近年来,脑机接口 (BMI) 发展迅速,但仍面临准确性和稳定性等关键问题。理想情况下,BMI 系统应是一种可植入的神经假体,与大脑紧密连接并集成。然而,大脑和机器的异质性阻碍了两者之间的深度融合。神经形态计算模型模仿了生物神经系统的结构和机制,为开发高性能神经假体提供了一种有前途的方法。神经形态模型的生物学合理性使大脑和机器之间能够以离散脉冲的形式进行同质信息表示和计算,促进了深度脑机融合,为高性能和长期可用的 BMI 系统带来了新的突破。此外,神经形态模型可以以超低能耗计算,因此适用于可植入大脑的神经假体设备。神经形态计算和 BMI 的交叉具有巨大的潜力,可以引领可靠、低功耗的可植入 BMI 设备的开发,并推动 BMI 的开发和应用。
神经元是由单个轴突和多个树突组成的高度极化细胞。轴突 - 树突极性对于正确的组织形成和脑功能至关重要。细胞内蛋白转运在神经元极性的建立中起重要作用。但是,极化运输的调节机制尚不清楚。在这里,我们表明Rab6是一种针对细胞内囊泡传统调节的小GTPase,在神经元极化和脑发育中起着关键作用。中枢神经系统特异性RAB6A/B双敲除(RAB6 DKO)两性的小鼠均表现出新皮质和小脑的严重发育不良。在Rab6 DKO新皮层中,神经元的轴突延伸受损会导致中间区发育不全。在体外,从性别中培养的神经元中Rab6a和Rab6b的缺失会导致与高尔基体相邻的突触囊泡前体(SVP)的异常积累,从而导致轴突延伸中的缺陷和Axon -Axon -dendrite Polarity的丧失。此外,Rab6 DKO会导致神经元中溶酶体的显着膨胀。总体而言,我们的结果表明,RAB6介导的SVP的极化转运对于神经元极化和随后的脑形成至关重要。
脑源性外泌体是由中枢神经系统的各种细胞类型(例如神经元、小胶质细胞、少突胶质细胞和星形胶质细胞)分泌的细胞外囊泡 (EV)。这些外泌体携带来自母细胞的核酸、蛋白质和脂质,可在细胞间通讯、疾病发展和进展中发挥关键作用。外泌体提供了来源细胞或组织健康或疾病状态的“指纹”,并且可以穿过“血脑屏障”,使其成为诊断和治疗目的的有希望的候选药物。脑源性外泌体的潜在应用包括作为神经精神疾病、神经退行性疾病和脑癌的诊断工具和无细胞疗法。
目的刺激初级躯体感觉皮层 (S1) 已成功在人类和动物身上唤起人工躯体感觉,但对于产生稳健躯体感觉感知所需的最佳刺激参数仍知之甚少。在本研究中,作者研究了频率作为闭环脑机接口 (BCI) 系统中人工躯体感觉的可调刺激参数。方法三名癫痫患者的 S1 手部区域上装有硬膜下微型皮层电图网格,要求他们比较不同刺激频率引起的感知。幅度、脉冲宽度和持续时间在所有试验中保持不变。在每次试验中,受试者体验 2 次刺激,并报告他们认为哪个刺激频率较高。我们使用了两种范例:首先,比较50 Hz 和 100 Hz 以确定比较频率的效用,然后伪随机比较 2、5、10、20、50 或 100 Hz。结果随着刺激频率的幅度增加,受试者描述的感觉“更强烈”或“更快”。总体而言,参与者在比较 50 Hz 和 100 Hz 的刺激时达到了 98.0% 的准确率。在第二种范例中,相应的总体准确率是 73.3%。如果两个测试频率都小于或等于 10 Hz,准确率是 41.7%,当一个频率大于 10 Hz 时,准确率上升到 79.4%(p = 0.01)。当两个刺激频率均为 20 Hz 或更低时,准确率是 40.7%,而当一个频率大于 20 Hz 时,准确率是 91.7%(p < 0.001)。在 50 Hz 为较高刺激频率的试验中,准确率为 85%。因此,检测的下限出现在 20 Hz,当测试较低频率时,准确率显著下降。在测试 10 Hz 和 20 Hz 的试验中,准确率为 16.7%,而测试 20 Hz 和 50 Hz 的试验中准确率为 85.7% (p < 0.05)。当频率差异大于或等于 30 Hz 时,准确率高于偶然性。结论大于 20 Hz 的频率可用作可调参数以引起可区分的感知。这些发现可能有助于告知未来 BCI 系统的设置和可实现的自由度。
文学回顾过去的思维(2015年前)Crick [5]断言,科学家在所谓的计算机时代的早期以不同的方式使用了机器和大脑。一种意见是使计算机尽可能聪明。该地区后来被称为人工智能(AI,John Carthy,计算机科学家,1956年)。看来,那些专注于探索大脑互连规则的人做出了最重要的贡献。一种“神经元代数” [6-8]。尽管产生了感官处理的层次视图的电子版本,但在1950年代末,当Boden确定计算机程序实际上可以建模相当复杂的感觉过程,并且该程序的功能可能会随着时间的推移而改变。当前对物体的澄清是该开发工作的直接结果。一个重大突破。看来,后来的模型可以更好地解释了人脑的工作原理,包括真实机制的启示。尽管在人工场景分析等领域的计算机面部识别和发展方面取得了巨大进展,但被称为机器视觉的领域仍需要更多地赶上人们头脑中发生的情况。
脑对脑接口 (BBI) 是一种通过神经成像和神经调节技术的组合促进两个大脑之间直接信息传输的系统。这些系统可以根据另一个用户的神经信号刺激一个用户的大脑。虽然脑机接口经常在人机交互 (HCI) 游戏和游戏社区中讨论,但 BBI 尚未得到充分探索。在本文中,我们通过提出三种类型的“心灵感应游戏体验”来研究 BBI 系统的社交游戏潜力,这些体验基于我们在之前的研究中设计、设计和评估的可穿戴 BBI 系统“PsiNet”。该系统通过脑电图 (EEG) 作为系统输入来测量玩家的神经活动,并使用经颅电刺激 (tES) 作为系统输出来刺激其他用户的相关大脑活动。我们希望这项工作能够激励游戏设计研究人员使用 BBI 系统等神经技术创造新颖的游戏体验。
[3] LIBOWITZ MR,WEI K,TRAN T,et al.Regional brain volumes relate to Alzheimer's disease cerebrospinal fluid biomarkers and neuropsychometry:A cross-sectional,observational study[J].PLoS One,2021,16(7):e0254332.[4] 王含春 , 汪群芳 , 罗长国 , 等 .磁共振薄层扫描结合人工智能脑结构分割技术分析海马体积辅 助诊断脑小血管病认知功能障碍 [J].全科医学临床与教育 ,2024,22(3):208-211.[5] 姜华 , 宛丰 , 吕衍文 , 等 .2 型糖尿病伴认知功能障碍患者基于体素的脑形态学 MRI 研究 [J].中 国 CT 和 MRI 杂志 ,2018,16(4):22-25.[6] 景赟杭 , 郭瑞 , 常轲 , 等 .2 型糖尿病性认知功能障碍脑结构 MRI 成像研究进展 [J].延安大学学 报(医学科学版) ,2024,22(1):88-91,107.[7] 郭浩 , 和荣丽 .磁共振成像对老年性痴呆患者海马解剖结构的评估价值研究 [J].磁共振成 像 ,2022,13(8):75-79.[8] 罗财妹 , 李梦春 , 秦若梦 , 等 .阿尔茨海默病谱系患者的海马亚区体积损害特征 [J].中风与神经 疾病杂志 ,2019,36(12):1097-1101.[9] 冯伦伦 , 金蓉 , 曹城浩 , 等 .阿尔茨海默病患者认知功能减退的海马亚区结构改变分析 [J].临床 放射学杂志 ,2022,41(10):1819-1824.[10] WEI Y,HUANG N,LIU Y,et al.Hippocampal and Amygdalar Morpho logical Abnormalities in Alzheimer,s Disease Based on Three Chinese MRI Datasets[J].Curr Alzheimer Res,2020,17:1221-1231 . [11] ESTEVEZ S S,JIMENEZ H A,ADNI G.Comparative analy sis of methods of volume adjustment in hippocampal volumetry for the diagnosis of Alzheimer disease[J].Neuroradiol,2020;47(2):161-5.[12] 曾利川 , 王林 , 廖华强 , 等 .结构与功能磁共振成像在轻度认知障碍及阿尔茨海默病中的应 用 [J].中国老年学杂志 ,2021,41(13):2902-2907.[13] KODAM P,SAI S R,PRADHAN S S,et al.Integrated multi-omics analysis of Alzheimer's disease shows molecular signatures associated with disease progression and potential therapeutic targets[J].Sci Rep,2023,13(1):3695.[14] 黄建 , 王志 .复杂网络分析技术在阿尔兹海默症患者脑结构和功能影像中的应用进展 [J].中 国医学物理学杂志 ,2024,41(8):1053-1055.[15] JELLINGER K A.The pathobiological basis of depression in Parkinson disease:challenges and outlooks[J].J Neural Transm(Vienna),2022,129(12):1397-1418.[16] BANWINKLER M,THEIS H,PRANGE S,et al.Imaging the limbic system in Parkinson's disease-A review of limbic pathology and clinical symptoms[J].Brain Sci,2022,12(9):1248.[17] 程秀 , 张鹏飞 , 王俊 , 等 .小脑结构与功能磁共振成像在帕金森病中的研究进展 [J].磁共振成 像 ,2022,13(4):146-149.[18] CUI X,LI L,YU L,et al.Gray Matter Atrophy in Parkinson's Disease and the Parkinsonian Variant of Multiple System Atrophy:A Combined ROI-and Voxel-Based Morphometric Study[J].Clinics(Sao Paulo),2020,75:e1505.[19] LOPEZ A M,TRUJILLO P,HERNANDEZ A B,et al.Structural Correlates of the Sensorimotor Cerebellum in Parkinson's Disease and Essential Tremor[J].Mov Disord,2020,35(7):1181-1188.[20] 鲍奕清 , 王二磊 , 邹楠 , 等 .帕金森病伴疲劳患者的大脑功能与结构磁共振成像研究 [J].临床 放射学杂志 ,2024,43(8):1265-1270.[21] 邹楠 , 王二磊 , 张金茹 , 等 .帕金森病伴疼痛患者大脑皮层厚度改变的结构 MRI 研究 [J].磁共 振成像 ,2024,15(5):13-18,23.[22] 屈明睿 , 高冰冰 , 苗延巍 .帕金森病伴抑郁在脑边缘系统结构及功能改变的 MRI 研究进展 [J].磁共振成像 ,2023,14(12): 127-131.
• 儿童障碍性疾病( Childhood Disorder ) :了解自 闭 症( Autism )、注意缺陷多 动 障碍 ( Attention Deficit Hyperactivity Disorder )、唐氏 综 合症( Down Syndrome )、 阅读 障碍 ( Dyslexia )等疾病的症状、成因、治 疗 • 上 瘾 ( Addiction ) : 了解上 瘾 的生理机制; * 导 致上 瘾 的常 见药 品及其引 发 的症状和治 疗 方式, 包括酒精( Alcohol )、尼古丁( Nicotine )、大麻( Marijuana )、 鸦 片( Opiates )、 兴奋剂 ( Psychostimulants )等;探索行 为上瘾(如网络游戏等)的成因及防治方式 • 退行性疾病( Degenerative Disease) :了解阿 兹 海默症( Alzheimer's Disease )、肌萎 缩侧 索硬化 症( Amyotrophic Lateral Sclerosis, ALS )、亨廷 顿综合症( Huntington's Disease )、帕金森症 ( Parkinson's Disease )的症状、成因和治 疗 • 精神疾病( Psychiatry ):了解焦 虑 症( Anxiety Disorders )、妥瑞氏 综 合症( Tourette Syndrome )、抑郁症( Depression )、躁郁症 ( Bipolar Disease )、精神分裂症 ( Schizophrenia )的症状、成因和治 疗 • 脑损伤( Illness and Injury ): 了解 疼痛 ( Pain )、 癫痫 ( Epilepsy )、中 风 ( Stroke )、 * 脑 瘤 ( Brain Tumors )、 * 多 发 性硬化( Multiple Sclerosis )、 * 神 经创伤 ( Neurological Trauma )的症 状、成因和治 疗 方式 • 脑疾病相关的公共医学:探索如何宣传普及脑疾病预防知识、推动社会对脑疾病患者的关注等 四、 脑研究及技术等
中国空间技术研究院 (中国) 643 26,135 30 空客 (欧洲) 611 13,954 67 波音 (美国) 430 14,624 88 Energiya (俄罗斯) 430 7,401 37 三菱电机 279 89,137 20 IHI 201 13,657 28 泰雷兹 (欧洲) 153 6,495 54 三菱重工 131 27,823 16 霍尼韦尔 (美国) 117 19,431 7 雷神 (美国) 105 5,383 3 斯奈克玛 (欧洲) 102 4,363 6 太空系统/劳拉 (美国) 58 168 12 Viasat (美国) 1 685 0 蓝色起源 (美国) 12 19 1 SpaceX(美国) 1 10 9 Rocket Lab(美国) 5 5 0 北京零度空间科技公司(中国) 2 24 0 Mojave Aerospace Ventures(美国) 2 2 0 PLD space(西班牙) 0 0 0 Reaction Engines(英国) 6 13 4 Relativity Space(美国) 0 2 0 Skyrora(英国) 0 0 0 Oneweb(美国) 11 29 0 Blacksky(美国) 0 0 0 Capella Space(美国) 0 0 0 Hawkeye360(美国) 0 6 0 Iceye(芬兰) 0 1 0 OHB System(德国) 1 8 20 Planet(美国) 5 27 2 Spire Global(美国) 6 22 0 ispace(日本) 7 13 1 Planetary Resources(美国) 4 4 1 Astroscale 12 12 0 D-Orbit (意大利) 4 4 0 NASA (美国) 91 1,924 959 日本宇宙航空研究开发机构 119 500 473 国防科技大学 (中国) 69 6,274 280 哈尔滨工业大学 (中国) 338 25,237 274 加州理工学院 (美国) 19 2,648 314 韩国航空宇宙研究院 (韩国) 436 2,739 72
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