从蓝脑计划到人脑计划:欧盟脑研究计划评介

正最近欧盟和美国分别启动和准备启动耗资巨大的两个脑研究计划——"人脑计划"和"尖端创新神经技术脑研究计划"。本文介绍欧盟人脑计划的背景、目标、内容及方法,也介绍学术界对此的见解和争议。关于脑和心智的研究已成为对当代科学最大的挑战之一。2000年,诺贝尔生理学或医学奖得主埃德尔曼(Gerald M.Edelman)说:"脑科学的知识将奠定即将到来新时代之基础。凭这些知识我们可医治大量疾病,建造模仿脑功能的新机器,而且更深入地理解我们自己的本质以及我们如何认识世界。""心智的生物学研究在21世纪的地位,正相当于基因研究在20世纪的地位,这已成为当前科学界的共识。"2013年春季,欧盟和美国分别启动和准备启动耗     

脑植入设备等于思想的未来吗？

<正>脑机接口技术(BCI)飞速发展,硅谷的公司正在进军这个领域。会不会在不久以后,我们所有人都用头脑来打字?将近两年前,丹尼斯·迪格雷(Dennis Degray)发送了一条不同寻常的短信给他的朋友:"你现在手里拿着的,是史上第一条从一个人大脑的神经元发送到另一个人的移动设备的短信。"他回忆短信的文字,"你刚刚创造了历史。"     

追寻脑电信号的踪迹

正在本书中,我们将如研究某一新物种的自然史那样,对脑电图(EEG)和皮质脑电图(ECoG)模式进行跟踪研究。宛似追踪在逃动物于密林深处,我们要捉住它们以便于描述,而又不加毁伤。所要研究的问题是:脑电信号来自脑内何处,跟主体何种行为相关,又在何时发生?此信号有多大、持续多长,能将其归入若干判然分列的范畴之中吗?各类信号每隔多久出现一次?何为体现这些信号特征的内在结构与模式?在它们的时间谱和空间谱中有哪些频率成分?我们不只对此作经验描述,而是要问它们如何得来。它们是传播得来的吗?果然如此,它们要传播到哪儿去,通过什么方式传播,其时间延迟又有多长?脑     

脑让人每日耳目一新

脑的"可塑性"是现代科学的伟大发现之一,但神经科学家大卫?伊戈曼(David Eagleman)认为这种描述具有一定误导性."塑料"通过模具固定为一种特定的形状,而脑的物质结构却处在不断变化之中.但伊戈曼无法摆脱这个词:"所有的文献都在用这个词,我只能尽量避免."伊戈曼对脑的"计算机类比"也有所质疑.他创造出了"活体连...     

计算神经科学的研究特点及发展

诺贝尔奖得主克里克(F.Crick)说过:"对我们人来说,在科学研究中没有比研究自己的脑更重要的了.我们对整个世界的认识都有赖于它."另一位诺贝尔奖得主埃德尔曼(G.Edelman)则说道:"脑科学的知识将莫定即将到来的新时代的基础,这些知识使我们可以医治大量疾病,建造仿照脑功能的新机器,对我们自己的本质和我们如何认识世界都会有更深入的理解."因此,脑研究已经成为21世纪科学研究的最前沿.     

脑电八导联网络参数L与脑功能的对应

气功与大脑状态和功能的具体联系如何?找出脑电混沌吸引子维数与气功功龄之间的统计关系,脑电AR模型阶数矩阵与气功状态之间的对应关系。     

新的裂脑研究使科学家们出现了分歧

我们是用左脑来辨认朋友、用右脑来辨认陌生者吗?看来,两个脑半球的分工要比过去认为的要复杂。一个病人朗读"Orchestra"(管弦乐队)这个词,但是,书上的词却是"band"(乐队)。另一个患有类似的神经病症状的人能容易地阅读具体名词"bee"(蜜蜂),而阅读功能动词"be"(是)则要困难得多。还有一个病人则缺乏发出简单的废话的能力,例如,     

关于脑的工作原理

古人有天问,今有脑问。脑是怎样工作的?脑的内部“语言”是什么?信息在大脑中如何表征?信息如何存入的?如何读出的?智能的本质是什么?思维是怎样进行的?概念是如何产生的,灵感是怎样迸发的?还有,用脑思     

新方法:聆听脑电交响乐

正单个神经元的电压记录或将推动下一次神经科学革命。2010年,生物物理学家亚当·科恩(Adam Cohen)漫步于加利福尼亚旧金山时,接到一个意料之外的电话:"我们捕捉到信号了!"电话的另一端在5 000公里之外的马萨诸塞州坎布里奇,是他的合作者一铲挖到了宝藏。在实验失败了几个月后,研究者终于发现了一种荧光蛋白,可以反映信号在神经元间的传递。但出了件怪事。当科恩回到哈佛大学的实验室,他发现所有实验中的记录都呈现出一种奇怪的趋势。最初,蛋白修饰的神经元都在电冲动一闪而过时发出闪光。但接着,细胞就持续发光,形成了明亮的斑点。"每次记录到一半时,信号就像发了狂一样。"科恩说。     

为何人脑并非电脑

<正>神经科学领域几十年来将"人脑如计算机"视为重要的隐喻。但这一想法是否让我们在脑研究领域中迷失了呢?这一时代见证着人们尝试攻克有史以来科学界最重要的难题之一:如何理解宇宙中最复杂的存在——脑。科学家们不断积累着大量脑结构和功能的数据,涉及各种生物从大到小的脑。成千上万的研究人员投入大量的时间和精力,尝试破解脑是如何运作的,同时发展出了惊人的技术以描述和操纵脑的活动。     

人类超脑时代来临

早晨,上班的男女员工刚进入工作室,领班经理就打开了特定的草莓味空调,人们的"超脑"一"闻"到草莓的香味,马上从有点"昏睡"的状态中活跃起来…… 这是科幻小说吗?其实,每一个时代的人类都有自己的幻想,很多幻想都已经成为现实.我们正处在一个日新月异的时代,人类在最近10年的科学发现超过了过去的5 000年.科学的进步为人类提供了乐观的理由:很多"超脑"的梦想都是可以实现的.     

数学是现实之根吗?

如果某些或所有的迫使我们考虑平行世界的数学被证明与现实有关,那么,爱因斯坦的著名疑问:"宇宙之所以如此,是否因为不可能存在另一个宇宙"会有一个明确的答案吗?19世纪晚期,当詹姆斯·C·麦克斯韦(James C.Maxwell)意识到光是一种电磁波时,他的方程显示光的速度应该是大约每秒30万公里。这个值与实     

面向脑电数据的知识建模和情感识别

心理科学研究依赖于对生理、心理数据的分析,情感是心理研究的重要内容.近年来随着认知神经科学研究技术的成熟,研究者利用脑电(electroencephalogram,EEG)等可以反映脑功能活动的生理信号,直接研究情感问题,如情感识别、情绪脑等.但是,生理信号将会产生TB级甚至PB级的数据量,认知研究和临床神经科学在过去几十年中已产生大量生理数据,对这些大数据的表示和情感知识挖掘需要更高级的工具.构建能够表示数据含义和情感相关知识的模型,能够给心理研究者提供一个知识共享平台,以便使用这些大数据进行情感方面的科学研究.本文构建一个可以表示EEG数据语义和被试者上下文信息的本体模型,并基于该模型使用推理引擎进行基于EEG生理信号数据的自动情感识别.实验结果表明,模型在e NTERFACE 2006数据集上能够以99.11%的平均准确率识别被试者的情感状态,并从实验结果分析发现基于EEG数据情感识别最关键的特征是Beta波与Theta波的绝对功率比.     

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。     

蜜蜂脑与记忆

德意志联邦共和国的一个研究小组,成功地将“记忆”从一蜜蜂的脑转移至另一蜜蜂. 伦琴林大学动物学研究所的乌拉、马丁等三位科学家对蜜蜂“记忆”机理进行研究.他们在一篇报告中指出:这种“时间记忆”可以从一蜂转移至另一蜂,方法是用外科手术移植蜂脑中的称为蘑菇体的一种组织。研究人员首先给蜜蜂作生活制度的饲食训练:在进行移植手术前     

孤独症儿童脑电与眼动追踪研究

孤独症谱系障碍(ASD)是一种复杂脑发育障碍,儿童时期是孤独症问题行为诊断和干预的关键时间窗.本研究基于脑电和眼动追踪来探索孤独症儿童和正常儿童的发展规律.实验1为脑电发展研究,共招募351名年龄范围为3~9岁的儿童(孤独症组:80名,健康对照组:271名),记录静息态脑电,通过Pwelch方法对儿童脑电进行相对功率谱分析,并建立线性模型探索年龄和诊断组别主效应.结果发现,随着年龄的增长,孤独症儿童慢波波段相对功率谱的发展趋势和正常组具有相似的下降趋势,但是在alpha波段,孤独症儿童的发展趋势与正常儿童存在着显著偏差.实验2为眼动注视模式研究,共招募了293儿童(孤独症组:104名,健康对照组:189名),以一岁作为间隔对孤独症儿童兴趣区域注视时间统计分析,发现孤独症儿童注视共同注意缺失,而更多注意视频材料中的背景和身体部分.经研究表明,脑电神经振荡活动和眼动注意特征可用于儿童发展的客观发育评价,并能揭示脑电特征和注视行为模式随年龄变化的规律,有助于孤独症儿童的早期识别.     

组块破解形态顿悟的脑认知机理

组块破解是把过去经验中形成的完整的认知组块分解成基本元素并加以重组和利用,它是一种能够获得顿悟的创造性思维过程.自从理论心理学家Ohlsson S.于20世纪80年代提出组块破解概念以来,关于组块破解的认知与神经机制研究已经开展了30余年.迄今,组块破解形态顿悟的脑认知机理已经基本被探索清楚,主要发现有:(1)组块破解具有"突发性"、"直指性"等典型的顿悟属性;(2)组块破解是在知觉水平上发生的特殊形态顿悟,初级视觉皮层和高级视觉皮层的活动存在"失协性",背侧视觉通路和腹侧视觉通路的活动具有"协同性";(3)阻碍组块破解形态顿悟发生的障碍有多重,多重障碍源还会产生"叠加放大效应",不仅增强了腹侧视觉通路和背侧视觉通路的调控连结,而且也增强了腹侧视觉通路终端到背侧视觉通路终端之间的调控连结;(4)组块破解形态顿悟是大脑左右半球协同作用的产物,"蔡格尼克效应"存在右半球偏侧性;(5)组块破解形态顿悟是意识与无意识的综合体,或许新颖性加工是无意识的、有效性加工是有意识的,又或许酝酿期是无意识的、而顿悟期和验证期是有意识的.     

黑洞热力学:起源、拓展及其理论结构

<正>20世纪70年代,贝肯斯坦(Bekenstein J D)思考了这样一个科学问题:当你把一杯热茶扔进一个黑洞(图1),宇宙中的熵是否会减少?这个问题来自他与他的博士生导师惠勒(Wheeler J A)的一场对话,看似简单却直击要害.熵是热力学中的概念,也是无序度的体现.人们从日常生活中早已知晓,一个孤立系统的熵总是有随时间自发增加的趋势.比如,口袋里的手机线很快就会盘成一团,空气中的一团烟雾很快会扩散到整个房间.     

太空网脑

因特网以前所未有的惊人速度发展着,并无孔不入地渗透进我们的生活,它会对我们不断发展的生活产生什么样的影响呢?让我们看看后网络时代的新生活: 蚁脑:记录灵感创作作品在23世纪初时,无情的太空车祸使180岁的我失去了双手;双眼也由于长期坐在荧屏前,视力极为低下,但我仍然活得很快活,除了在一家宇宙网络公司作顾问,还利用业余时间写一些“后网络主义”文学作品。最近完成了一篇叫《后网络时代的宇宙生活》的小说。失去双手的我,为了完成日常工作,最近去网络医院做了一次智能手术——邀请地球上的专家往我的脑袋里植进一个微小的蚁脑芯片,它既可监     

绘制人胎儿的全脑转录图谱

正据英国Nature,2014,508:199报道,美国的雷恩(Ed S.Lein)科学家团队绘制了妊娠中期胎儿全脑样本的基因转录图谱,这对于一年前奥巴马总统提出的"尖端创新神经技术脑研究计划"倡议是积极的回应。全脑转录图谱研究是指,用一套包括脑各部分的切片标本,通过微阵