发育时机的变化是器官形状和功能进化的重要因素。这对于人脑发育尤其引人注目,与其他哺乳动物相比,在大脑皮层水平上延长了大量的延长,导致脑新脑。在这里,我们回顾了最新发现,这些发现表明线粒体和代谢有助于皮质神经元发育节奏的物种差异。线粒体显示特定物种的发育时间线和代谢活动模式,与神经元成熟的速度高度相关。增强人皮质神经元中的线粒体活性会导致其加速成熟,而其还原导致小鼠神经元的成熟率降低。与其他全球和基因特异性机制一起,线粒体因此充当神经元发育节奏的细胞沙漏,因此可能有助于人脑本体发育的物种特异性特征。
为了推断意图,脑机接口必须提取能够准确估计神经活动的特征。然而,信号质量随时间推移而下降,阻碍了使用特征工程技术恢复功能信息。通过使用植入三位人类参与者大脑皮层的电极阵列记录的神经数据,我们在此展示了卷积神经网络可用于将电信号映射到神经特征,方法是联合优化特征提取和解码,但所有电极必须使用相同的神经网络参数。在这三位参与者中,神经网络在所有指标的光标控制任务中都带来了离线和在线性能改进,优于宽带神经数据的阈值交叉率和小波分解(以及其他特征提取技术)。我们还表明,经过训练的神经网络无需修改即可用于新的数据集、大脑区域和参与者。
Belardinelli,P.,Biabani,M.,Blumberger,D.M.,Bortoletto,M.,Casarotto,S.,David,David,O.,Desideri,D.,Etkin,A.,Ferrarelli,F.,F. Kimiskidis,V。K.,Lioumis,P.,Miniussi,C.,…Ilmoniemi,R。J.(2019)。TMS中的可重复性 - 脑电图研究:呼吁数据共享,标准程序和有效的实验控制。大脑刺激,12,787 - 790。Burns,E.,Chipchase,L。S.,&Schabrun,S.M。(2016)。 响应急性肌肉疼痛的主要感觉和运动皮层功能:系统评价和荟萃分析。 欧洲痛苦杂志,20,1203 - 1213。https://doi.org/10.1002/ejp.859Buzsáki,G。,&Draguhn,&Draguhn,A。 (2004)。 皮质网中的神经元振荡。 Science(1979),304,1926 - 1929。https://doi.org/10.1126/science.1099745 Casali,A.G.,Casarotto,S.,Rosanova,M.,Mariotti,M。,M。和Massimini,M。(2010)。 一般指数以表征大脑皮层对TMS的电反应。 Neuroimage,49,1459 - 1468。 Casarotto,S.,Fecchio,M.,Rosanova,M.,Varone,G.,D'Ambrosio,S.,Sarasso,S.,Pigorini,A.,Russo,S.,Comanducci,A. RT-TEP工具:TMS- 的实时可视化Burns,E.,Chipchase,L。S.,&Schabrun,S.M。(2016)。响应急性肌肉疼痛的主要感觉和运动皮层功能:系统评价和荟萃分析。欧洲痛苦杂志,20,1203 - 1213。https://doi.org/10.1002/ejp.859Buzsáki,G。,&Draguhn,&Draguhn,A。(2004)。皮质网中的神经元振荡。Science(1979),304,1926 - 1929。https://doi.org/10.1126/science.1099745 Casali,A.G.,Casarotto,S.,Rosanova,M.,Mariotti,M。,M。和Massimini,M。(2010)。一般指数以表征大脑皮层对TMS的电反应。Neuroimage,49,1459 - 1468。Casarotto,S.,Fecchio,M.,Rosanova,M.,Varone,G.,D'Ambrosio,S.,Sarasso,S.,Pigorini,A.,Russo,S.,Comanducci,A.RT-TEP工具:TMS-
介绍哺乳动物神经系统的解剖学和生理学。讲座将涵盖人类大脑主要分支、主要感觉和运动系统以及高级功能的神经解剖学。实验室/讨论部分将强调阅读主要文献和动手解剖。必备条件:NEURODPT/NTP 610 或研究生/专业地位课程名称:级别 - 高级 L&S 学分 - 计入 L&S 研究生 50% 的文科和理科学分 - 计入 50% 的研究生课程要求可重复获得学分:否上次授课:2025 年春季学习成果:1. 描述哺乳动物神经系统的组织和结构,包括脊髓、脑干、丘脑、大脑皮层、小脑、基底神经节、边缘系统及其在系统层面上的互连受众:研究生和本科生
许多技术预测者预测,至少要到 2045 年,业界才能生产出可以与人脑相媲美的人工智能 (AI) 技术,以人脑突触数量或 AI 参数来衡量。请注意,我们这里不是在谈论终结者式的 AI,或“通用 AI”。我们谈论的是可以处理单个但复杂任务的 AI,例如自然语言处理。人类大脑皮层平均有大约 800 亿到 1000 亿个神经元和 120 万亿个突触。为了论证的目的,我们假设 AI 模型中的参数大致等于突触。有史以来训练的最大的 AI 是来自 OpenAI.org 的 GPT3 自然语言模型,有 1750 亿个参数,大约是大脑大小的 1/1000。因此,120 万亿是巨大的,大约是当今最先进技术的 1000 倍。
现代人类的大脑已经发展出了显着的计算能力,从而启用了更高的认知功能。这些能力与大脑皮层的大小和连通性的增加紧密相关,这被认为是由于皮质发育机制的进化变化而产生的。进化基因组学,发育生物学和神经科学方面的收敛进步最近使基因组变化成为了皮质发育的人类特异性修饰符。这些修饰符会影响皮质发生的大多数方面,从皮质神经发生的时间和复杂性到突触发生和皮质回路的组装。皮质生成的人类特异性遗传修饰剂的突变已经开始与神经发育疾病有关,提供了其生理相关性的证据,并暗示了人脑的演变与特定疾病的敏感性之间的潜在关系。
与更注重解码大脑皮层的传统脑机接口不同,深度脑机接口可实现外部机器与深层脑结构之间的交互。它们感知和调节深层脑神经活动,旨在恢复功能、控制设备并改善治疗效果。在本文中,我们概述了多种可用作深度脑机接口的深层脑记录和刺激技术。我们重点介绍了两种广泛使用的接口技术,即深层脑刺激和立体定向脑电图,以了解技术趋势、临床应用和脑连接研究。我们讨论了开发闭环深度脑机接口的潜力,以及实现更有效、更适用的神经和精神疾病治疗系统。
引言阿尔茨海默氏病(AD)是一种慢性进行性神经退行性疾病,其特征是记忆力下降,人格变化,脑萎缩和突触功能障碍[1]。流行病学证据表明,目前约有5740万人受痴呆症的影响,预计到2050年,这个数字将超过1.528亿,使其成为全球主要的健康负担之一[2]。β-淀粉样蛋白(Aβ)斑块和神经原纤维缠结(NFT)的聚集是AD的众所周知的关键病理标志[3]。β-淀粉样蛋白在大脑中的积累被认为是AD病理机理的主要触发因素。然而,尚未完全了解大脑皮层(颞叶)中β形成的发病机理。在这种情况下,目前的综述旨在确定淀粉样plaques形成蛋白质(Aβ)的病理机理,及其与其他可能加剧疾病状况的生物学标记的相互作用。
人类大脑包含多个区域,这些区域具有不同的、通常高度专业化的功能,从识别面部到理解语言,再到思考他人的想法。然而,大脑皮层为何会表现出如此高度的功能专业化仍不清楚。在这里,我们使用人工神经网络来考虑面部感知的情况,以检验以下假设:大脑中面部识别的功能分离反映了对面部和其他视觉类别的视觉识别这一更广泛问题的计算优化。我们发现,经过物体识别训练的网络在面部识别方面表现不佳,反之亦然,并且针对这两项任务进行优化的网络会自发地将自己分离为面部和物体的独立系统。然后,我们展示了其他视觉类别不同程度的功能分离,揭示了优化(没有内置的任务特定归纳偏差)导致机器功能专业化的普遍趋势,我们推测,大脑也是如此。