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     

我国学者构建了高分辨率灵长类大脑3D基因组图谱

人类大脑起源于漫长的生命进化过程,其最显著的改变是大脑的认知功能,反映在脑容量的显著扩大和脑结构的高度精细化。人类进化过程中哪些遗传改变造就了人类大脑是科学界长期力图解决的重要科学问题。     

发展中国脑科学和智能科技的思考和建议

正脑科学是以脑为研究对象的多学科汇合的新兴研究领域,是研究人、动物和机器的认知与智能的本质与规律的科学.人类正经历一场向智能社会的革命性转变.在初步拥有了人类的"生命蓝图"—基因组学之后,人类开始描绘"智力蓝图",其最核心内容是理解认知大脑高级功能的物质及结构基础,在防治认知障碍性疾病的同时,发展人工智能和认知技术并广泛应用,从而实现由"信息时代"向"脑智时代"的跨越.在这个时代变     

灵长类特异基因TMEM14B促进小鼠皮层扩张和沟回形成

<正>8.5亿年前,生物开始感知世界,比如单细胞生物感受环境中的化学信号和电信号。然而,从细胞特化为神经细胞而出现最原始的大脑,到演化成具有复杂大脑结构的人类,这中间却经历了6亿年的时间。人类大脑的重量约为1.3千克,包含了约860     

三维基因组分析点亮人类大脑进化之谜

正人类大脑起源于漫长的生命进化过程,其最显著的改变是大脑的认知功能,反映在脑容量的显著扩增和脑结构的高度精细化~([1])。人类进化过程中哪些遗传改变造就了人类大脑是国际科学界长期力图回答的重要科学问题。所有器官包括大脑的形成都是通过发育过程来实现的,人类独特的脑发育模式源于在进化中基因组积累的功能性突变。通过近20年的比较基因组学研究已经发现大量人类特异的基因组序列变异和调控元件,典型的如人类快速进化区域(human accelerated regions,HARs)和人类特异的增强子(human-specific enhancers, HGEs)~([2,3])。     

对大脑与思维关系的新认识

人类大脑是已知宇宙中最复杂最完善最有效的信息处理系统。揭示脑的工作原理,认识思维本质是人类面临的重大挑战。本文选择在脑研究中涉及到观念性转变的一些进展,分别从理论、系统、网络、细胞和分子各个水平。并从脑科学与人工智能、计算机科学的相互关联上,阐述对于大脑与思维关系的新认识,指出脑科学的进展需要新理论,新观念,新思想和新技术,需要各个水平,各个学科研究的共同奉献。     

来自脑海深处的信息

大脑,是地球上最复杂、最有序的物质,它比原子、星云、恒星、生物体,不知要复杂多少倍。大脑中一千亿个神经原纵横交错,千丝万缕。然而,大脑神经原之间,各区之间又井然有序,明确分工,密切合作,它不断接收着信息,不断产生着智慧。近年来,随着脑科学的进展,不断传来脑海深处的信息。     

酒精破坏大脑发育的新发现

酒精对发育中大脑有严重的损伤作用 ,但其作用机制尚不清楚。美国华盛顿大学医学院Ｏｌｎｅｙ博士领导的研究小组发现 ,在大脑的发育期间 ,酒精通过阻断ＮＭＤＡ受体和过度激活ＧＡＢＡ受体的双重机制 ,广泛地引起大脑中神经元凋亡。他们发现酒精损伤的作用最敏感的时期正是神经系统发育过程中突触生长的阶段。在人类 ,这一阶段开始于受精后六个月并延续到出生后的数年。在这个时期 ,短暂的酒精接触便会使大脑中上百万的神经元死亡。这一结果解释了人类胎儿酒精综合征的发病机制酒精破坏大脑发育的新发现@朱晓松 @邵黎     

胶质细胞:脑功能与疾病研究不可或缺的领域

正人类有别于其他动物的根本在于人类独特的大脑.解密大脑工作原理,促进人脑健康,是自然科学领域最有吸引力、最具挑战性的命题.2013年以来,美国、欧洲联盟相继提出了各自的脑研究计划;在国内学术界不懈努力和政府的高度关注下,中国脑计划也在酝酿之中,并且推出在即.在制定中国的脑研究计划时,审慎分析美国、欧盟脑计划的内涵,对于发挥我国脑科学研究后发优势,形成特色,实现超越,无疑具有重要意义.     

类似于人类大脑的计算机

从计算神经科学获得的人类大脑的分析力正影响着当代计算机的设计。传统的计算机只能有顺序地解决与处理问题。虽然,使用高度复杂化的计算机能够进行人工智能模拟(AI),但需要按照人类思维决策的规则编制程序。而许多计算机仍只能按步就班,一步一步地进行数据处理。相反,利用神经网络型计算机处理数据的方式则雷同于人类大脑,它可借模拟学习的过程进行同步处理分析,解决人工智能模拟计算机难以解决的问题。     

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.     

《发现大脑》

《发现大脑》(Discovering the brain)由Sandra Ackerman著,1992年美国National Academy Press出版,180页。脑科学是生物科学的前沿阵地,也是宇宙中最为纷繁复杂的事物。疾病破坏着大脑功能,最令人痛苦不堪的有老年痴呆症、精神分裂症、享廷顿病及其它顽症。这些病魔是人类的敌人,神经科学家就是前沿阵地上的战士。该书以通俗易懂的笔调讨论了脑的物理结构以及语言、音乐欣赏功能区域;审视了电和化学信号怎样在脑中传递;探讨了视觉、听觉、思维以及注意力集中机制;叙述了学习以及记忆力持续出现;阐述了人     

Cell:睡眠或可抑制大脑自我再平衡

正人类和其他动物为何睡眠是生理学剩下的深层奥秘之一。神经科学的主导理论是睡眠是大脑"下线"时回放记忆以便更好地编码它们("记忆巩固")。另一种主导的竞争性理论就是睡眠在大脑网络的再平衡(re-balancing)中发挥着重要作用,而在清醒(waking,也译作醒着,或者唤醒)时的学习期间,大脑网络受到扰乱。大脑活动的这种"再平衡"涉及稳态可塑性(homeostatic plasticity)机制。这些机制是由美国布兰迪斯大学首次发现     

食蟹猴取食位置偏好及改变的行为学研究

正偏好行为被认为是研究大脑半球功能偏侧性调控表达的一种预测指标(Elias et al.,1998)。偏好行为与大脑解剖结构和功能不对称之间关系的研究表明人类明显偏爱使用右手,是由大脑左半球控制(Zhao et al.,2010;崔媛媛,2012;付卫伟,2012),而手偏好正是大脑皮层结构和功能不对称最基本的行为表现,是大脑半球特化的一个行为标     

大数据时代的大脑科学——绘制智力的蓝图

在很多"之歌"中,我非常喜欢《长江之歌》,歌中唱道"你从远古走来,……你是无穷的源泉".正值《生物化学与生物物理进展》创刊40周年的日子,我愿意唱一首心中的歌——"脑之歌".人类大脑就好比是一条历史长河,它从远古流到了今天,又将从今天流向未来,是自然通过漫长进化所产生的最精细、最复杂、最优美和最成功的器官,是智力演化的最伟大奇迹,是人类智力产生的源泉,是人类灵性的家园.人脑以其非凡的能力造就了人类知识和文明的社会传承.可是到如今,我们还不知道人脑在整体上是如何工作的.脑功能神经组学或许是破解脑的奥秘的钥匙.     

语言能力的起源

人类:是世界上唯一能说话的动物。尽管自然界里各种动物都有自己独特的信息交流方式,但人类语言之丰富、说话之快速、表达思想内容之复杂,是任何动物都望尘莫及的。人类语言能力的进化,在人类的发展史上具有与大脑进化同等重要的意义。母宁置疑,人类说话能力的形成,要有控制语言系统的发达大脑     

知识果味派

<正>水蛭有32个大脑,这是真的吗?水蛭俗称蚂蟥,因擅长吸血而出名。不知是民间"科学家"们觉得水蛭不够奇特还是怎么的,他们硬给水蛭加了一个知识点,说它有32个大脑。很遗憾,这个说法是错误的。水蛭跟我们人类一样,拥有1个指挥身体运作的大脑,但是,和人类相比,它大脑的神经中枢数量特别多,有32个。也许是对知识的误读,人们把水蛭有32个神经中枢解读成了它有32个大脑。     

基因组学:揭秘人类特有遗传变异对大脑皮层进化与发育的影响

大脑皮层是人类最高级的神经中枢,控制着人类区别于其他生物的认知能力,其结构与功能的高度复杂性起源于人类特有的遗传变异。应用基因组学技术,大脑皮层发育和进化的分子机制已经被逐步揭示。本文概述了基因组学技术如何运用于研究人类特有的遗传变异对大脑皮层发育与进化的影响,涉及采取基因组学方法研究人类和黑猩猩等其他哺乳类动物大脑皮层的基因表达差异以及重要的非编码调控序列—人类加速进化区(Human accelerated regions,HARs)在大脑发育过程中扮演的角色,并讨论了未来人类特有遗传变异在神经生物学领域的研究趋势。     

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.     

濒死体验——大脑对你说了谎

人类对于大脑和濒死体验的研究从未止息,但直到近几年,才有越来越多的科学家不断给出证据显示二者之间密切的关系:濒死体验,原来是大脑对你撒了谎。