2013年1月,“人脑计划”(HumanBrainProject)被欧盟选定为未来新兴技术旗舰项目之一。这一项目凝聚了神经科学、医学和计算机领域近300名专家,10年将耗资10亿欧元。 经过两年多努力,最近欧盟人脑计划成果频出,虽然,此项工作仅仅对于很小的一个脑区进行了仿真模拟,但从结果上看,会倾向于支持大脑是有可能被计算机仿真模拟的这一观点。如果有更高效的计算方法和更强大的计算能力的支持,接近于真实大脑规模的仿真模拟并非幻想。 1、在大脑模拟上,欧盟脑计划前主任Markram教授牵头,利用超级计算机模拟出老鼠大脑皮质柱; 2、瑞士研究人员成果绘制大脑数码图,展示4000万个神经键; 3、牛津大学教授发现,积极正向的人大脑神经更活跃。 下面介绍具体的研究情况,并附论文下载。
2015年10月8日,在顶级科学期刊上刊登了一篇长达36页的有关大脑仿真的里程碑式的论文,其标题为“Reconstruction and Simulation of Neocortical Microcircuitry”。这是曾轰动一时的欧盟脑计划在历时将近3年后,在各种质疑声中的一个亮相。论文由欧盟脑计划前主任Markram教授牵头,由来自12个国家的80余位科学家共同完成。 论文的核心内容是对大约0.3立方毫米的含有3.1万个神经元和3700万个神经突触的鼠脑某一脑区的脑皮质柱的仿真模拟,整个神经网络涉及到207种不同类型的神经元和13种不同的离子通道,仿真模拟采用了HH模型在NEURON软件平台和超级计算机上进行。其特点是,计算模型是对生物脑的完全仿真,采用实验获得的数据,而不再需要调整任何参数;其结果在很大程度上表明,大脑皮质柱是可以被仿真模拟的。比较遗憾的是,这项报告中没有涉及大脑皮层的可塑性这一重要功能性特征。 a simulated brain slice from the Blue Brain Project-neurons are coloured according to their levels of electrical activity
参考消息网10月11日报道 法新社10月8日报道称,瑞士研究人员牵头实施了一个雄心勃勃的项目,旨在绘制大脑数码图。该项目周四公布了首批成果,展示了错综复杂的大脑线路。 据美国《细胞》杂志公布的这份研究报告称,这份用计算机再现幼鼠新大脑皮层的所谓“初稿”包含了31000多个神经元、55个细胞层和207种不同的亚型神经元。 该项目是一项有12个国家的82名科研人员参与的全球倡议的一部分,该倡议名为“蓝脑计划”,主导者为洛桑联邦理工大学。 新大脑皮层的数码切片清楚展现了大脑的近4000万个神经键以及各型大脑细胞之间的2000个连接结构。 通过这一项目,研究人员利用细胞自身放电节律确定了很多种细胞类型。 研究人员利用数学模型模拟了细胞的活动方式,研究目标是用数字方式模拟大脑线路系统的运行方式。 研究人员发现,改变钙离子——钙离子对神经传递具有一定作用——的含量是给大脑活动带来变化的关键。 “蓝脑计划”负责人亨利·马克拉姆说:“这就像一台可重新组合去重点完成特定任务的计算机处理器。” 马克拉姆也坦言,科学家们要更准确地理解大脑的运行方式,今后还有很多工作要做。
人格是心理学研究范畴,按照心理学的研究,人格有许多类型,但非常明显的差别是有的人积极正向,有的人消极负向。人格特征理论上存在大脑的解剖学基础,但过去并没有非常确定的证据,来自欧洲大脑研究计划的第一项公开发表的论文发现,大脑神经通路模式与个人性格特征存在相关性,这一研究论文2015年9月28日发表在《自然神经科学》上。 2010年开始的大脑研究计划投入40亿美元,通过扫描1200个成年人大脑神经联系网络,目的是标记人的大脑活动状态的网络图谱。过去科学家认为,为完成某些任务,大脑的活动方式存在不同模式。 2015年4月,牛津生物医学工程学教授Stephen Smith领导的大脑研究计划项目,发表了对年龄22-35岁的460人静息状态大脑神经通路研究结果。每个大脑数据包含280种其他相关数据,例如年龄、服药史、社会经济状况、人格特征和智力检测结果等。 史密斯教授等通过对这些大脑扫描数据和其他数据进行计算机对比分析,寻找这些数据之间的联系,结果惊奇地发现一个特别不同的神经联系差异。哪些人格更积极的人,这些人往往在教育、体力和记忆力方面超过普通人,存在类似的神经联系模式。这些积极的人大脑不同区域之间的联系更紧密。哪些消极的人,往往抽烟、性格暴躁、家庭有成员曾经酗酒等,大脑神经联系明显比较差。 华盛顿大学神经科学家Marcus Raichle对只通过大脑解剖学特点区分人的成功与否印象深刻。成功的人确实存在明显的个性特征。但是Raichle说,这种联系存在的必然性仍然需要进一步确认,对具体个人,更难以用神经联系来预测是否成功。 本论文共同作者华盛顿大学心理学家Deanna Barch说,一旦这种联系的内在机制被弄清楚,科学家有可能找到优化大脑联系的方法。 麻省总医院神经科学家Van Wedeen说这个发现给将来的研究指明了方向,例如一个消极的人最近几周曾经吸大麻。Wedeen说这一发现也佐证了美国药物依赖研究所上周启动的研究项目,该研究将连续10年随访1万名青少年,以确定吸大麻对大脑的影响。 Wedeen对研究中发现的现象很有兴趣,该研究发现,人的普通智力intelligence和神经联系不十分密切,但是认知cognition能力和神经联系更密切。例如手眼协调能力很好的人,与神经联系的相关性不如语言记忆力好的人强。这说明科学家对人的智力生物学基础的理解仍然比较肤浅,人的智力可能受到人因和行为因素的影响比想象的大。该研究可能会让我们对智力测验有一个重新认识。 相关研究可能会不断发表,哈佛大学老年研究项目对284名年龄在65-90岁的老年人大脑神经联系进行了研究,年初发表了研究数据。Smith教授正在英国开展人类发育大脑神经联系项目,该研究对1200名新生儿大脑进行扫描。他希望下个月就发表该研究数据。人类大脑研究计划正在对受试者的基因数据进行分析,这些受试者中包含许多同卵和异卵双胞胎,这对于区分影响大脑神经联系模式的遗传因素和环境因素非常关键。
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