http://www.sciencehuman.com 科学人 网站 2011-06-28
本报讯 据英国《每日邮报》6月17日报道,轻轻扳动一下开关就能打开或关闭记忆,这种似乎科幻小说中才会出现的情节现在变成了现实。美国科学家向老鼠体内植入一种能复制与记忆有关的神经信号的电子设备,轻轻扳动开关就能打开或关闭老鼠的记忆。科学家们认为,这种技术将是阿尔茨海默病、中风等患者的福音。
领导该实验的南加州大学科学家西奥多·伯格表示,植入该设备后,此前经过药物处理而失去记忆的老鼠重新获得了记忆能力,“轻轻关闭开关,老鼠会遗忘,打开开关,老鼠会重新想起”;另外,这些老鼠对新信息的记忆能力更强。
该团队的研究建立在科学家们最近对大脑海马体及其在学习方面所起作用的理解不断取得突破的基础上。在整个学习过程中,海马体的作用是将短期记忆变成长期记忆。伯格表示:“没有海马体,就没有长期记忆,但仍然会有短期记忆。”
在实验中,研究人员教老鼠学会一项任务——压住一个杠杆而不是另一个杆杠,任务完成后会获得奖赏。使用嵌入老鼠大脑内的电子监控探头,研究人员记录下了老鼠脑内海马体两个主要的内部分割之间大脑活动的变化。
随后,研究人员阻止了老鼠脑内这两个区域之间正常的神经交互,让其不再表现出长期的学习行为。伯格表示:“不过,老鼠仍然知道,压杠杆可以获得奖赏,但现在,它们只能记住它们是否压了左边或右边的杠杆,而且记忆持续时间仅为5到10秒钟。”
接着,科学家们研制出了相当于人造海马体系统的电子设备,其能复制海马体内两个内部分割区域之间的交互作用模式。当该电子设备激活后,被药物阻止失去了长期记忆能力的老鼠恢复了长期记忆能力。
研究人员希望进一步厘清,将这种电子设备和其他有关的电极植入拥有正常海马体的老鼠大脑内时,能否增强正常老鼠的记忆能力。
接下来,科学家们计划在灵长类动物身上重复这一实验,其最终目的是制造出能帮助阿尔茨海默病、中风或伤残患者的植入物,让其恢复功能。(刘霞)
[科技日报]
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科学家计划在分子水平上模拟人脑
本报讯(记者常丽君)据英国《每日电讯报》6月22日(北京时间)报道,最近由瑞士联邦理工学院科学家领导的一个“人脑项目”,计划到2023年左右,在分子水平上完成人脑模拟,用软件而不是血肉来支持其运行。该研究将在欧盟13个研究院的协助下进行。
人脑具有的能力是任何机器无法比拟的,其耗能只相当于一只30瓦的灯泡,却能学习、思考、预测行为结果、自我表达并理解他人的话。本次项目负责人、以色列籍南非教授亨利·马克拉姆指出,全世界有1/4的人口受到各种脑疾病的影响,而由于大脑过于复杂,导致药物研发成本居高不下。且全球约有20万名科学家在分别研究大脑的不同部分,产生了大量支离破碎的信息。
“人脑项目”的目标是要建造一个工具,把这些研究项目都转到一个和人脑一样的模型中,用真实的数据实现高度仿真模拟用以指导实验。
过去6年来,马克拉姆都在对其提出的名为“蓝脑”概念进行论证。他的研究小组2008年时造出了第一个微电路,可模拟1万个大脑皮层上的脑细胞单元。目前,“蓝脑”已能模拟约36万个神经元,这相当于小鼠脑中一个脑功能区的大小。然而要模拟人脑,还需要制造约1000亿个神经元。
虽然数字庞大,但研究小组已掌握了建造大脑的两个关键点:一是确定大脑结构的规则,这依赖于多种类型的神经元;二是神经元相互作用的功能规则,神经元通过脑电路的方式相互作用,这一规则并不随细胞数量的增加或小部分损坏而改变。这两个规则也解释了为什么人们即使每天失去1万个神经元,仍然变得越来越聪明。
另外一项发现是,每个微电路都能自发形成一个活动节奏,称为伽马震荡波。科学家认为这是整个大脑相互作用的特有特性,能产生统一的认知甚至意识。
马克拉姆说:“虽然这并不意味着微电路就是意识,但它的确能自发产生这种浮现的性质。利用‘蓝脑’模型,我们能系统地研究这些震荡波背后的机制,并进行虚拟预测实验,计算出现实中执行哪种方案最优。”
仅凭拥有自我意识和自我学习能力这两个决定性的方面,现阶段没有工具能彻底比拟神秘的人脑“机器”。但在那些超出人类肉体物理极限外的场合——譬如说计算与建模,电脑占去了上风。以至于人们兴起了窥探自己大脑的宏伟计划时,只能借电脑之力来实现。本研究的投资亦将主要花费于此——据称是台可进行十亿的平方次运算的计算机。这是什么概念?借用《新科学家》编者之语:那它也不会比你我中的任何一个更聪明。
[科技日报]