序列工作記憶在獼猴前額葉表征的幾何結(jié)構(gòu)

中國(guó)科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心（神經(jīng)科學(xué)研究所）、中國(guó)科學(xué)院靈長(zhǎng)類神經(jīng)生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室王立平研究組、上海腦科學(xué)與類腦研究中心閔斌副研究員和北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院唐世明課題組合作，揭示序列工作記憶在獼猴大腦中表征的幾何結(jié)構(gòu)。相關(guān)成果發(fā)表于《科學(xué)》（

Science

）。人類大腦無時(shí)無刻不在處理序列信息，不論是語(yǔ)言溝通、動(dòng)作實(shí)施還是情景記憶，本質(zhì)上都涉及對(duì)時(shí)序信息的表征。另外，序列的執(zhí)行需要一定的時(shí)間，大腦需要在應(yīng)用時(shí)序信息之前記住整個(gè)序列。這一研究發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元以群體編碼的形式表征了序列中的每一個(gè)空間位置，并在這些表征中發(fā)現(xiàn)了類似的環(huán)狀幾何結(jié)構(gòu)。

序列記憶在神經(jīng)高維向量空間的表征[圖片來源于中國(guó)科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心（神經(jīng)科學(xué)研究所）網(wǎng)站］

獼猴空間序列記憶任務(wù)[圖片來源于中國(guó)科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心（神經(jīng)科學(xué)研究所）網(wǎng)站］

基于鐵電隧道結(jié)的類腦突觸原型器件研究

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理學(xué)院李曉光、殷月偉等人在高性能類腦突觸原型器件方面取得進(jìn)展。相關(guān)成果發(fā)表于《自然·通訊》（

Nature Communication

）。目前，運(yùn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算的硬件系統(tǒng)依然基于傳統(tǒng)硅基運(yùn)算器與存儲(chǔ)器，能效遠(yuǎn)低于人腦。研制具有神經(jīng)形態(tài)模擬功能的類腦器件，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)硬件系統(tǒng)的核心器件“電子突觸”，是進(jìn)一步推進(jìn)人工智能發(fā)展的重要途徑之一。為執(zhí)行復(fù)雜的人工智能任務(wù)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)硬件系統(tǒng)對(duì)電子突觸器件提出了諸多苛刻要求。研究基于對(duì)鐵電疇形態(tài)和翻轉(zhuǎn)動(dòng)力學(xué)的設(shè)計(jì)，在鐵電量子隧道結(jié)中實(shí)現(xiàn)了亞納秒電脈沖下電導(dǎo)態(tài)可非易失連續(xù)調(diào)控的類腦突觸器件，可用于構(gòu)建人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)類腦計(jì)算系統(tǒng)。

視覺注意的神經(jīng)血氧耦合機(jī)制

北京師范大學(xué)認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)與學(xué)習(xí)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室宋艷課題組利用腦電圖（EEG）和功能性近紅外光譜技術(shù)（fNIRS）聯(lián)合記錄及融合分析，繪制了高空間分辨率和高時(shí)間分辨率的注意的激活響應(yīng)模式，揭示了注意背后有趣的神經(jīng)血氧耦合機(jī)制。相關(guān)成果發(fā)表于《大腦皮層》（

Cerebral Cortex

）。我們每天都要對(duì)空間中不同位置的信息進(jìn)行選擇。由于短時(shí)間內(nèi)大腦可獲得的總能量是有限的，大腦如果要對(duì)更多的空間信息進(jìn)行篩選，就需要對(duì)注意資源進(jìn)行快速高效的分配。這個(gè)過程不僅伴隨著對(duì)信息進(jìn)行有效的表征編碼，也伴隨著根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)或先驗(yàn)信息進(jìn)行靈活的注意分配。研究為注意在目標(biāo)強(qiáng)化和干擾抑制機(jī)制的分離提供了來自神經(jīng)血氧耦合方面新的證據(jù)。

客體的可操作性調(diào)節(jié)大小錯(cuò)覺加工的機(jī)制

中國(guó)科學(xué)院心理研究所腦與認(rèn)知科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室蔣毅研究組采用腦功能成像技術(shù)開展了一項(xiàng)實(shí)證研究。相關(guān)成果發(fā)表于《皮質(zhì)》（

Cortex

）。與控制條件相比，錯(cuò)覺條件顯著激活了枕葉區(qū)域以及雙側(cè)頂上小葉（SPL）。以SPL、外側(cè)枕葉皮層（LOC）和初級(jí)視皮層作為感興趣區(qū)域進(jìn)行的動(dòng)態(tài)因果模型結(jié)果表明，在左側(cè)腦區(qū)，客體的可操作性對(duì)大小錯(cuò)覺加工的調(diào)節(jié)效應(yīng)表現(xiàn)為視覺識(shí)別系統(tǒng)（VI）內(nèi)自相關(guān)的增強(qiáng)，SPL內(nèi)自相關(guān)的減弱，以及LOC與SPL之間雙向連接的增強(qiáng)。并且LOC到SPL的連接強(qiáng)度與行為水平上的調(diào)節(jié)效應(yīng)具有顯著的正相關(guān)，但是在控制條件下以及在右半球均沒有發(fā)現(xiàn)類似的結(jié)果。

基于統(tǒng)計(jì)改正卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的GNSS-R信息融合海面風(fēng)速反演方法

武漢大學(xué)衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)研究中心、人工智能研究院郭文飛、郭遲等人與合作者在人工智能、導(dǎo)航及遙感交叉領(lǐng)域取得新突破。相關(guān)成果發(fā)表于《環(huán)境遙感》（

Remote sensing of Environment

）。研究提出了一種將人工智能、衛(wèi)星導(dǎo)航與遙感相融合的技術(shù)思路，設(shè)計(jì)了一種基于累計(jì)分布函數(shù)改正的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。這一模型利用一個(gè)端到端的人工智能網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)提取DDM中的有效特征，并融合有效波高等輔助信息得到初步的風(fēng)速反演結(jié)果。研究發(fā)揮了深度學(xué)習(xí)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，可以有效融合任何影響海面風(fēng)速反演的參數(shù)，從而建立一個(gè)完備且魯棒性強(qiáng)的風(fēng)速反演模型，反演風(fēng)速不隨時(shí)間漂移。

基于累計(jì)分布函數(shù)改正的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型（圖片來源于武漢大學(xué)新聞網(wǎng)）

反演風(fēng)速的時(shí)空性能（圖片來源于武漢大學(xué)新聞網(wǎng)）

紋狀體多巴胺D1受體陽(yáng)性神經(jīng)元促進(jìn)小鼠覺醒

上海醫(yī)學(xué)院黃志力課題組發(fā)現(xiàn)背側(cè)紋狀體多巴胺D1受體（Dopamine D1 receptor，D1R）陽(yáng)性神經(jīng)元參與覺醒的啟動(dòng)和維持。相關(guān)成果發(fā)表于《當(dāng)代生物學(xué)》（

Current Biology

）。研究利用光遺傳學(xué)、化學(xué)遺傳學(xué)、光纖鈣信號(hào)測(cè)定神經(jīng)元活性和腦電/肌電記錄等方法研究了背側(cè)紋狀體D1R神經(jīng)元調(diào)控睡眠覺醒的作用及神經(jīng)環(huán)路。結(jié)果發(fā)現(xiàn)光遺傳學(xué)激活背側(cè)紋狀體D1R神經(jīng)元誘導(dǎo)小鼠從非快眼動(dòng) (Non-rapid Eye Movement，NREM) 睡眠到覺醒的快速轉(zhuǎn)變，而抑制紋狀體D1R神經(jīng)元活性，顯著減少小鼠覺醒時(shí)長(zhǎng)。研究結(jié)果表明，紋狀體D1R神經(jīng)元整合上游信號(hào)，通過下游核團(tuán)（蒼白球和黑質(zhì)）調(diào)控小鼠覺醒。

單細(xì)胞微納生物探測(cè)研究

中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所微納米自動(dòng)化課題組利用微納操作機(jī)器人在單細(xì)胞力學(xué)特性探測(cè)方面取得新成果。相關(guān)成果發(fā)表于《生物化學(xué)與生物物理進(jìn)展》。細(xì)胞力學(xué)特性與細(xì)胞生理病理變化過程及機(jī)體健康狀態(tài)密切相關(guān)，研究單個(gè)細(xì)胞的力學(xué)特性及其對(duì)外源刺激的響應(yīng)規(guī)律對(duì)于揭示生命活動(dòng)內(nèi)在機(jī)制具有重要科學(xué)意義。針對(duì)單細(xì)胞精準(zhǔn)藥物激勵(lì)和力學(xué)特性同步檢測(cè)難題，將原子力顯微鏡（AFM）技術(shù)和玻璃微針技術(shù)結(jié)合，提出了可對(duì)單個(gè)細(xì)胞進(jìn)行超微量藥物遞送及力學(xué)特性同步測(cè)量的方法。在此基礎(chǔ)上分析了化療藥物分子對(duì)單個(gè)細(xì)胞力學(xué)特性的實(shí)時(shí)影響。研究結(jié)果為細(xì)胞-藥物之間相互作用的精準(zhǔn)定量原位動(dòng)態(tài)分析提供了新思路。

大腦網(wǎng)絡(luò)動(dòng)力學(xué)分析研究進(jìn)展

上海交通大學(xué)自然科學(xué)研究院和數(shù)學(xué)科學(xué)學(xué)院的李松挺課題組利用微擾理論，揭示了大腦皮層中時(shí)間尺度層級(jí)化現(xiàn)象背后的數(shù)學(xué)機(jī)制和對(duì)應(yīng)的生物學(xué)解釋。相關(guān)成果發(fā)表于《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》（

PNAS

）。在大腦皮層中，不同腦區(qū)的神經(jīng)元對(duì)外界輸入的響應(yīng)時(shí)間尺度有著顯著差異，且響應(yīng)時(shí)程大致隨著腦區(qū)的層級(jí)增加而變長(zhǎng)。具體在視覺皮層等感知覺腦區(qū)，神經(jīng)元的反應(yīng)時(shí)間尺度較快，使其能夠快速響應(yīng)外界的輸入信號(hào)；而在前額葉皮層等高級(jí)認(rèn)知腦區(qū)，神經(jīng)元的反應(yīng)時(shí)間尺度較慢，使其能夠在積累充分的信息輸入之后再做出重要決策。研究為大腦皮層中時(shí)間尺度層級(jí)化現(xiàn)象的產(chǎn)生提供了定量的數(shù)學(xué)機(jī)制解釋，提出可在實(shí)驗(yàn)上被檢驗(yàn)的若干理論預(yù)測(cè)。