届时可建成一个"即插即用"的大脑:可以把它拆分找出脑部疾病的原因,也可以结合机器人技术开发一系列全新的人工智能技术,甚至还可以戴上一副虚拟现实眼镜以体验"另类大脑"的神奇。     

脑机接口的物理学

<正>西德尼·珀科维兹深入浅出地介绍研究人员为研发更安全、更耐用、惠及更多人群的脑机接口所做的诸多前沿工作。人类大脑是一种复杂到惊人的机器。人类大脑皮层拥有800多亿个神经元,每个神经元又有1000个突触。我们的大脑每秒大约要处理100兆比特的信息。想象一下,要是在我们思考的时候,尝试实时测量、提取并解释我们大脑中的所有信号,会是什么场景？记录大脑曾经只是科幻小说和电影——比如《X战警》（X-Men）和《黑客帝国》（The Matrix）——才有的情节,但现在,我们真的有可能把大脑同计算机连在一起,并且通过这种系统控制机械手臂,或者把你脑海中的想法记录下来。     

人人都有的专利——创造

据脑科学家研究,人的大脑中有140亿个神经元,能贮存1015比特的信息,可以装下全世界所有图书馆藏书的内容。在人的一生中,动用的脑细胞只占总存量的5％～10％。     

“仿真脑”能为我们做什么?

<正>人脑那自傲、强大而又神秘无比的信息处理功能一直令人痴迷。就在最近半年里,"造脑行动"又有了新的进展:IBM和Qualcomm两大巨头先后发布了基于神经拟态技术的"脑芯片"。IBM的Sy NAPSE芯片号称模拟了一百万个神经元细胞和超过两亿个神经突触连接,初具人工大脑的规模。Qualcomm公司4月公布的Zeroth芯片也在硅片上高效地模拟了脑神经元,装载了该芯片的机器小车还能运用"受到人脑启发的算法"完成寻路、躲避障碍等任务。不过,仿真脑的时代真的要来临了吗?其实我们不止存在着技术上的巨大困难,连制造仿真脑的目标也是一个值得思考的问题。     

大脑如何衰老

直到不久以前,人们还仍然认为,人的大脑神经元是随着人的年龄增长而开始枯萎死的。这一理论是美国组织学家加罗尔特·布罗特提出的。他于1951年证实,在滋养和维持大脑的神经质细胞中,神经细胞的分布密度是随着年龄的增长而逐渐减少的。他甚至还列举了具体数据:大约从25岁起,大脑每天要损失几万个神经元,而到40岁后,则要损失约10～200万个。     

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。     

动态

<正>纳米机器人让我们拥有超级智力你是否想象过,自己能够获得非凡的智力,拥有好似上帝般的智慧?美国资深计算机专家提出,将纳米机器人植入人类大脑,并连接云计算机系统之后,就能实现这一梦想。借助这种模式,我们能以自己的思维和记忆为基础,通过大脑向外界发送电子邮件、照片等各类信息,甚至能进一步拓展人类情商和创造力,具备更强的抽象设计能力和表达能力。此外,云计算机系统还能提供额外的大脑能力,进一步提高人类智商。科学家预计,到本世纪30年代,纳米机器人就能真正帮助人类实现人工智能!     

细胞图片秀

正大脑是一个极其复杂的器官,我们对它如何工作的理解仍然有限。我们是否能画出大脑皮层中巨大的连接矩阵?我们能否在信号沿着神经通路传递时追踪它?我们能否在细胞层面上建立模拟活动大脑的三维空间模型?这些都是神经科学家们目前正在用神经映射技术探索的问     

无脑的“学习者”

正通常我们认为学习与记忆是和大脑功能密不可分的,但实际上,一些生物没有大脑甚至没有神经细胞,却仍然拥有不可思议的学习能力。它们是如何做到这一点的呢?对人类和很多动物来说,记忆和学习与大脑功能和一系列复杂的神经活动有关。而越来越多的研究结果表明,一些结构较为简单的生物虽然没有大脑却也能学习。箱形水母、海兔和海星都是无脑学习的典型例子。也许这并不算什么大新闻,毕竟,这些生物也并不是没有神经细胞,只是它们的神经元在体内的分布较为分散,并不聚集成束。严格来讲,是神经元使它们拥有学习的能力。     

脑神经活动光学显微成像技术

大脑包含数亿至数千亿的神经元以及更为复杂的神经突触连接网络,是生物体中最复杂的器官.脑科学是21世纪以来最重要的前沿新兴学科之一,它的兴起标志着人类在认识自我、探索智慧和意识的本质中进入了一个新时代.在活体中对大脑神经活动进行长时间、大视野、高时空分辨率的观测,是解析大脑功能的关键.光学显微成像技术以其时空分辨率高,光学探针的特异性和多样性等优势,成为了脑神经活动研究的重要工具.针对大脑的高度散射、高速神经信号传递、超大神经元规模、精细突触连接结构等特性以及自由活动动物的脑神经活动观测需求,本文将从超深、超快、大视场、超分辨、微型化5个发展方向,概述包括多光子、红外二区、光声、光片、结构光以及自适应光学在内的多种光学显微成像技术在脑神经活动显微观测领域的发展进展及前沿动态,并展望脑神经活动光学显微成像技术的未来发展方向与前景.     

痒觉神经机制的研究进展

痒是一种能引起强烈搔抓欲望的不愉快感觉。痒觉信息从皮肤产生,由外周神经元传入脊髓,经处理后最终传输到大脑。与外周、脊髓水平相比,痒觉在大脑水平的研究还相对较少。得益于近几年在体研究技术的发展,解析痒觉信息传递的大脑中枢神经环路机制成为可能。随着神经科学研究技术的快速进步,一系列解析痒觉在脑内处理机制的重要成果被陆续报道。本综述主要总结了痒觉,尤其是化学痒,从外周到大脑的研究进展。     

痒觉神经机制的研究进展

痒是一种能引起强烈搔抓欲望的不愉快感觉。痒觉信息从皮肤产生，由外周神经元传入脊髓，经处理后最终传输到大脑。与外周、脊髓水平相比，痒觉在大脑水平的研究还相对较少。得益于近几年在体研究技术的发展，解析痒觉信息传递的大脑中枢神经环路机制成为可能。随着神经科学研究技术的快速进步，一系列解析痒觉在脑内处理机制的重要成果被陆续报道。本综述主要总结了痒觉，尤其是化学痒，从外周到大脑的研究进展。     

一类混沌神经元的控制

大脑是一个由大量神经元组成的非常复杂的非线性系统,这些神经元中包含着复杂的动力学行为:稳定态,周期态,甚至混沌行为.人们已经认识到混沌在大脑对信息的处理中扮演着重要的角色.如Freeman在兔子的嗅觉实验中发现,当兔子闻到一种它已知的气味时,它的嗅觉小球的活动呈极限环状态;而当兔子闻到一种未知气味时,它     

神经科学的突破性方法:膜片钳技术

正膜片钳技术最初是为了记录离子通过细胞膜通道蛋白的电流而发展起来的,现在它已经成为神经科学工具箱中真正的中坚力量。大脑中的信息被认为是由数千个神经元细胞产生的复杂电脉冲模式编码而成的。每个脉冲,即动作电位,是由流经神经元膜的带电离子电流调节的。但是,这些离子是如何穿过神经元的绝缘膜的,多年来一直是个谜。1976年,埃尔温·内尔(Erwin     

六大支柱撑起脑健康

正大脑对身体拥有绝对的支配权和"话语权",因此其健康堪称人体的"头"等大事。脑健康有六大支柱,即身体活动、智力锻炼、健康饮食和营养、社交互动、充足的睡眠和放松、控制血管危险因素,所以保护身体健康要从维护脑健康做起。四肢发达,头脑才发达锻炼可改善血流,激活与认知功能相关的脑区,提高大脑神经效率,进而提高记忆力、认知能力、学习和思考能力。美国俄勒冈州波特兰市的神经学专家还发现,短时的爆发性运动可增强海马神经元间的连接,让大脑更聪明;加拿大韦仕敦大学研究发现,仅运动10分钟就能提升脑力。     

这些有关声音的谣言你信了多少

正胎教音乐能开发孩子的创新能力,声音可以提高免疫力,阿尔法声波刺激海马体可以助眠……打开某短视频,许多这样的信息扑面而来。那么大脑与外界的声波究竟存在什么样的联系?过了一定年龄,是否有些声波我们就听不到了?来听听专家怎么说。谣言:胎教音乐能开发孩子的创新能力真相:大脑没有创新中枢,不如听准爸爸的声音有效日常生活中我们常见到一些准妈妈、准爸爸喜欢用音乐进行胎教。对此,专家说,在孕期的最后几个月,孩子可以听到外界的声音,但如果采用音乐来进     

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。