智能时代的脑科学与类脑智能研究

以智能科技为核心技术、智能算力为生产力的智能时代再次把脑科学推向世界科学与技术前沿。脑科学是研究人、动物和机器的认知与智能的本质和规律的科学。对神经系统结构和功能联结规律进行全面解析将最终绘制成脑功能联结图谱,近10多年来神经科学研究致力于系统性地解析神经系统的神经元类型和神经结构连接,在单细胞转录组分析、神经网络结构示踪等技术推动下取得了阶段性进展。解析人类大脑这一最为复杂的信息和智能系统,会启迪类脑智能理论和类脑智能技术,即脑科学/神经科学启发的智能理论和技术。在智能时代,脑科学研究的多学科交叉研究范式促使脑机接口、类脑智能计算等类脑智能研究领域加入脑科学。脑机接口的神经解码和编码技术为绘制人脑功能神经网络图谱提供了重要的功能研究技术和方法,并且可探索在脑疾病临床诊治上的应用。类脑计算正成为脑科学研究的一种新范式,借鉴脑处理信息和学习的基本原理发展高能效、高速和智能的新型类脑计算系统,利用发展的类脑计算系统可以加速发展脑模拟和数字大脑,促进理解大脑运行机制和治疗脑疾病,发展数字脑科学和脑医学。新近出现的脉冲神经网络智能处理器为构建大规模类脑智能计算系统奠定了基础,未来类脑超级算力极可能超过人类大脑算力,影响智能科技变革和人类社会发展。     

非人灵长类模型

全球有近10亿脑疾病患者,每年约带来经济负担1万亿美元。目前,绝大部分脑疾病尚无有效治疗方法。因此,脑疾病机理研究和新药开发十分迫切。由于进化上相近,非人灵长类的脑在结构、功能活动等多方面与人类高度相似。因此,相对于其他实验动物,非人灵长类具有解决人类问题,特别是脑相关问题的独特优势。它们除了是研究人类正常脑高级功能的关键实验动物外,还是最好的研究脑疾病机理和治疗方法的模型动物。中国不但有丰富的非人灵长类资源,而且在猕猴建模方面有很好的积累,尤其在转基因疾病猕猴模型创建方面,目前处于世界领先的地位。文章分析了脑疾病领域的国家战略需求,总结了国内外非人灵长类的应用情况,以及国内非人灵长类模型现状。在此基础上,对我国非人灵长类模型领域下一步发展的重点提出了建议。     

面向未来的中国科学院脑科学与类脑智能研究——强化基础研究,推进深度融合

脑科学与类脑智能技术相互借鉴、相互融合代表了未来脑科学与类脑智能研究的新趋势。中科院在脑科学研究上具有深厚积累和特色优势,率先启动了"脑功能联结图谱"战略性先导科技专项(B类),选择感知觉、学习记忆等几种重要大脑功能,绘制其神经环路图谱,解析其信息处理加工规律;率先在脑科学和智能技术两大领域进行实质性融合,在先导专项中扩充了类脑智能研究内容,成立了中科院脑科学与智能技术卓越创新中心,全面推进脑科学与类脑智能研究深度融合,为我国智能产业的发展提供科技引领与支撑。在分析国际脑科学与类脑智能发展态势的基础上,文章阐述了中科院在脑科学与类脑智能研究方面的部署,提出了进一步加强脑科学与智能技术融合的举措与建议。     

“脑功能联结图谱与类脑智能研究”先导专项研究进展和展望

对大脑的认知是人类认识自然和自身的终极挑战,脑科学研究的核心是理解脑功能的结构及物质基础。中科院在2012年启动了战略性先导科技专项(B类)"脑功能联结图谱计划"(Mapping Brain Functional Connections;简称:脑联接图谱;MBFC,2012—2020),目标是对特定脑功能的神经联结通路和网络结构的解析及模拟。专项代表了脑科学研究的战略制高点,对揭示脑的工作原理、推动智能科学技术进步、增进人类身心健康等方面都具有十分重要的意义。专项设立以来,在感知觉神经环路发育和功能、视觉与本能恐惧行为的神经环路机制、情绪的神经环路编码机制、成瘾和抑郁症等脑疾病机理、意识的神经基础、基因编译技术及脑疾病的非人灵长类模型、神经元分类和功能分析技术及其应用、神经环路双色钙成像方法、神经环路结构与功能研究工具开发、深度神经网络芯片研制,以及资源库与平台建设等方面取得了一系列重要的科学发现和技术研发进展。我们将进一步按照专项十年规划,开展脑认知科学、类脑人工智能技术、脑疾病早期诊断及干预3个前沿领域的科学研究,以及相关新技术研发和脑科技资源库建设,发挥中科院在脑与认知基础研究和技术研发等领域的引领作用。     

15例患者的脑电地形图分析

为了探索元极医学治病原理,对15例患者发放三元能量前后脑电地形图进行对比分析,结果表明发放三元能量前后有明显的差异,证明三元能量对脑功能有明显改善。     

人脑功能连接组关联 研究（fCWAS）

现代脑成像技术为我们开启了从未有过的机遇:科学家可以在0.5秒和3毫米的时空精度上观测活体人类大脑的全脑功能活动。这再一次唤起人们全面解读长期以来的神秘话题——"心脑关联"(Brain-Mind Association:BMA)的兴趣。近20年来静息态功能磁共振成像技术迅速发展,该话题已被初步探索并在心脑关联和脑功能发育研究方面取得了一些进展。本文概要介绍这些进展和与之密切相关的人脑功能连接组研究框架,类比人类全基因组关联方法,指出人脑功能连接组关联方法是深入研究脑功能与各种心理行为特质或疾病之间关系的关键方法学框架之一,阐述其目前面临的主要困难、解决方向和思路。人类全功能连接组关联研究需要世界各国科学家的联合并大力提倡发现科学和开放式科学文化。中国目前在一些方法学研究领域获得了良好的声誉,未来研究中各科研院所(特别是中科院)应加大力度培养多学科交叉人才,为人类心脑关联研究标准的制定和最终应用做出贡献。     

二十一世纪脑科学的前沿:脑功能基因组学

由于大约70％的基因能够在人的大脑里得到特异性或高水平的表达,“人类后基因组计划”的本质就是开展“脑功能基因组学”的研究。脑功能基因组学的目标是在分子水平上揭示大脑的学习、记忆、思维和认知行为的生理机制,从而为治疗各种脑疾病和开发人类潜能提供理论基础。有鉴于其巨大的应用价值,世界各大制药公司、生物技术公司和大学研究机构纷纷投入巨额资金展开研究。文章系统介绍了脑功能基因组学研究的四大技术平台：基因组学及蛋白组学技术、转基因或基因敲除技术、化学遗传学手段和高密度神经元群体记录技术,重点介绍了利用基因敲除技术构建模式小鼠的四代发展过程。文章最后还提到,中国传统医药在治疗脑疾病方面积累了丰富的实践经验,在“脑功能基因组时代”开发中医药宝库,也是华人科学家应予关注的课题。     

积极情绪述评

积极情绪是积极心理学研究的核心内容.本文就积极情绪的概念和产生背景,性质和功能,以及积极情绪与脑、认知的相关研究进行了论述.并在此基础上,指出了积极情绪研究领域存在的一些问题.     

运动想象机制研究

运动想象已被广泛地应用在BCI系统上。传统对脑电信号分析主要集中在特征提取和分类上,本文分别从左右想象脑电信号的频域、时域和脑地形图上进行分析,从而获取左右想象脑电信号的特征。     

病毒性脑炎后遗症的早期干预

利用脑潜能的理论对病毒性脑炎恢复期患儿进行时期干预、早期训练,其方法主要以各种感知觉剌激及功能训练为主。通过１４天的训练后,患儿的神经发育水平从接近２个月上升为５个半月。结果表明,病脑患儿在脱离危险期后,应及早给予有效的康复训练,可最大限度地降低残疾程度,提高患儿愈后的生存质量。     

元极学与左脑开发

左脑是语言脑、知识脑;右脑是图像脑、无意识（潜意识）脑;左脑学习和积累知识,右脑神藏并展发先天智慧。开发人的智慧在于开发人的右脑。开发松果体,调控人的大脑由左脑主事变为右脑当家,使脑波由β波变成θ波,与宇宙波共振,籍此使人通化万物,智慧洞开。学习元极学,并持之以恒,可开发右脑,展发智慧。     

基于多尺度多模态数据的脑疾病研究进展——遗传影像大数据研究

脑疾病是当前世界各国面临的共同挑战,给个人、家庭及社会都带来沉重的负担.随着各种高通量技术和无线远程获取技术的迅速发展,为脑科学与脑疾病的研究提供了前所未有的契机.借助多尺度多模态的脑科学大数据,我们能够从不同尺度、不同角度对人脑功能及脑疾病展开研究.本文将以遗传影像大数据为例,首先介绍国内外遗传影像大数据的数据库建设...     

类脑计算芯片与类脑智能机器人发展现状与思考

类脑智能是以计算建模为手段,受脑神经和人类认知行为机制启发,并通过软硬件协同实现的机器智能。类脑器件以及类脑机器人分别作为类脑智能研究的重要内容,其在类脑研究领域受到国内外学者的广泛关注。文章首先分析了类脑器件与计算系统中的类脑芯片和类脑机器人的发展现状和应用前景,重点探讨了类脑芯片在模拟人脑神经元模型和认知计算方面,以及类脑机器人在感知控制和智能生长方面的研究内容。然后,文章介绍了在中科院先导专项支持下,我国在这一方面的初步研究进展以及未来发展方向。最后,针对现有研究中遇到的问题,文章对类脑计算芯片与类脑智能机器人的进一步研究提出了建议,并指出未来研究在仿人运动模型、类人神经运动控制、人机协同的智能机器人控制等方面有望取得重大突破。     

脑功能成像以及磁共振技术研究与应用——中国科学院生物物理研究所脑与认知科学国家重点实验室／北京磁共振脑成像中心射频实验室成果展示

中国科学院生物物理研究所脑与认知科学国家重点实验室／北京磁共振脑成像中心射频实验室负责人薛蓉研究员在美国留学工作多年,有十几年从事磁共振技术研发工作的经验、,曾获得美国霍普金斯大学医学院五年全额奖学金,美国MedtronicInc医疗器械公司设立的生物医学工程领域青年研究人才奖学金。作为主要的磁共振研发人员,参与了多项美国国立卫生研究院（NIH）资助的联邦科研项目,先后在国际上发表了数十篇脑功能和结构成像的期刊文章及会议文章,并在弥散张量成像和高场磁共振成像领域取得了具有创新性及前瞻性的研究成果。     

有趣的人体“裂脑”试验

20世纪4JD年代,科学家选择了癫痫病人作实验对象,从此开始踏上了脑功能研究的新征途。     

机器人与神经科学交叉的意义——关于智能机器人未来发展的思考

文章分析了当前机器人研究遇到的瓶颈,机器人与神经科学交叉作为一种可能的解决方案,为机器人理论与应用的研究带来新的发展思路,可以作为现有方法和理论框架的一种补充。文章对"类脑"智能机器人的潜在优势和发展现状进行了分析,并通过中科院自动化所机器人团队的工作对"类脑"智能机器人研究初步进展进行了简要介绍。文章提出,从功能和性能出发的机器人和与神经科学交叉的机器人可以平衡发展,相互补充。     

过度使用手机对机体认知功能的影响

虽然智能手机功能强大，但过度使用可能会对机体认知功能产生负面作用。研究表明，过度使用手机会改变机体的记忆、注意力和执行功能等，其原因可能与手机射频磁场暴露时间过长、睡前拖延、睡眠下降和脑结构形态改变有关。未来的研究应该区分智能手机的具体使用类型，以及每种使用类型对不同年龄段人群的认知功能影响，以提供适宜和健康的智能手机使用模式。     

提出一种脑功能研究新方法

心理所杨志、翁旭初与美国Emory大学的合作伙伴开发出一种新的功能磁共振成像数据分析算法。该方法利用独立成分分析在不对脑活动方式作出假设的情况下,将数据分解为多个成分,每个成分代表不同的脑活动网络,这样的分解被执行多次,每个成分在多次分解中的可复制性将被计算,而根据可复制性,这些成分将被排序和平均以获得更加稳定的结果。与目前常用的方法相比,该方法具有显著的优点,一是无需假设脑的工作模式,有利于新的脑功能网络的发现;     

脑成像技术的伦理问题及研究对策

近年来,神经成像特别是脑成像技术发展突飞猛进,研究获得了很大的进步,包括神经科学研究领域的拓展和神经科学技术的改进等方面,它们不但促进了科研和伦理共同体紧随神经科学研究与试验进展前沿,也深化了我们对健康与非健康的大脑的形态学与功能的理解以及对科研伦理本质的解读。然而,脑成像技术同样也带来了很多社会、伦理和法律问题,我们急需对其进行深入的伦理分析和解读,并在此基础上制定相应的研究对策。     

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散步让人更聪明 散步不仅有助于身体健康,而且还能使人更聪明。美国研究人员发现,以适合自己的速度每周散步3次,每次40分钟,将有助于延缓与衰老有关的脑功能下降,甚至提高逻辑思维能力。