眼睛——未来的时钟

眼睛是脑的延续,享有＂脑之天窗＂的誉称;人从外界获得的信息90%来自眼睛,它是五官中第一＂信息大户＂;人的工作、学习、生活样样离不开眼睛,它对人如生命一般重要……不过,说来说去,总离不开一个＂看＂字。仿佛眼睛除了视觉功能以外,就没有什么别的能耐了。如果你在5年前这样认为,你或许没错,可日历翻到今天就另当别论了。     

破解自杀之谜

神经系统是机体内起主导作用的系统。内、外环境的各种信息,由感受器接受后,通过周围神经传递到脑和脊髓的各级中枢进行整合,再经周围神经控制和调节机体各系统器官的活动,以维持机体与内、外界环境的相对平衡。神经系统出现问题会引起各种异常行为,有时还包括自杀……     

“飞天”航天服:微型载人航天器

众所周知,太空的高真空、高洁净、强辐射等自然条件对人体来说是一个致命的环境,人一旦暴露在太空中,就将面临失压、缺氧、低温和辐射损伤四大危险,所以,人要离开航天器进入开放的太空,必须使用复杂的出舱活动系统硬件和软件来克服空间环境的影响。出舱活动系统的硬件主要包括气闸舱、舱外航天服及其生命保障系统、固定航天员身体的设备以及安全带、载人机动装置、出舱活动用的特制工具等;     

暗信息

作者在讨论暗物质和暗能量的基础上提出了暗信息(Dark Information)假说.狭义的暗信息概念为:在宇宙中可能存在着与暗物质和暗能量相对应的暗信息.广义的暗信息(Id)概念为:Id=Itot-I,其中Itot是某系统中各种类潜在信息的非线性全集合,I是该系统内在某一条件下可提取到的信息.作者进一步讨论了复杂系统不可避免含有暗信息、暗信息是不确定性存在的必要条件等论点,并推测海森伯的测不准原理的基础是由于存在暗信息.作者还提出"生命离不开暗信息"的观点,认为Id/Itot可能成为衡量生命系统可变异性而I/Itot(1-Id/Itot)可能成为衡量生命系统有序性的新尺度.     

人脑功能连接组:方法学、发展轨线和行为关联

人脑内部功能连接的全体称为功能连接组,其功能复杂性表现在:(ⅰ)结构到功能的产生机制;(ⅱ)脑功能到心理行为的产生机制(心脑关联);(ⅲ)整个生命历程中的功能发展轨线.一直以来,神经科学家致力于揭示人脑功能在不同生命历程阶段的特征及其深层机制.上述问题的研究能够极大地改善对人脑功能的理解,改进长期以来必须依赖于动物脑功能模型的状况,为重大神经精神疾病的脑功能的病理生理机制研究提供正常参考(常模),进而有助于及时、准确地对其进行诊断、预警、干预和后期评价.但限于实验技术和计算方法,与脑功能有关的上述问题因极具挑战性而尚未被系统地展开研究;静息态功能磁共振技术的出现正在改变人脑功能的研究现状.本文综述基于静息态功能磁共振技术研究人脑功能连接组的计算方法及其重测信度、功能发展轨线应用、心理行为关联.     

脑波判读中流失了什么?——脑心编码与精神势态的表述

人,至大可以讨论宇宙,至小可以设定夸克,但要寻找精神事件中的自我,却“上穷碧落下黄泉,两处茫茫皆不见”。伴随生命始终的脑发曲线,难道就只提供了神经事件的表述而没有流露精神事件的信息?这正好比是“众里寻他千百度,回头蓦见,那人正在,灯火阑珊处。”     

生命超乎我们的想象

最近,一则与外星生命有关的信息引起国内外很多人的注意:7月10日,美国国家研究委员会的科学家经过几年讨论,完成了一份名为"行星系统有机生命的限制"的研究报告。报告围绕"生命构成是否有别的样式"这个核心问题,反思了以地球为中心的思考方式,认为人类以自己习惯的对生命模式的理解、搜寻外星生命的努力迄今尚无进展,这至少提醒人类应该以某种新的眼光来理解"生命",并以此扩大外星生命搜寻范围;而不久前出版的英国《新科学家》周刊则报道了科学家对外星生命的新研究和新观点。     

探索生命的奥秘（四）——纪念诺贝尔生理与医学奖100年

人类的生命信息如何传递? 20世纪70年代,“传递生命信息的两个信使”学说建立,即人体的各种细胞活动是在“两个信使”系统的控制和调节下进行的。 细胞间的通信要通过细胞间的信息传递完成。20世纪上半叶就已确认,细胞外的小分子信息物质,如激素、神经递质、细胞因子及生长因子等,是由腺细胞等各种细胞合成和释放的,它们由血液和淋巴液等体液运送,靠体液调节和传递生命     

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。     

看骨识人

<正>卡斯塔大墓墓主身份的确定主要依靠骨骼检验。那么,骨骼检验为什么能反映出一个人的身高、性别、年龄等情况呢?要回答这个问题,需要了解骨骼学的一些基本知识。在每个人出生前,其骨架都会开始形成一本独特的"骨骼传记"。随着一个人的生长、发育、衰老和死亡,活体骨骼组织不断记录这些"生命信息"。在人死后,骨骼和牙齿通常都不会分解,所以这些信息在一个人死后也得以长期保存。有时候,骨骼证据甚至是有关一个逝者的唯一信息来源。     

电磁环境与人体健康

一、前言按系统工程学的观点,环境和有机体是一个巨大的环境生态系统,它们是由一定规律结合具有特定功能的有机整体。对于有机体这个分系统来说,它有输入和输出,外界环境向系统输入物料、能量或信息。而有机体也向环境输出物料、能量或信息。这些物料、能量或信息在系统中流动,形成物流、能流、信息流,并不断受到加工变换和处理。不但系统中的物     

浅谈我国地球环境与生命过程研究中的一些科学问题

社会可持续发展的需求与人类环保意识的增强对地球地表环境与生命协同演变的研究提出了更高和更具体的要求. 地球表层环境生物地球化学过程及地生物学效应是认识与解决地表环境与生命演化的关键科学问题, 其核心研究内容概括为生源要素的环境生物界面动力学及生态效应; 毒害污染物的环境生物地球化学过程及机体影响; 地表环境变化的地生物学响应与生命适应机制; 污染地表环境的生态风险评估与生物修复等. 古生物学作为一门地质学和生物学的古老交叉学科, 在地球系统科学研究中能够发挥独特的作用. 古生物学家和地质学家应当更加关注地质历史时期环境的变化对生物演化的影响, 从而为研究现代环境和生物多样性的关系提供更多历史的借鉴. 基于我国地层古生物学研究的现状和资源的优势, 提出了我国在地史时期环境变迁与生命演化研究领域值得关注的几个热点的科学问题. 经济的快速发展推动了地球科学发展的同时也产生一些新的问题, 如荒漠化加重、环境污染的加重、化石资源的破坏等, 这些都对我国地球环境与生命过程的研究提出了严峻的挑战.     

信息代码初探

本文提出,信息代码是人进行思维的材料.信息代码分实物信息代码和语言信息代码,前者是实物通过感知而在头脑中所形成的表象,后者是所指实物的语言被转换成代码形式存贮于头脑内.两者通过生物电磁波进行沟通.     

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.     

RNA世界

“ＲＮＡ世界 (即核糖核酸界 )”这一短语是由沃尔特·吉尔伯特 (ＷａｌｔｅｒＧｉｌｂｅｒｔ)于 1 986年在对当时观察到的不同ＲＮＡ具有催化性质的连续报道时创造出的新词 ,它是指地球上生命起源过程中的一个假设的阶段。在这一阶段 ,生命是一个非常原始的自我复制系统 ,蛋白质还没有卷入生化反应 ,核糖核酸ＲＮＡ承担着基因信息的信息储备任务和自我复制系统所必需的全程催化作用。吉尔伯特指出 ,如果ＲＮＡ能用作催化剂 ,那么 ,蛋白质和ＤＮＡ在这样一个原始系统中都不需要。在那时 ,仅仅证实了ＲＮＡ可以切断或连接磷酸二酯的键。但是 …     

从信息处理的观点谈视觉研究

一、视觉研究的主要目的和途径眼睛是人类最重要的感觉器官。由眼和脑组成的视觉系统所处理的信息约占人的全部感觉信息的90％。研究人类视觉的目的,简单地说,就是要理解人是怎样通过观看完成认知任务的,从而为解释大脑究竟是怎样工作的这个最吸引人的神经科学问题提供一个正确的答案,为制造具有人的视觉功能的新型机器提供必要的生物学依据。在神经生理学和神经解剖学方面,人们建立了神经网络的“侧抑制”概念,建立了视网膜神经节细胞、外侧膝状体细胞、初级视皮层神经元的“感受野”     

生命信息遗传中的若干数学问题

自１９５３年Ｊ．Ｗａｔｓｏｎ和Ｆ．Ｃｒｉｃｋ发现ＤＮＡ的双螺旋结构,人们对生命信息遗传的研究进入了一个崭新的时代,相继发现了“遗传密码字典”、“遗传的中心法则”等,使人们对生命是如何一代一代繁衍的,有了初步的了解,但离真正揭开生命信息遗传之谜还差之甚远,１９８７年,美国开始人类基因组研究计划,任务有二,第１是“读出”人基因组合部核苷酸的顺序;第２是“读懂”,即找出全部基因在染色体上的位置,了解它样     

海底热液活动与生命起源

现代海底热液活动及有关的生命现象是最近三十年来自然科学最重要的发现之一,给地质学、地球化学和生物学的研究提供了全新的视野。通过对地球早期环境条件及其演化的研究,结合地质历史上最早生命的记录,一些科学家意识到,海底热液活动完全具备地球上生命起源必需的物质、能量和环境条件。在热液条件下,不仅一些有机物能通过无机合成得以生成,喷口/海水界面上剧烈的物理和化学梯度为嗜热化能自养微生物提供了能量。嗜热化能自养微生物是热液生态系统的初级生产者,在生物进化历史上也最接近“最后的共同祖先”。文章对“生命起源于海底热液活动”这一科学假说作了比较系统的介绍。     

最初的酶是蛋白质,还是核酸?

生命由三个要素构成。第一,生命同外界之间具有境界膜。生命存在于为这境界膜所隔离的微小环境下。现在的生物细胞膜组成以脂质和蛋白质为主。第二,生命具有自我复制能力,即具有产生的后代同自己相似的自我保存能力,这功能基于DNA携带的遗传信息。第三,生命具有自我维持功能,换句话说,就是能进行代谢活动。在现在的生物中,合成核酸和蛋白质的顺序是: DNA 转录 RNA 转译蛋白质这就是著名的中心法则。现有的生物都以这样的顺序从DNA生物合成(转录)RNA的,但最近有人认为在最初生命诞生时不用DNA、而是以RNA作为遗传信息体的。其根据有以下几个方面:1.各种RNA(如mRNA、rRNA、tRNA等)同蛋白质的生物合成关系密切,同DNA则无直接联系;2.DNA是RNA糖部分2’-OH的还原,就是说可以从RNA进行生物合成;3.DNA的生物合成过程中需要短链RNA引物;4.小病毒的遗传物质是RNA,大病毒是DNA;5.RNA病毒的逆转录酶也许是留有从RNA到DNA过渡期痕迹的化石;6.NAD和FAD那样的RNA诱导体作为辅酶参与酶作用;7.在前生物合成系统中,低聚核糖核苷酸比低聚脱氧核糖核苷酸更容易被合成;8.在RNA中有的具有酶作用,等等。     

全球变化

引言全球变化(Global Change)是指整个地球系统及其支撑生命的环境,在生物过程影响下,尤其是在人类活动参与下,所发生的一系列变化。研究全球变化,目的在于了解、控制为生命提供生存环境的整个地球系统中,物理、化学和生物过程之间相互作用和发生在该系统里的变化,以及人类对这些