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未来十年人类大脑将可复制,研制“通灵”读脑仪

2010-03-22
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未来十年人类大脑将可复制,研制“通灵”读脑仪

研究:汶川地震使部分幸存者大脑功能失常,七步骤了解你的大脑,详解大脑构造与功能,科学家发现大脑对记忆进行编码的关键蛋白质,日本最新研究称大脑可塑性时间超过原先估计,科学家预言:未来十年人类大脑将可进行复制,科学家称2018年前制造出具有独立意识的大脑,科学家研制“通灵”读脑仪 读取大脑思考内容

科学家研制“通灵”读脑仪 读取大脑思考内容


2010年03月15日腾讯科技编译/悠悠
[导读]科学家最新研制出一种基于计算机程序的读脑仪器,能够识别测试者当前大脑思考内容,准确率达到45%。
腾讯科技讯(编译/悠悠)据英国每日邮报报道,日前,英国科学家最新研制出一套“通灵”读脑仪器,这种基于计算机程序的仪器能够读取人类大脑正在考虑的事情。

英国科学家最新研制的“通灵”读脑仪能够45%正确率获取测试者大脑思考内容

在对志愿者的测试中,该读脑仪器通过扫描大脑可获得和解释大脑的记忆信息。计算机能够以较高的成功率显示测试者正在思考的3个事情片断。英国伦敦大学学院研究小组成员埃莉诺-马圭尔(Eleanor Maguire)称,这项研究工作意味着我们可以接近人类大脑所思考的内容。

测试中研究人员让志愿者连续地观看每段长7秒的3个女性生活事务视频片断,比如:收发邮件。之后,这套读脑仪器开始扫描志愿者的大脑,志愿者被问讯目前他们对于刚才观看的3个视频片断中正在回想哪一个。

  志愿者的大脑对每段视频产生的反应不一致,仪器扫描之后研究人员将志愿者表述所思考的片断和仪器扫描显示结果进行了对比,结果表明这种读脑仪器的成功率达到45%。目前,这项最新研究发表在近日出版的《当代生物学》杂志上。

马圭尔教授说:“在我们之前的实验中,我们主要关注于测试者的基本记忆,以及测试者的所在位置。我们对于事件记忆十分感兴趣,其中包括我们在什么地方、我们正在做什么以及我们的感觉如何等复杂的日常记忆。”

该研究负责人马汀-查德威克(Martin Chadwick)说:“这暗示着我们的记忆以十分规律的形式进行记录。”

这项由韦尔康姆信托基金投资的研究项目聚焦研究大脑的海马体,这是人体大脑一个非常小的区域,对于记忆、导航和想像具有重要作用。这项研究有助于研制不会出错的说谎测试仪。譬如:在2002年汤姆-克鲁斯(Tom Cruise)主演的《少数报告》中,一种读脑仪器可以使警察在犯罪分子未犯罪前就进行逮捕。

  同时,这项研究显示阿尔茨海默症、中风和其他病症都出现记忆缺失。马圭尔教授之前的一项研究对比分析了伦敦出租车司机和公交车司机,结果显示出租车司机大脑的海马体要比后者大一些,这暗示着出租车司机的大脑发育较大,比较适合于处理复杂的伦敦街道地形。

科学家称2018年前制造出具有独立意识的大脑


2010年01月07日腾讯科技编译

桑综合理工学院电脑工程师亨利-马克拉姆(Henry Markram)教授在牛津科技大会中宣称,自己带领的研究小组将于2018年之前开发出第一个人造具有意识和智力的人造大脑。

上世纪70年代科幻电影《弗兰肯斯坦》中科学家制造一个具有人类真实意识的“机器”

亨利-马克拉姆声称,研究小组将于2018年之前开发出具有意识和智力的人造大脑

瑞士洛桑综合理工学院电脑工程师亨利-马克拉姆(Henry Markram)

目前,马克拉姆正在日内瓦湖畔建造人造大脑,这位才华横溢的瑞士科学家的目标很明确,他将带领研究小组使用硅、金和铜等金属制成人造大脑。依据他的设计思路,如果能够在未来十年内成功地设计出人造大脑,装备人造大脑的机器人将赋予全新的生命——它们可以思考,具有触觉和思维能力,甚至还能够像人类一样坠入爱河!如果这项研究得以成功实现,马克拉姆的“蓝脑”计划将成为科学史上一大里程碑!

今年47岁的马克拉姆出生于南非,现持有以色列国籍,如果他成功,那么一个古老的科学幻想将濒临实现——在著名小说家玛丽-谢莉的早期作品《弗兰肯斯坦》中,一位科学家成功地让一个人造怪物具有人类的意识。十分巧合的是,当年谢莉的创作地点距离马克拉姆的实验室仅有几公里之遥。同时,这项研究的成功将使人类重新认识哲学、道理和伦理的定义,或许将迫使人们重新思考什么是真正的人类?

马克拉姆认为他创造的人造大脑会让活体解剖不再成为新鲜事物,甚至可以征服精神世界,直接地改善提高人类的智力和能力。他的“蓝脑计划”是计划建造计算机版的大脑,最初先利用老鼠做实验,之后再应用于人体大脑。马克拉姆希望赋予人造大脑全新的功能,能够像真实人类一样可以表达丰富的表情,能够思考、推理、表达意愿、记忆事物,甚至能够表达出喜欢、生气、悲伤、痛苦和开心。他充满信心地说:“我们研究小组将在2018年之前完成这项设计,我们需要大量的钱,我目前已获得一批资金,目前世界上很少有科学家能够像我这样支配这么多的研究资金。”据悉,数千万欧元的资金进入他在瑞士洛桑市综合理工学院脑智研究所的实验室,投资方包括:瑞士政府、欧盟组织、IBM等公司机构。人类大脑是宇宙中最复杂的物体,但是马克拉姆相信最新的计算机实验将很快挖掘这一宝藏。

记者采访进入马克拉姆的实验室,他们发现这并不是一个普通的科学项目,马克拉姆的实验室十分复杂,看上去就像科幻电影情节中“企业号”星舰飞船内摆放的物体。目前,摆在科学家眼前严峻的问题是:如果在计算机内建造人体大脑?而数十年以来科学家都试图建造电子大脑,却最终无法实现。为了更好地理解“蓝脑”的重要性,首先就是要理解什么是有用的,什么是没有用的。

马克拉姆并不是在建造诸多科幻电影中的金属机器人奴仆,之前所谓的真正机器人或许能够行走和谈话,它们的“语言举止”将十分相似人类,但它们的智力却不及一台洗碗机。他在这项设计中不再考虑之前的机器人设计,只是认为那些是“过时的玩具”而已,他希望建造一个“真实人类”,或者至少具备真人最复杂和最重要的一部分——思维能力。

在这项实验中,马克拉姆并不是试着复制人类的大脑,简单地实现下象棋、爬楼梯等,而是寻求像人体生物大脑一样的功能。人体大脑充满着神经细胞,它们彼此通常非常小的电脉冲进行“通讯”。

“蓝脑”计划是使用非常复杂的解剖技术将人脑的神经细胞逐个分离,分析这些神经细胞数十所的连接方式,然后将这些连接方式输入计算机之中。这样的设计结果就是大脑的蓝图,只不过是通过软件而不是通过血与肉来呈现。马克拉姆的设计构思是建造一个真实的人造大脑,并赋予其真实人类的思维举止。为了证实演示这项技术是如何实现的,马克拉姆建造了一个机器模型,这个机器是一个直径61厘米的轮子状结构,12个非常微小的玻璃“辐条”朝向中心位置。他使用比人体头发还纤细的工具将老鼠大脑切成小薄片,然后将它们互相连接起来,绘制并转换成为计算机代码。到目前为止,马克拉姆的超级计算机——“IBM蓝色基因”,能够收集使用真实大脑组织切片的信息,从而模拟1万个神经细胞的工作模式,这相当于一只老鼠的“神经皮层束”,神经皮层束被认为是大脑的一部分,负责控制意识思维能力。

马克拉姆称,完全复制人体的真实大脑是不可能的。即使在关键环节所创建的更有效的超级计算机——计算机化老鼠大脑(造价2亿英镑),也无法实现。我们需要1台特殊定制的10亿美元的机器,用它来当作人体的大脑。他强调称,计算机的计算能力正呈指数倍增加,因此研发适当的硬件仅是时间的问题,我相信在2020年之前将拥有足够高效能的计算机,可以处理各种数据信息,模拟人体大脑的活动。(悠悠/编译)

科学家预言:未来十年人类大脑将可进行复制


2009年09月08日0腾讯科技  悠悠/编译 
图片周刊:美国发现传说中的吸血怪兽 青面獠牙(组图)推荐阅读:罕见黑人家庭:5个孩子竟有3个患白化病(图)

瑞士神经学家称,未来十年内成功建立人类大脑功能复制模型将成为可能

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腾讯科技讯 据美国科学日报报道,日前,瑞士大脑研究所神经学家亨利-马克拉姆(Henry Markram)称,未来十年内成功建立人类大脑功能复制模型将成为可能。他说,“我坚信无论技术上还是生物学方面,这都是可行的。唯一的变数在于财政支持上,这一研究项目耗资巨大,目前尚未万事俱备。”

马克拉姆教授声称,人类大脑外在表现极为复杂,但这并是非建立复制品的障碍。他说,“毋庸置疑的讲,大脑是个极为复杂的集合体,有着数以万亿计的突触(synapses),数以十亿计的神经细胞,数以百万计的蛋白质,以及数以千计的基因。然而,在数量上,它们仍然是有限的。目前的科技水平已达到足够的高度使得我们有能力在短时间内复制大脑。”当前对这一能力的一个有力佐证便是目前我们研制的机器人在拍摄和测绘方面比人类科技人员要快成千上万倍。

建立人类大脑模型的研究中还有另外一个障碍,那就是百余年的神经科学探索与发现,导致数以百万计的资料片断和学术知识从未集中充分利用。马克拉姆教授说,“事实上,从未有人真正明白我们对大脑有了多大程度上的了解与认识。而这一模型将能够为我们提供这样一个汇总的平台,任何人都可以通过它来了解所需要的关于大脑的各种理论。而最大的挑战在于阐释大脑内的电呕J绞侨绾巫湮颐嵌韵质档娜现N颐峭ǔH衔怯醚劬粗芪У模欢率瞪希嗍颐撬吹健氖怯纱竽酝ü嗨朴谕队暗姆绞叫纬傻摹D敲矗蔽颐强次颐恰芪А氖挛锏氖焙蚴率瞪系降自诳词裁矗俊?/SPAN>

对于马克拉姆(Henry Markram)教授而言,这一研究中最为令人激动的环节,便是将他的实验团队在过去15年间所收集到的成千上万的微小的数据片段进行汇总处理并亲眼目睹大脑微电路到底是个什么样子。“在我们首次启动它的时候,它便已开始显示一些令人感兴趣的自发属性了。然而这仅仅是个开始,因为目前我们明白建造这一模型是可行的。随着研究工作的进行,我们正着手设计以前不敢想象的大脑的机密部分。事实上,大脑能够运用一些简单的规则去解决高度复杂的问题,并能逐条析取每条规则,这是很令人兴奋的。例如:简单的设计原理便能使数以十亿计的神经细胞相互连接,这一发现让我们感到非常的惊讶。我想在完成这一模型的建立之前,我们就能弄清大脑是如何设计及运作的了。”

这一神经科学研究的挑战机遇是巨大的,马克拉姆解释说,“大脑模型建立在大量超级计算机的基础上,为我们的社会提供教育和诊断方面的服务。就如在科技进步中的一场工业革命,我们将产生超出人们所能追踪、计算机所能存储的大量的数据,那么能够吸收它的模型的出现将是不可避免的。在治疗困扰20亿人口的大脑疾病方面,建立这一模型也是必要的。目前,没有一种大脑疾病是我们能够明确阐述问题出在哪一环节的,在回路、神经细胞,还是突触。每年在大脑研究方面有数百万的动物实验的需求,如果我们想要取代这一需求,人造大脑模型也是非常重要的。”

科学家发现大脑对记忆进行编码的关键蛋白质


2009年12月29日腾讯科技  嘟嘟/编译 
腾讯科技讯 据国外媒体报道,近日美国科学家宣布,已经在大脑如何对记忆进行编码方面有了重要发现,发现了一种新的关键蛋白质在进行大脑记忆的过程中具有重要的作用。
大脑神经元

据悉,这是揭示人类记忆编码进程的首次重大发现。美国加州大学科学家肯尼斯-森-科西克(Kenneth S. Kosik)和神经系统科学研究的哈里曼-奇尔(Harriman Chair)表示:这些蛋白质可以建立神经元突触,在我们学习新事物、储存记忆的时候,这些蛋白质建立和加强了大脑中的神经元突触,使得神经元突触对记忆进行编码,从而实现了大脑的记忆能力。

同时,据试验研究表明,这种新蛋白质只有在RNA启动时才会产生。科研人员表示:当诸如想法或者某类刺激的东西进入我们的大脑的时候,我们大脑中的神经突触就被激活了。此时大脑中的一种小RNA将会关闭特定RNA的表达,这就使得这种蛋白质不会随随便便的被产生,也就意味着大脑不会出现记忆错乱。

更有趣的是,当科研人员将提取到得这种关键蛋白质应用到人工培养的神经元中时,实验小鼠的神经元突触也能得到激活。这表明,如果将这种关键蛋白质利用到药物中去,就有可能制造恢复记忆的药物。

据报道,在这次研究实验中,科学家们使用的研究方法之一是从老鼠体内提取活的神经元细胞,然后通过高分辨率的显微镜对其进行观察。这样,科学家们才得以看到神经元突触以及蛋白质制造位置。(嘟嘟/编译)

日本最新研究称大脑可塑性时间超过原先估计


2010年02月01日新华网
[导读]大脑保持可塑性的时间比原先估计的要长。这一成果将修改科学界对大脑临界期的定义,而且为研究婴幼儿早教提供了重要线索。
新华网北京1月30日电(记者 钱铮)日本理化研究所的一项最新研究显示,大脑保持可塑性的时间比原先估计的要长。这一成果将修改科学界对大脑临界期的定义,而且为研究婴幼儿早教提供了重要线索。

理化研究所发表新闻公报说,20世纪60年代,科学家们提出临界期的概念。这一概念的内容是,哺乳动物的新生儿在出生后一段短暂的时间内,其未成熟的大脑能够根据生活环境发生结构性改变。

当时的实验证据是,包括人类在内的哺乳动物新生儿,如果一只眼睛被遮挡一段时间,那么即使遮挡物被移开,新生儿大脑皮质视觉区的神经细胞也不会对这只眼睛传回的视觉信号发生反应。也就是说,这只健康的眼睛弱视了。

日本科学家此次使用强大的双光子激发钙成像技术,对大脑皮质视觉区的两种神经元——抑制性神经元和兴奋性神经元分开来进行观察。结果显示,即使临界期结束,实验鼠的大脑仍然具有可塑性,而不是完全消失了。

科学家选择出生后第50天的实验鼠进行实验。这些实验鼠已经过了临界期。研究人员把3只实验鼠的右眼遮挡起来饲养,另外3只实验鼠正常饲养,7天后比较大脑皮质视觉区的抑制性神经元和兴奋性神经元对实验鼠双眼的反应情况。另外,他们选择了出生后第27天的实验鼠进行对比实验,同样是把3只实验鼠的右眼遮挡起来饲养,另外3只实验鼠正常饲养,两天后比较大脑皮质视觉区的抑制性神经元和兴奋性神经元对双眼反应情况。出生后第27天的实验鼠,大脑临界期仍未结束。

对比结果显示,在临界期内,不论抑制性神经元还是兴奋性神经元都具有可塑性。过了临界期,只有抑制性神经元保持着可塑性。

公报说,本项研究发现,即便大脑过了临界期,其视觉区中依然有部分神经细胞群保持可塑性,而大脑的其他领域或许也存在同样的现象。这一成果不仅将修改临界期概念,而且为研究婴幼儿早教、成年人教育提供了重要线索。

日本科学家的论文发表在最新一期美国《神经科学杂志》上。

七步骤了解你的大脑 详解大脑构造与功能


2009年12月31日腾讯科技嘟嘟/编译http://tech.qq.com/a/20091231/000298.htm
腾讯科技讯 如果你要了解一部机器,最好的方法是自己将它建造一次。如果你要全面了解你的大脑,就要将它拆分进行研究再制造,因为大脑的零件跟机 器一样都有着独立的功能。如果你真想知道如何制造一个人类大脑,请遵照以下7步,它将轻松法教你完成夙愿。

图1:小鼠大脑结构图

第一步:了解大脑构建模块

在你开始之前,先了解大脑构建模块。图1是小鼠大脑中的一个复杂的结构图。德国蒂宾根大学神经生物学家贝恩·德克尼尔和他的合作者用电子显微镜拍下了神经元细胞的蜘蛛网状结构,这些线状物由蛋白质组成,在神经元互相发送信号时它会不断延伸和收缩。

图1显示出了小鼠海马状突起处的神经元细胞。海马状突起是大脑的重要组成部分,负责记忆功能,人类的大脑与小鼠的大脑这部要的构造是一样的。
图2:小鼠小脑部位的的运动神经元细胞

第二步:将它们清楚分开

图1中神经元细胞长长的手臂往外延伸,几乎接及到其他神经元细胞。这些神经元细胞手臂之间距离非常近,仅有20纳米的区间,所以你在进行大脑拼凑时动作一定要稳重。

在细胞之间交叉的是突触,含有神经递质分子,负责来回传送信息。图2显示的是小鼠小脑部位的的运动神经元细胞(染绿部分)正与红色部分的神经元细胞交流信息,每个神经元细胞都有一个突触。伦敦大学的研究人员在研究神经元细胞如何传递信息时拍下了这张照片。

第三步:将它们网络化

现在,这一下变得更加复杂,因为你要如图3拼凑这些线路,这里涉及到数十亿复杂的脑细胞。图3是小鼠小脑的神经元网络图,明亮的白色斑点是小脑蒲肯野细胞(Purkinje cell),它属于一种能够协调复杂的动作的神经元细胞,细胞的树突形成外羽毛状边。细胞的树突形成羽毛状外边缘,聚集在中间的轴突直伸到小脑深处,以便传递信息。

图4:小鼠大脑皮层毛细血管图

第四步:构建血管

要往大脑里面输送血液,你要安装各种直径和长度的血管,图4为活小鼠大脑皮层毛细血管图,这里表面上的大血管先从大脑深处引发出来,然后分出很多毛细血管。研究人员为了获得此图像,往小鼠的血液里注入了荧光糖分子,使得这里充满血的血管出现了白色。美国加州大学的研究人员使用这种技术测量血管直径和跟踪血液流量。他们发现,血液流量随着局部神经元的需要而改变。

图5:星形胶细胞(Astrocytes)

第五步:构建神经胶细胞

你已经连接了所有的神经元,下一步是要构建神经胶细胞,大脑中的神经胶细胞数量是神经元细胞10倍,科学家们在近十年才认识到这些细胞的重要性。特别是一种叫做星形胶细胞(Astrocytes)的神经细胞,星形胶细胞分布于整个神经系统,它负责供应神经元所需的养分。星形胶质细胞还能通过钙离子形成自己的长途通信网络,它们像神经元一样,可以接收并释放神经传导物质。人类大脑皮层内的星形胶质细胞与其它哺乳动物相比,数量更加庞大和复杂,一些研究者认为,这可以解释人类为什么聪明的原因。

图6:神经元归位正确后,大脑显现出的外观图像

第六步:将神经元归位

图6是你把所有的神经元归位正确后,大脑显现出的外观图像,这里的视觉皮层下的不同细胞显示出鲜艳的粉红、黄、蓝的颜色,这些颜色取决于它们大脑中的深度(这些颜色是人为的)。但请不要局限于这种结构,在不断的学习和生长过程中,大脑是在不断改变的,它是一种奇妙性的适应性很强的器官。大脑不断地改造自己,储存新的记忆,掌握新的经验。麻省理工学院的研究人员在观察活小鼠的活动时拍下了这张图像 ,他们每几天就观察一次,发现这些图像是不断变化的,从而获得了神经元细胞的第一手资料。
图7:小鼠嗅球脑区图像

第七步:增加新细胞

一旦你制造的大脑运作起来,你还要不断给它增加新的神经细胞,由于老的神经细胞无法满足活动的需要,大脑会不断地创造出新的神经细胞,即使是在成年后也不例外。大脑的齿状回区(一个参与空间记忆的区域)和大脑嗅球(与学习相关的重要脑区)是产生新神经细胞的两处最活跃之地。图7为小鼠嗅球脑区图像,绿色部分为成年小鼠新长出的神经细胞。如果没有新的神经细胞补充,大脑的功能就会变弱。日本京都大学的研究人员在破坏掉小鼠的新生长出的神经细胞后发现,小鼠会丧失掉某种记忆力,例如无法走出实验中的迷宫。

图8:大脑在神经障碍下脑部的活动

结束语:

你制造的大脑能正常工作吗?如果不能,那是由于布线出现了问题,为了检修故障,请看图8,它表明,大脑远比附有整齐标签的解剖图要复杂,图像采用高角度分辨DTI成像技术拍摄。大脑的前部位位于图像的右边,成捆的纤维像电缆线一样分布,绿色部分显现出的是两眼之间的连接以及脑后部的视觉皮层的颜色。

洛杉矶加州大学的研究人员拍下了图8这张图像,以帮助他们更好了解大脑在神经障碍下脑部的活动。你也可以用这幅图像对你制造的大脑进行调试,祝你好运。(嘟嘟/编译)

研究:汶川地震使部分幸存者大脑功能失常


2009年09月02日新华网  黄堃
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新华网伦敦8月31日电(记者黄堃)中国、英国和美国的科研人员8月31日发表一份研究报告说,一些汶川地震幸存者在震后10多天里便出现大脑区域功能失常现象。研究人员认为,这提醒人们在大灾难后应对灾民迅速开展心理干预和相关治疗。

这项研究由中国四川大学华西医院、英国伦敦国王学院、美国伊利诺伊大学等机构研究人员共同完成,论文发表在最新一期的美国《国家科学院学报》上。领导这项研究的四川大学华西医院教授龚启勇对记者说:“从地震发生第13天起,我们就开始对幸存者进行脑核磁共振扫描,结果发现大脑内负责情绪、记忆功能的系统在短期内就出现了功能改变。”

研究人员利用新型功能性核磁共振技术,在震后13天到25天内对44名身体健康的地震受灾群众进行了大脑扫描,结果发现额叶边缘系统及纹状体区域的活动增强,同时这些区域中不同脑结构间的连接性却减弱。额叶边缘系统及纹状体区域是大脑中控制情绪、记忆等功能的区域,包括额叶、海马、杏仁核等多个脑结构。

龚启勇说:“这就好比一个电脑网络,不同脑结构是单个电脑,而它们间的连接是网线。现在单个电脑的运算增加,而整个网络的协调性却减弱,相关系统已出现功能变化。”

参与研究的英国伦敦国王学院安德烈亚·梅凯利博士告诉新华社记者,以前在长期确诊的精神病人中发现过这一大脑区域的功能变化,而这是首次发现这种变化可在如此短时间内发生。他说,过去的类似研究多在灾难发生数年甚至数十年后才进行,在地震发生10多天后就马上进行这种临床研究还是第一次。

“这说明一些大灾难幸存者虽然短期内看来很健康,但实际上却暗藏着发生精神疾病的风险,且一些幸存者的大脑相关区域很可能会出现结构上的变化,”梅凯利说。过去的研究曾显示,高度精神压力不仅会导致大脑出现功能变化,而且发生脑结构改变。

许多人在遭遇大灾难后会出现焦虑、抑郁等状况,症状严重者在医学上称为“创伤后应激障碍”。龚启勇说,在汶川地震幸存者中,可能会有高达20%的人患上“创伤后应激障碍”,这将严重影响他们今后的社会生活,部分人甚至因之自杀。

他和梅凯利都表示,这一研究结果说明需要在大灾难后迅速开展心理干预,特别应利用相关技术进行大脑扫描,找出那些大脑区域功能发生变化的高风险者,在发展成严重精神疾病前对其进行干预和治疗。如果干预得当,有可能使这种功能变化恢复到正常状态。
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