发展认知神经科学:人脑毕生发展的功能连接组学时代

神经影像技术促进了脑科学研究的巨大进步,促成了发展认知神经科学的诞生.作为心理学与神经科学的交叉学科,发展认知神经科学在揭示心脑关联的内在机制上发挥着越来越重要的桥梁和纽带作用.人脑毕生发展的连接组学机制是该学科研究的核心科学问题之一,它将有望从毕生发展的视角深度解析微观底层(如分子与激素水平)与宏观高层(如个体与社会心理行为)相互作用的神经机制.本文将介绍当前发展认知神经科学的最新进展及人脑功能在毕生发展不同阶段的具体特征;阐述人脑毕生发展轨线绘制和常模构建的可行性和必要性,同时对人脑毕生发展常模建构的一系列问题,如数据采集、分析和处理等的规范,及已有的工作基础、研究前景与面临的挑战进行系统性的讨论.     

跨学科开启头脑风暴 促进脑科学交叉与融合

<正>成为领跑者,就要有更多科研无人区的“探险家”.脑科学是自然科学领域重要的前沿学科,类脑技术已经成为当前国际科学研究的热点,被各国视为未来经济增长点和引领新科技发展的引擎.国家“十四五”规划明确提出重点布局脑科学与类脑研究等重大研究领域,国家科学技术部于2021年正式启动了“科技创新2030-脑科学与类脑研究”重大科技项目.为推动中国脑科学与类脑研究及在大湾区推动脑科学与类脑研究产学研融合示范,     

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.     

充分发挥神经外科的学科特点和优势,完善中国“脑计划”战略布局和实施

正脑科学与脑研究已经成为全球科技与健康领域最为关注的热点话题.2016年8月在全国卫生与健康大会上,习近平主席说,"把人民健康放在优先发展战略地位,努力全方位全周期保障人民健康.没有全民健康,就没有全面小康".在《健康中国2030规划纲要》中提到要从国家战略层面统筹解决关系健康的重大和长远问题.健康中国已经成为国家战略,没有脑健康就不能成为真正的健康,这     

“一生最好是少年”:发育神经影像学

正生长发育图表(growth chart)是公共卫生与健康领域的重要工具,不仅可用于揭示儿童发育(如身高、体重)的一般规律,为生长发育(如营养摄入)评估提供健康参考,而且也可以为各类发育障碍发出预警信号,用于辅助诊断相关疾病,在家庭养育和临床实践中被广泛应用[1].生长发育是遗传、环境和文化综合作用的过程,学龄期(6～18岁)儿童青少年不仅在身高体重上迎来发育高峰,通过来自校园的系统化教育,认知与学习能力得以快速提升,而且进一步加强了自我独立意识,通过历经青春期而体验愈加丰富的情感,开始徜徉在文化和历史的熏陶中,正为未来成年期的发展做好准备[2].构建脑发育图表,可以为研究学龄期发展提供综合测量和评估工具,推进脑科学在家庭、教育和临床的个体化应用转化.     

基于个体差异的大样本脑影像数据在心理学研究中的应用

心理学研究通常借助认知神经科学的技术手段,揭示人格、认知以及情绪等心理结构的脑机制.然而,以往的研究结果通常会受到被试样本量较小、实验设计和数据分析技术的制约.同时,个体在行为反应、认知或情绪加工中所表现出的个体差异也容易被忽视.人类的行为活动是基因、脑和环境相互融合、相互关联统一的有机过程.因此,调查个体成长的相关环境因素和生活经历,并收集相关的人格、情绪和认知等大样本化的行为、多模态脑影像数据,有利于从个体差异的角度探讨:(1)人格特质个体差异的神经基础;(2)情绪相关的个体差异的神经基础;(3)认知能力的神经基础;(4)建构环境-人格-大脑-行为反应相互关联的预测模型.本文选择性地阐述近期国内外一系列探讨大样本脑影像与行为之间关系的研究,从个体差异的角度探讨行为活动、人格、情绪以及认知能力的神经基础.     

史无前例的气候变化健康挑战需要史无前例的应对措施

正气候变化会通过多条直接和间接的路径对人群健康产生深远的影响~([1,2]).因此"柳叶刀健康与气候变化委员会"(以下简称柳叶刀委员会)认为,应对气候变化是21世纪改善全球健康的最大机遇~([1]).为了监测气候变化造成的健康影响,并追踪各国政府在《巴黎协定》下所承诺的应对气候变化行动的进展,柳叶刀委员会启动了一项名为"柳叶刀2030年倒计时:追踪健康与气候变化进展"项目(以下简称柳叶刀2030倒计时)的跨学科国际合作. 2019年度的《柳叶刀2030倒计时》报告呈现了来自全球35家顶尖学术机构和联合国机构的发现与共识~([3]).评估进展的指标涉及五大领域,包括气候变化影响、暴露程度和脆弱性;针对健康的适应措施、规划和恢复力;减缓措施及其健康协同效益;经济和融资;公众和政治参与.     

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.     

葛兰素史克公司中国研发中心副总裁鲁白谈“如何提高创新能力”

鲁白简介:葛兰素史克公司中国研发中心副总裁,神经生物学家。曾任美国国立健康研究院(NIH)儿童健康与人类发育研究所(NICHD)神经发育研究室主任,美国国立健康研究院(NIH)精神健康研究所(NIMH)基因、认知与精神项目(GCAP)副主任。中国科学院神经科学研究创建人之一,中国科学院海外评审专家。     

编者按

心理学的终极目标是要理解人的意识起源及其生物学基础,这首先要从研究人类行为出发.认知神经科学的兴起和发展反映了认知心理学和神经科学的交叉融合的趋势,它以理解人类的信息加工过程为核心,包括感知觉、注意与意识、学习与记忆、语言、情绪以及决策等,是一门探讨心理是如何被组织而产生意识和智能以及这些过程是如何在脑中实现的学科.对人类行为的研究,离不开各种技术手段的发展.在过去20多年里,脑科学、     

重庆地区住宅室内潮湿问题和儿童哮喘及过敏性疾病的相关性分析:横断面调查

重庆地区住宅室外全年高温高湿,极易导致住宅室内潮湿问题.作为中国室内环境与儿童健康研究项目(CCHH)的一部分,项目组针对重庆地区住宅室内环境特征和儿童哮喘、过敏性疾病及相关病症的相关性展开了研究.在横断面调查中,5299名儿童自我报告了其哮喘及过敏性疾病信息和住宅室内潮湿问题,本文对其中的4754名3~6岁儿童的健康问题和其住宅特征数据进行了整理分析.结果显示,35.1%的住宅中出现"被褥受潮"现象,14.3%出现"窗户凝水(凝水高度超过5 cm)"现象,11.6%出现"发霉气味",9.3%出现"水损",8.3%出现"湿点",5.3%出现"霉点".在自我报告结果中,27.0%和51.1%的儿童分别自我报告曾经出现过喘息症状和鼻炎症状,近12个月里,38.1%的儿童出现鼻炎症状,20.5%出现喘息症状,18.9%出现夜间干咳情况,13.2%出现湿疹.医生诊断的哮喘和鼻炎的患病率分别为8.3%和6.2%.在重庆地区,住宅室内潮湿问题与儿童哮喘及过敏性疾病的相关性显著存在."霉点"与医生诊断的鼻炎之间的相关性最为显著,调整后的比值比(ORA)为2.27%(95%CI:1.48,3.49).除了医生诊断的哮喘和鼻炎,"被褥受潮"与儿童哮喘及过敏性疾病症状有着显著的相关性."晾晒被褥"的行为可以有效降低儿童哮喘及过敏性疾病的患病率,同时也可以显著地降低被褥受潮现象.     

地衣测年法研究及其在陕西若干地质事件中的应用

1950年,Beschel提出地衣测年方法。在测年时,一般地都是将地衣直径生长速率作为常数或由已知年代的地衣测量获得某一地区的地衣生长曲线,再由该曲线在同一地区或环境相似的其它地区测年。然而许多地区很难获得地衣生长曲线。不同环境下的地衣生长曲线不同。为在任何环境下都能用地衣测年,必须研究地衣生长与环境的关系。本文主要研究了中国北部的丽石黄衣(Xanthoria elegans(Link. )Th. Fr. ),获得它生长的通用模式和区域模式,研究了它的生长速率以及与基物的关系。     

中太平洋富钴结壳剖面的锇同位素组成

对中太平洋莱恩海山富钴结壳MP5D17的各壳层样品进行了系统的锇同位素组成测定. 研究表明, 结壳中¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os比值变化较大, 变化范围在0.4262~1.0155之间. 从底部到顶部, 结壳剖面中锇同位素组成呈有规律的变化趋势, 并与结壳的垂直剖面结构构造的变化相关联. 对比研究表明, 结壳MP5D17剖面的锇同位素组成曲线, 具有与80 Ma以来海水锇同位素演化曲线相似的演化趋势. 初步推测富钴结壳MP5D17的生长起始时间为72 Ma, 该结壳的生长过程中存在三次生长间断, 其时间分别为64, 53和37 Ma.     

脑功能理论的当代发展和前沿研究计划

21世纪以来,研究人员逐渐揭示出人脑前额叶特别是内侧前额叶的认知功能,脑内的社会镜像神经元系统以及默认网络.这些发现,扩展了20世纪关于经典特异神经通路和网状非特异系统的概念,认识到人脑含有4类机能解剖系统.除了并行协同工作的特异系统和网状系统外,人脑还有以180°相位差交替转换式活动的默认网络和社会认知网络.在所概括的4条神经信息处理机制中,由于自然脑进化的遗传保守性,人脑和动物脑共性大,而与电脑间存在本质差异.人脑功能的独特性体现为社会属性和生物属性高度融合的巨复杂性、四层次性及其包容性.本文简要介绍了脑连接组计划、脑活动图计划和中国脑计划,希望能引起人们关注人脑、动物脑和电脑的共性和本质差异,以便更正确地对待脑科学和人工智能领域的研究成果.     

发展人口神经科学中的规范化建模:量化脑智发展规律与个体分化特征的“显微镜”

揭示脑与心智个体差异的来源、规律及其科学机制是发展人口神经科学领域颇具吸引力的研究方向.个体差异的复杂性与当前研究方法的局限性是该领域方向的挑战所在,亟须发展在群体和个体层面建模个体差异的方法学框架,来量化脑智群体规律及其个体分化特征,实现一般科学规律与个体应用转化的科学衔接.规范化建模为此提供了一种方法学选择:基于代表性样本,使用分布式回归等方法,建立群体规律的统计模型,并在此基础上推演个体偏离规范化群体参照的程度,从而量化个体分化指标.这一方法学框架为发展人口神经科学提供了新工具,从人口生命周期的视角揭示了个体脑智差异的一般规律及其生物学基础,为解析脑智疾患的病因学机制及精准化临床实践提供了参考.鉴于规范化建模方法的巨大潜力,未来亟须在采样策略优化、数据收集规范以及建模方法改进等方面开展深入研究,从而加速其应用转化.     

气候变化的影响:温水青蛙还是灾难临头?

<正>2015年6月,国际著名医学期刊Lancet发表了题为"Health and climate change:Policy responses to protect public health"(健康与气候变化:保护公共健康的政策响应)报告[1].该报告由清华大学、英国伦敦大学学院等多个机构,从事气候、地理、经济、环境和医学等学科40多位学者共同完成.三位共同通讯作者分别是清华大学地球系统科学研究中心宫鹏教授、英国伦敦大学学院全球健康研究所Anthony Costello教授和人类健康与行为研究所Hugh Montgomery教授.     

正负面情绪刺激下自闭症谱系障碍儿童的脑电信号分析

自闭症谱系障碍(autism spectrum disorder, ASD,简称自闭症)是一种神经发育障碍,通过脑电活动研究可以对自闭症儿童脑功能发展进行客观评价.在个体社会发展中情绪认知能力十分重要,自闭症儿童的情绪认知缺陷对其社会互动能力造成了极大的影响,阻碍了自闭症儿童的社会性发展.本研究主要通过分析情绪视频诱发被试儿童产生正面与负面情绪过程中的额叶、颞叶、枕叶等脑区的脑电活动,并结合情绪性能指标和认知水平,探索自闭症儿童和典型发展儿童的各自表现以及其脑电差异性.实验共招募80名儿童(自闭症儿童组:40名;典型发展儿童组:40名),通过快速傅里叶变换方法对被试儿童脑电分脑区进行功率谱分析,并探索情绪组别间效应.发现自闭症儿童脑波总体呈现出低频(delta, theta)和高频(beta, gamma)功率过大而Alpha频段功率较低的特点,且不同脑区的差异程度不同.通过比较正负面两种情绪刺激下基于脑波功率得到的情绪性能指标与认知的问答情况发现,自闭症儿童在不同情绪刺激下的情绪变化远小于典型发展儿童,并在正面情绪下有更高的兴趣度与参与度.此外,其情绪认知、空间认知等6个方面的认知情况均低于典型发展儿童,认知问答正确率较负面情绪下高.本研究为提高自闭症儿童情绪认知干预训练提供了客观依据.     

太原市学龄前儿童哮喘、过敏性鼻炎及湿疹与出生前及早期家居环境的相关性

为了探讨出生前及早期家居生活环境与儿童的哮喘及过敏性疾病的相关性,在山西省太原市区学龄前儿童(3700名)中开展了一项横断面流行病学研究.研究采用问卷调查的方式,问卷内容包括儿童的哮喘和相关过敏性疾病的患病情况,采用了International Study on Asthma and Allergies in Childhood(ISAAC)的核心问卷;儿童的家居生活环境采用了瑞典的Dampness in Buildings and Health(DBH)的问卷内容,并根据中国的生活习惯进行了部分调整.通过多因素Logistic回归分析并调整了儿童年龄、性别、家族遗传,市区或郊区/农村,被动吸烟和母乳喂养,结果显示,出生前(指母亲怀孕前一年或/和怀孕期间)居住地添置新家居(HNF)与儿童报告的既往哮鸣音[比对比(OR)1.23,95%置信区间CI(1.03~1.48)],及过去12个月内的哮鸣音(1.24,1.00~1.54)、鼻炎症状(1.26,1.06~1.51)以及湿疹(1.42,1.01~1.99)呈正相关.在0~1岁间的HNF与过去12个月的哮鸣音症状,及0~1岁间家里新装修(HND)与儿童的既往鼻炎及过去12个月鼻炎和湿疹的症状均呈现正相关.室内发霉的迹象或室内潮湿几乎与所有儿童的哮喘和过敏性疾病的症状呈现更强的正相关(OR范围在1.23~1.85,P<0.05).进一步相互调整了出生前HNF和室内发霉或潮湿的因素,所有的显著性结果均没有明显变化.本次研究表明,出生前居住地添置新家具和室内发霉或潮湿是太原市学龄前儿童哮喘和相关过敏性疾病及症状的独立危险因素.     

努力工作,用实力说话:《科学通报》对话王贻芳研究员

正2015年11月,2016年度"科学突破奖"(Breakthrough Prize)在美国揭晓,"基础物理学突破奖"(Breakthrough Prize in Fundamental Physics)被授予了研究中微子振荡的7名领导者及他们领导的5个研究团队,其中王贻芳研究员领导的大亚湾反应堆中微子实验项目获此殊荣,获奖者将分享300万美元的奖金.这是中国     

人体中的微弱磁场

人和生物体中的生物电流会产生微弱的磁场,例如人的心脏收缩舒张会产生约10~(-5)～10(-6)高斯的心磁场,人受到光线、声音或电等刺激时会在人脑部产生约10~(-8)～10(-9)高斯的脑磁场或称(脑)神经磁场。这些心磁场和脑磁场随时间变化的曲线称为心磁图(MCG)和脑磁图(MEG),与心电图(ECG)和脑电图(EEG)很相似。测量和研究人的心磁图、脑磁图和人体中其他部分(如肌肉、肺部等)的磁场,对于了解一些生理活动和病变机制很有帮