脑科学:机遇和挑战

<正>"上九天揽月,下五洋捉鳖",是人类智力的产物。恩格斯曾将"思维着的精神"比作"地球上最美的花朵",多么的生动深刻而美妙。人类大脑是智力演化的最伟大奇迹,是人类灵性的家园,它是最精细、最复杂、最优美和具有高度可塑性的器官,它以其非凡的智慧造就了人类知识体系和文明的社会传承。脑与认知科学是研究脑与智力关系的科学,是研究人、动物和机器的认知与智力的本质与规律的科学,是要回答脑是怎样工作的,智力和创造性     

认知功能的神经网络模型

人脑的认知功能是当前许多学科的研究焦点。哲学和心理学历来就把智能和认识过程作为自己的主要研究对象。国际著名人工智能专家、诺贝尔奖获得者H.A.Simon(司马贺)在“人类的认知”一书中指出:“认识论是哲学的根本问题之一,认识论要说明外界信息是怎样存放在脑内的……”。并说:“从历史上看,心理学的研究差不多有一半是关于学习的”。但是,由于智能行为和认知过程的复杂性,直到上世纪末,科学界对其本质知之甚少。     

果蝇复杂脑功能研究进展

全面揭示脑的奥秘是现代科学所面临的最大挑战.通过脑研究,我们可以获得防治脑疾病、认知及心理障碍的线索和工具,找到提高人类智力和心理健康水平的途径,并发展出具备高等智能的机器人.果蝇作为研究基因-神经回路-行为关系的首选模式动物,日益得到重视.本文围绕果蝇复杂脑功能包括视觉学习记忆、欲望与动机、情感相关行为和社会行为的研究意义及前景、已知调控基因及神经回路以及未来研究方向展开综述,便于读者把握相关领域的全貌.     

综述: 果蝇复杂脑功能研究进展

全面揭示脑的奥秘是现代科学所面临的最大挑战.通过脑研究,我们可以获得防治脑疾病、认知及心理障碍的线索和工具,找到提高人类智力和心理健康水平的途径,并发展出具备高等智能的机器人.果蝇作为研究基因-神经回路-行为关系的首选模式动物,日益得到重视.本文围绕果蝇复杂脑功能包括视觉学习记忆、欲望与动机、情感相关行为和社会行为的研究意义及前景、已知调控基因及神经回路以及未来研究方向展开综述,便于读者把握相关领域的全貌.     

2022年脑科学与类脑智能发展态势

脑科学是理解人和自然的“终极疆域”,现已成为重要的科学和技术前沿领域之一。该文主要从研究计划、研究进展、产品研发与产业发展的视角分析2022年脑科学与类脑智能领域的进展,并对未来发展趋势加以展望。2022年,美国、中国等国家/地区的脑计划取得较大进展;在脑图谱绘制、脑发育与脑认知功能解析、脑疾病机制探索及类脑智能技术与产品开发方面取得重要研究突破;脑疾病药物研发管线丰富,将推动相关产业快速发展。未来,借助各类新技术,研究人员将在多尺度解析脑认知功能,识别其中的功能障碍,开发出多种有效的脑疾病治疗药物;脑科学与人工智能等领域相互借鉴,推动类脑智能领域快速发展并广泛应用;数据治理和伦理安全的突破有助于脑科学与类脑智能研究的良性发展。     

语言发展认知神经科学研究:重要进展、趋势与规划建议

语言是人类独特的脑高级功能.语言发展和脑发育是发展认知神经科学研究的核心领域之一.深入理解语言发展和脑发育的复杂联系,不仅对破解人脑奥秘意义重大,同时可为理解和促进人类脑智发育提供重要依据.本文概述了语言获得和发展的脑机制、阅读发展与脑发育、二语学习年龄效应及脑机制、语言发展的遗传因素等方面的重要研究进展,并基于当前该领域的主要发展趋势,为我国布局该领域研究提出了建议.当前语言发展认知神经科学研究呈现如下主要趋势:通过方法创新,深化语言不同成分发展的脑机制研究,从而推进语言作为整体系统的研究;将语言发展脑机制的研究向认知、情感、社会行为相互联系的脑机制研究推进,以破解人类脑智发育奥秘;通过整合基因-环境-脑和行为,探索语言脑发育的生物-社会-心理机制;重视基础数据收集和积累,特别重视开展大样本长期追踪的语言脑发育队列研究.基于国际进展、趋势和我国现实需要,建议我国在此领域研究规划中重视研制、推广应用语言发展评估标准化工具,加强先进仪器设备的方法学训练;围绕汉语发展的脑机制,尽快开展脑与语言发展的大规模前瞻性队列研究,强化我国相关研究的优势和特色;重视面向满足国家促进亿万儿童语言发展的重大需求,结合政策、教育与医疗应用的具体需求,在语言发展促进,特别是阅读能力提升和障碍防治等领域,尽快开展有针对性的转化应用研究.此外,为推进语言认知神经科学基础与转化应用研究,还需要大力提倡合作与开放,推动本领域原始和集成创新.     

老年人认知训练的神经机制研究

伴随老化,老年人的认知和脑功能会表现出一定的下降趋势.尽管如此,人类的大脑到老年期都会保有一定的可塑性,认知训练的方式是延缓认知和脑功能衰退的有效手段.本文回顾了以往针对老年人不同类型的认知训练研究,探讨了认知训练的理论基础(包括放大观和补偿观),深入分析了老年人认知训练的神经机制,并在此基础上指出以往研究中理论基础冲突的不足和对未来研究老年人训练任务适配性的展望.     

加强推进重大精神疾病的研究

正脑科学研究是人类认识自然和认识自我的最大挑战之一,此研究热潮正在世界范围内兴起.西方发达国家纷纷推出大型战略性脑科学研究计划,其中2013年美国总统奥巴马宣布启动的"脑计划"(BRAIN Initiative),此计划侧重于研发新型脑研究技术,目的在于探索大脑功能的神经环路结构基础和功能.欧洲联盟"人脑计划"所关注的是利用已知脑连接图谱数据,应用超级计算机来"模拟脑".日本启动的"脑科学与教育"计划,将脑科学研究作为国家教育发展的一项战略任务,进行面向教育理论和实际的应用     

迈向“发展群体神经科学”

正人脑如何工作?它如何产生心智?又为何千差万别?150多年来,好奇心驱动的科学研究就此已经积累了丰富的成果,催生了发展心理学和神经科学的交叉学科——发展认知神经科学[1].发展认知神经科学研究居于"身心关系"和"人类智能产生及丰富"两大基本问题之间的交汇处,致力于从发展的视角回答上述问题,具有重要的科学价值.以"Developmental Cognitive Neuroscience"为关键字检索Scopus数据库时,共发现29万余篇文献,而且数量逐年递增.自21世纪初开始,     

脑与认知科学研究的现状与前沿

正研究和揭示大脑在生理和病理状态下的工作机制,一直是脑与认知科学的重要研究内容和目标.虽然脑与认知科学领域已经取得了一系列重要的研究成果,但仍然面临巨大的挑战.因此,各国都在加大投入,推动技术创新,开展多学科交叉、多层次的脑与认知科学研究.2013年美国启动脑科学     

意识与麻醉

<正>意识可以定义为"个体觉察自我与环境存在的脑功能状态"也就是说,意识是脑对"存在"的觉察,感知"存在"就是对真实自我和环境的觉察、发生在清醒状态下,对"存在"的觉察是脑的基本功能,也是注意、学习、认知、思维等功能的前提.国际上许多实验室,研究麻醉导致的意识丧失以及麻醉后意识的重启动,来揭示意识的神经基础.最近,Solovey等(J Neurosci,2015,35(30):10866)发现,不同麻醉药物诱导的脑活动模式不同,如果忽略那些具体活动的特征,意识丧失与     

老化认知神经科学:研究现状与未来展望

人口老龄化已经成为我国乃至全球面临的一个严峻的社会问题.开展老化认知神经科学研究,从认知、脑结构和脑功能层面揭示脑老化的机制和规律,进而探索并开发出延缓认知下降的方法和工具,对保持老年脑健康及提升生活质量具有重要意义.本文从脑结构老化、脑功能老化以及脑血流量与脑老化等方面概述了认知老化的神经机制.前人从补偿和去分化角度构建了多个认知老化理论和假说,然而,这些理论和假说较少考虑到脑结构老化、静息态研究及脑血流量的研究发现.坚持规律的运动、多做一些认知参与的活动、保持健康的生活方式和饮食模式,有助于老年人保持认知功能并延缓认知与脑老化.在老化认知神经科学未来发展方向上,从认知老化理论的发展以及成人毕生发展视角,对脑老化的脑功能网络研究、脑老化与可塑性以及基因对脑老化的影响等方面进行了展望.最后,本文从建立中国成人毕生发展行为-基因-脑数据库、使用和研发新技术研究认知老化、深入探索有效的脑功能改善方法、开展农村老年人研究及临床老年群体研究等方面,对国内老化认知神经科学的发展趋势进行了展望.     

脑功能原理:神经细胞编程和信息储存

大脑采集感觉信息、整合认知和控制行为过程,这些任务的实现依赖于神经细胞及其环路的信息储存与编程.澄清神经信息编程与储存的原理是研制拟脑计算机的基础.本文将基于神经细胞的模拟-数字信号转换、数字信号兼容式输出以及新信息储存与提取等方面的研究揭示脑认知原理.     

空间脑科学研究的回顾与展望

人类大脑是自然界最复杂的系统之一.大脑结构与功能之谜是人类认识自身的终极疆域,对于推动科技创新发展与人类文明进步具有极其重要的意义.载人航天是现代科技革命的重要领域之一,美国、俄罗斯等航天大国已利用空间资源开展脑科学研究.我国空间站的建设,将提供空间脑科学研究的系统创新平台,极大地推进中国空间脑科学计划进程.本文综述了在空间环境或模拟空间环境下,脑发育及生物学机制、认知规律与机制、生物节律和睡眠对脑功能的影响、群脑协同等方面的空间脑科学研究进展,并简述和展望了我国空间脑科学研究的发展方向.     

需求导向,基础领先,技术取胜

实施中国脑计划的重要性和迫切性不言而喻.大脑是人类文明的开始.自古以来,人类就试图以各种手段和方法来理解、保护和控制大脑.脑科学被认为是人类最后的科学尖端,被视为科研领域"皇冠上的明珠".无论是1990年启动的美国"脑的十年"研究计划,还是近几年欧洲联盟的"蓝脑计划"、"人类脑计划",以及美国于2013年启动的"推进创新神经技术脑研究计划",无不重复地演绎着人类追求"认识脑、保护脑、创造脑"的美好梦想.     

综述: 脑功能原理：神经细胞编程和信息储存

大脑采集感觉信息、整合认知和控制行为过程,这些任务的实现依赖于神经细胞及其环路的信息储存与编程.澄清神经信息编程与储存的原理是研制拟脑计算机的基础.本文将基于神经细胞的模拟-数字信号转换、数字信号兼容式输出以及新信息储存与提取等方面的研究揭示脑认知原理.     

神经科学和类脑人工智能发展:机遇与挑战

脑科学研究不仅是当前国际科技前沿的热点领域,也是理解自然和人类本身的"终极疆域"。在21世纪第二个十年,神经科学和类脑人工智能革命性突破不断涌现,脑研究领域迎来"第二次浪潮"。对神经科学和类脑人工智能的发展趋势、全球主要国家和地区在神经科学和类脑人工智能领域的重大科技突破与战略布局进行梳理,形成我国发展神经科学和类脑人工智能的时代和国际背景;分析我国在该领域面临的机遇和问题,提出充分重视发展神经科学和类脑人工智能技术的必要性和紧迫性、建立强有力的工作机制、工程化设计筹划重大科技项目等建议。     

汉语数词和数字脑加工差异的功能磁共振成像研究

数字加工是人类最重要的认知功能之一,数字加工与语言之间的关系也一直是认知神经科学的研究焦点.本文采用功能磁共振成像技术,通过比较阿拉伯数字和汉语数词对数字大小比较任务加工的影响,考察了语言与数字加工的关系.结果显示,不同语言编码影响了脑内数字处理加工的模式,在以汉语数词为编码的情况下,梭状回的激活显著高于阿拉伯数字为编码的情况,顶叶的激活则弱于以阿拉伯数字为编码的情况.这表明数字加工会受到语言编码的影响,支持了数字加工与语言密切相关的观点.     

编委推荐

正Cell|三维基因组比较分析揭示人类大脑进化的调控机制人类大脑在演化的过程中形成了诸多独特的表型,如巨大的脑容量、语言区的产生以及胚胎发育阶段出现OSVZ和SP层的扩张等,这些特异的脑结构和发育模式是人类高级认知能力产生的结构基础。1975年King和Wilson提出"基因表达调控假说"来解释人类及其近亲黑猩猩间的表型差异。在胚胎发育过程中染色质的三维构象对基因的表达调控发挥重要作用。     

功能性脑成像的多维模式分析方法

利用非侵入式的功能性脑成像记录大脑活动极大地提升了我们对人类认知功能的理解.与此同时,分析成像数据的手段也逐渐从传统的一元方式向更加有效的多元分析转变.在本综述中,特别针对在认知神经科学领域占主导地位的功能性磁共振成像技术,介绍其多元数据分析方法的发展以及这种分析方法的生理学基础和未来发展方向.