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神经科学领域的突破速度远超其他任何科学领域，近年来该领域取得了长足的进步。以下列举了22项真正令人叹为观止的神经科学研究，它们挑战了我们对自身身份或潜能的固有认知。.
今年早些时候，麻省理工学院的科学家们开发了一种 新技术 ，可以将结构映射（大脑解剖结构）与功能映射（大脑行为）结合起来——这是首次真正实现这一目标。此外，他们还在活体小鼠身上进行了这项实验，实时绘制了小鼠大脑各区域的映射图。这段视频展现了观察大脑结构与实时活动如何随着小鼠观看不同图像而变化是多么令人着迷。
这项前沿技术将三次谐波生成（THG）三光子显微镜与 视网膜拓扑映射，从而可以通过电信号观察深层脑组织的活动。
它还提供了惊人的分辨率，可以研究单个神经元及其亚结构，以及细小的血管和 髓鞘 ——一种绝缘体，已知是大脑处理速度的关键因素。
这项研究主要集中于大脑的视觉中枢，但同样的方法也可用于研究其他区域。它有望成为理解健康和患病大脑状态差异以及大脑如何对环境刺激做出反应的有力工具。.
取得了重大突破 双焦显微镜 技术 COSMOS。他们的研究捕捉到了小鼠大脑皮层整个区域的神经活动影像。
这些信号的记录方法是：从三个不同角度拍摄大脑，然后通过计算机提取信号，从而提供左右脑半球宏观活动的实时视频。这里有一个示例，您可以亲眼目睹真实大脑活动中令人惊叹的电风暴。.
随着 大脑皮层 处理复杂的高级认知功能，一些更为神秘的行为，例如决策过程，现在可以从整体上加以揭示。例如，为了理解依赖于感觉知觉和运动功能的决策之间的关系（想想决定向哪个方向躲避迎面而来的汽车涉及哪些因素）。
研究人员还希望 COSMOS 能成为一种低成本的精神药物疗效筛选方法，以便开发出功能更有效的药物。.
中提到的 之前的博客文章的一项重大突破源于对 DeepMind 人类大脑新皮层结构的模仿。这使得它仅需极少的计算能力就能实现更高的智能水平。因此，这款以人类为模型的人工智能如今已经超越了世界顶尖的国际象棋、围棋以及电子竞技选手。
尽管睡眠的机制尚未完全明了，但它对哺乳动物和人类的大脑至关重要， 睡眠不足 。今年，洛斯阿拉莫斯国家实验室发现，人工智能系统的脉冲式计算网络也会经历某种程度的“睡眠不足”，长时间不间断运行会导致系统不稳定。然而，当系统进入类似于我们睡眠时脑电波的状态时，其性能便能恢复到最佳状态。
这听起来或许不算什么大事，但人工智能的进步很可能会彻底改变我们所有人的生活方式。研究结果还表明，神经科学和人工智能领域的融合可能会催生一个超级智能计算机的新时代。.
一种 微型脑部装置 已被用于改善因运动神经元疾病导致严重上肢瘫痪患者的生活质量。这项在墨尔本大学开展的 试验 将这种新型微型技术植入参与者的大脑中。
这种名为Stentrode™的装置通过颈部微创手术插入，然后经由血管到达运动皮层。这种微创方法避免了传统开颅手术的相关风险和术后并发症。.
这种植入式设备利用无线技术将特定的神经元活动传输到计算机，计算机再根据患者的意图将其转化为相应的动作。令人惊叹的是，这枚小小的芯片让患者能够完成点击、缩放等操作，并且书写准确率高达93%，帮助他们完成我们习以为常的事情，例如发短信、收发电子邮件和网上购物。.
虽然目前还处于非常早期的阶段，但这种治疗的微创性表明，微型神经技术在帮助各种认知障碍患者方面具有巨大的潜力。.
2018年， 我们报道了 科学家们掌握了将干细胞重编程为特定神经元的方法。今年，来自美国四所不同大学的研究人员在延长寿命的终极目标上迈出了重要一步。他们通过识别调控细胞再生的基因网络，成功地 将正常细胞转化为祖细胞，这些祖细胞可以分化成任何类型的细胞来替代死亡细胞。
他们利用斑马鱼的神经胶质细胞进行了概念验证，有效地将它们转化为干细胞，然后检测并修复受损的视网膜细胞，从而恢复受损的视力。.
细胞死亡，或 称细胞凋亡，在人类不可避免的自然衰老过程中扮演着重要角色。研究人员认为，大脑神经元的再生过程与之类似。如果成功，这项技术将对阿尔茨海默病等疾病产生深远影响，因为在这些疾病中，大片大脑区域会因神经元死亡而丧失功能。此外，它还有助于预防大脑自然衰老带来的诸多副作用，使人们能够以最佳状态度过更长久、更健康的晚年生活。
海德堡大学的科学家们并没有用替代的方式解决脑细胞死亡的问题，而是发现了导致脑细胞死亡（即 神经退行性变过程 细胞对谷氨酸的摄取 如何防止健康人脑细胞死亡，但在中风等疾病状态下，由于脑细胞氧气供应受限，这一
实际上，这会导致细胞因无法接收到维持生命所需的正确化学信号而自我死亡。研究人员随后开发出一类特殊的抑制剂，可以在细胞“死亡复合物”形成之前介入并将其灭活。.
这些抑制剂在保护神经细胞方面表现出 极高的有效性 ，有望为神经退行性疾病的治疗带来新的选择。
奥胡斯大学的研究人员利用先进的PET和MRI成像技术揭示了帕金森病实际上是 该疾病的两种不同变体。
其中一种变异型疾病始于肠道，然后通过神经连接扩散到大脑。另一种变异型疾病则始于大脑，然后扩散到肠道和其他器官。这段视频对此进行了很好的概述。.
虽然它并非治愈方法，但却是朝着正确方向迈出的重要一步，有助于早期识别疾病并采取预防措施。例如，它可能有助于开发出能够完全阻止疾病侵入大脑的治疗方法，从而避免疾病在大脑中逐渐造成严重的后果。此外，它也是揭示肠道与大脑之间强大共生关系（科学上称为“ 肠脑轴”）。
剑桥大学和伦敦帝国理工学院的科学家们开发了一种 新型人工智能算法 ，该算法能够从地形 CT 扫描数据中检测、区分和识别不同类型的脑损伤。
CT扫描会收集大量数据，专家可能需要花费数小时进行分析，而且这需要对一段时间内的多次扫描结果进行综合评估，才能追踪康复轨迹或疾病进展。这款新型人工智能工具在检测此类变化方面似乎优于人类专家，而且速度更快、成本更低。.
例如，他们的研究表明，该软件能够高效地自动量化多种类型脑损伤的进展，并有助于预测哪些损伤会扩大。这种人工智能在辅助人类分析方面的创新应用，很可能只是众多变革性医疗诊断方法的开端，这些方法将以经济高效的方式改变医疗诊断的面貌。.
超级老龄化者 是指那些认知能力远超同龄老年人的人，他们即使到了七八十岁，仍然保持着年轻的思维能力。直到现在，他们保持巅峰状态的秘诀仍然鲜为人知。
科隆大学医院和于利希研究中心发现， 超级老人的生物学特性存在关键差异。他们利用正电子发射断层扫描（PET）技术发现，超级老人对 tau蛋白 和 淀粉样蛋白。近年来，这些蛋白的研究一直较为困难。
超级长寿者体内的tau蛋白和淀粉样蛋白病理水平也较低，而这反过来会导致大多数人在晚年出现各种神经退行性疾病。目前已证实，对tau蛋白和淀粉样蛋白积累的抵抗力下降是导致认知能力巅峰状态丧失的主要生物学因素。.
新的研究可以集中于这些过程，以找到可能治愈一般性认知衰退的方法，并帮助开发治疗方法来预防已经发生的痴呆症。.
加州大学旧金山分校的一个研究团队成功开发出一种利用 深部脑刺激 （DBS）进行自适应治疗的方法，该方法仅在抑郁症状出现时才进行治疗。深部脑刺激是指在大脑中植入电极，通过输送电流来改变大脑活动。
以往利用脑深部刺激（DBS）治疗抑郁症的研究效果有限，因为当时的装置只能对大脑的特定区域进行持续的电刺激。然而，抑郁症会影响大脑的多个区域，而且抑郁症的神经特征也会出现难以预测的波动。.
为了研制出类似大脑起搏器的装置，科学家们破译了一种新的神经生物标志物。这种特定的脑活动模式能够有效预测症状的出现。基于此，研究团队定制了一种新型的脑深部刺激（DBS）技术，该技术仅在识别到这种模式时才会激活。.
这种按需自动疗法令人印象深刻，因为它的功能反应是针对患者大脑和导致疾病的神经回路量身定制的。在首次试验中，这种定制的DBS方法应用于一名患有严重抑郁症的患者，并取得了巨大成功。患者的症状几乎立即得到缓解，并且长期保持良好状态。.
在新冠疫情时代，焦虑和心理健康问题日益普遍，这种方法可能为数亿人提供一种宝贵的非药物疗法。.
与光波类似，人类只能感知到周围传播的相对较小的声波频谱。通常，我们只能接收到20赫兹到20000赫兹之间的频率，超出这个范围的声波被认为是超声波。蝙蝠等动物的活动频率就在这个范围内，超声波医学扫描也正是利用这个频率范围。.
阿尔托大学的科学家们率先研发出一种利用尖端技术的新方法，并由此研制出一种设备，使 人类拥有堪比蝙蝠的听力。这不仅包括能够听到远超20000赫兹的频率，还能分辨声源的方向和距离。例如，对于生物学家来说，这项技术使他们能够追踪飞行中行踪隐秘的蝙蝠，并确定它们的位置。
它的工作原理是通过球形麦克风阵列记录超声波，该阵列可以检测超声波，并利用计算机将音调转换为可听频率。然后，它会将转换后的声波实时通过耳机播放出来。能够感知通常听不到的声音具有重要的工业应用价值，例如，可以听到并定位原本无声的气体泄漏。.
尽管神经科学是一个相对年轻且发展迅速的科学领域，但人工智能（AI）则更新、发展更快。 麻省理工学院的研究人员已经揭示了。
利用机器学习技术，他们发现人工神经网络只需几分钟就能自学嗅觉，实际上模拟了哺乳动物大脑中的嗅觉回路。这一发现意义非凡，因为所使用的算法完全不了解嗅觉在生物进化过程中所经历的数百万年历程。.
然而令人惊讶的是，人工神经网络如此精确地复制了嗅觉的生物活动，以至于揭示出大脑的嗅觉网络在数学上针对其功能进行了优化。.
这种通过独立机器学习精确模拟大脑回路自然结构的能力，或许预示着一个新时代的到来，人工智能将为我们揭示生物进化的内在奥秘。嗅觉是2021年的起点，但谁又能预知它最终会走向何方呢……
加州大学旧金山分校的研究人员为瘫痪患者开发了 一种新型的言语神经假体， 这种假体可以帮助他们恢复说话能力。该方法已成功应用于一名脑干严重受损、导致全身瘫痪的患者身上。
令人惊奇的是，它的工作原理是通过检测控制声带的与言语相关的大脑信号。当我们说话时，声带需要复杂的运动指令才能发出我们在对话中使用的各种声音。即使无法移动，这些信号仍然可以从大脑发出。.
科学家利用癫痫患者的脑电活动记录，开发出一种实时解码发声肌肉指令并将其转化为词语的方法。通过这些神经模式，他们能够可靠地识别出患者在思考时发出的50个常用词语。.
患者只需佩戴高密度电极阵列来捕捉和记录神经活动，该阵列记录来自言语运动皮层的信号。这使得每分钟最多可以翻译18个单词，准确率达到93%。对患者而言，优势在于他只需表现得像真的在说话一样，就能用这50个词汇表达数百个不同的句子。.
尽管这项突破似乎仅限于瘫痪患者，但我们每晚做梦时都会经历一次瘫痪（除非我们梦游）。如果这项技术发展到一定程度，例如，它或许能够帮助我们在睡眠中翻译自己的想法！
微型大脑，技术上称为“脑类器官”，可由 诱导多能干细胞。这些干细胞可取自人体的皮肤或血液，并具有分化成任何类型细胞的潜力。其优势在于，通常难以获取的细胞结构，原则上可以被培养和分离出来用于研究。这对于大脑研究尤为重要，然而，以往的微型大脑功能结构有限。
今年， 加州大学洛杉矶分校的科学家们取得了突破性进展，他们通过培育类器官聚集体，构建出复杂的三维脑结构，极大地提升了脑结构的复杂性。研究人员从雷特综合征（一种伴有癫痫发作的疾病）患者身上提取干细胞，并成功培育出功能活动与人脑部分区域相似的微型大脑。这意味着他们能够安全有效地观察到类似于癫痫发作的电活动模式。
这项研究首次表明，大脑功能的某些方面可以在实验室中被分离出来，并细化到单个活细胞的层面进行研究。其关键优势在于，这些微型大脑可以被培养，从而模拟正常和病变大脑的某些功能，并可用于测试药物和疗法，且对人类或动物无害。.
人脑的规模非常庞大，因此在可研究的大脑结构的复杂性方面仍然存在明显的局限性，但显然，这个新兴的神经科学领域具有科幻般的潜力。.
近几十年来，随着计算能力的指数级增长，微芯片的尺寸每年都在不断缩小。 布朗大学专注于技术的神经科学家们 如今开发出一种无线计算机，其体积之小，肉眼几乎无法察觉。这种被命名为“神经颗粒”（neurograins）的装置——因为它们的大小与一粒盐差不多——旨在追踪和监测大脑活动。
这些超微型计算机能够记录附近神经元的电活动，并以无线方式传输数据。其目标是开发一种新型脑机接口（BCI）系统，该系统利用微型传感器网络协同追踪大脑活动的关键特征，并将信息发送到附近的中央控制器。.
在一项概念验证实验中，研究人员部署了一个网络，成功记录了啮齿动物的神经活动，其精度远超以往任何技术。这种以前所未有的细节记录脑信号的方法仍处于早期阶段，但这项技术突破有望在无需任何体力劳动的情况下，将脑电波转化为有用的现实世界行为。.
今年，一种新型 微电极阵列 被用于通过视觉假体创造一种人工视觉。犹他大学约翰·A·莫兰眼科中心的科学家们制造了这种装置，用于记录和刺激视觉皮层内的神经元活动。
该装置植入眼内，通过内置小型摄像头的眼镜接收视觉信息，数据由专用软件进行处理。随后，该装置激活视网膜神经元，产生光幻觉，如同接收到光点一般。进而，大脑能够感知线条和形状的基本图像。.
该方法已在一名完全失明的患者身上进行了试验，结果表明其有效，且手术或神经刺激均未引起任何并发症。在首次试验中，仅使用了单个阵列。然而，下一步的目标是使用7到10个阵列，以提供更清晰的图像，从而使盲人能够真正地通过视觉感知世界。.
西北大学的研究人员利用一类新型的“舞蹈分子”修复严重脊髓损伤的组织，并 成功逆转了瘫痪症状。这种分子的“舞蹈”之处在于，通过操控其运动，使其能够灵活地进入通常难以到达的细胞受体，从而激活受体，启动神经组织的修复过程。
这些看似神奇的分子通过引发级联信号发挥作用，触发轴突再生，并通过促进多种新细胞类型的生成来帮助神经元在损伤后存活。这反过来又支持受损血管的再生，而血管的再生对于细胞修复至关重要。.
在小鼠身上进行的试验表明，只需单次注射这种分子疗法，瘫痪的小鼠就能在不到四周的时间内恢复行走能力。更令人欣喜的是，12周后（远在康复完成后），这些物质会生物降解为细胞所需的营养物质，且没有任何副作用，最终自然地从体内清除。.
几十年来，心理物理学家一直利用虚拟现实（VR）技术来研究我们如何感知感觉信息。今年，瑞士最古老的大学——巴塞尔大学的研究人员开发了 一款虚拟现实应用程序，用于治疗恐高症。
这款名为 Easyheights的智能手机兼容软件利用真实场景的 360° 全景图像提供暴露疗法。用户佩戴 VR 头显后，站在一个初始高度为 1 米的平台上，平台高度会随着用户逐渐适应每个高度而逐步升高。其原理是在不增加恐惧感的前提下，逐步增加用户对高度的感官刺激。
一项临床试验证实了这种沉浸式疗法的有效性，能够显著降低患者在真实情境下的恐高症症状。患者只需在家进行四个小时的训练即可获益。这项发现表明，将神经科学知识与现代科技相结合，能够以便捷有效的方式显著改善人们的生活质量。.
就在我们说话的此刻，马克斯·普朗克 进化人类学研究所 自下而上的未来生物技术 CRISPR的，制造出扁豆大小的 微型大脑， 包含由干细胞培育而成的活神经元簇，能够进行真实的脑活动。
尽管这些骨骼碎片太小，不足以涉及任何复杂的行为，例如交流，但预计它们将揭示尼安德特人可能存在的脑部基本活动差异。通过这种方式，遗传学为神经科学提供了一种历史望远镜，使其能够窥探古代大脑的运作机制。而这一切都源于保存在骨骼碎片中数万年的DNA。.
如果你以为这只是培养皿里几个细胞那么简单……那就大错特错了。德国研究人员计划将尼安德特人的迷你大脑连接到机器人上，以观察其行为表现。如果成功，这比科幻电影的情节还要雄心勃勃，未来几年将会发生什么，简直令人难以置信——尼安德特人机器人女佣，有人想要吗？！
神经科学家面临的最大挑战之一是研究活体大脑极其困难。即使是刚刚死亡的大脑，神经元也会在死后数小时内迅速分解，彻底瓦解。为了应对这一挑战，耶鲁大学一群充满热情的神经科学家研发了一种名为 BrainEx。这套高科技支持系统旨在像头发和指甲在死后继续生长一样，维持脑细胞的活性。
为了验证这项技术，研究人员使用 BrainEx 恢复了死亡四小时的猪脑的突触活动和血液循环。研究人员将猪脑取出，并使用一种专有的保护剂、稳定剂和造影剂混合物，通过人工血液供应使其复苏。这一过程发生在细胞和分子功能开始遭到破坏之前。下图展示了正常情况下死亡 10 小时后逐渐瓦解的猪脑（左图）与复苏后的猪脑中健康细胞（右图）之间的对比。.
接下来就是“僵尸”的部分了。虽然神经元仍然存活并活跃着，但大脑回路中却没有任何更高层次的功能活动——既活着又死了。这种从弗兰肯斯坦式的虚构到非虚构的转变，展现了神经科学如何将重大的伦理问题从哲学层面转化为实践层面。.
这项生物技术并非仅限于僵尸猪，理论上它适用于任何哺乳动物的大脑……包括人类！这项突破性进展极有可能极大地增进我们对自身大脑运作方式的理解。与此同时，它也令人不安地接近于让死者复生。.
更令人振奋的是，2019年还见证了一种能够将大脑活动转化为合成语音的计算机系统的研发。它的工作原理是通过分析电生理活动，解码与说话相关的肌肉运动，进而解读神经冲动。 实验 的 加州大学旧金山分校 表明，如果语速较慢，原型系统能够成功地通过肌肉神经信号解读语言。
研究人员希望将这项生物技术提升到 自然语速，大约每分钟150个单词。即便如此，考虑到它仅仅测量的是脑信号，目前的成果也已经相当惊人了。以下视频演示了如何将说话者体感皮层的脑活动模式解码为声道运动，并将其解读为语言。
许多科学家此前都曾尝试解决这个问题，但都失败了。这些研究人员另辟蹊径，创建了用于模拟声道的人工智能模型。实际上，人工智能通过学习语音实验数据库中的数据，训练其神经网络，使其能够从声带运动中解码语言。这些进展对于在计算机程序中模拟人类生物学以用于研究目的而言，可能是重要的一步。.
从医学角度来看，许多患有咽喉疾病或神经系统疾病（例如中风或瘫痪）的患者会完全丧失说话能力。这项神经技术与智能手机相结合，可以让失语者只需想着说话，就能在日常生活中实时地正常交流。.
然而，由于模拟语音只需要读取大脑一小部分区域的活动，而且语音可以发送到几乎任何电脑，那么理论上任何人都可以凭借智能手机和耳机与任何人进行无声且隐蔽的交流。由于该系统可以双向通信，它代表了一种名副其实的人类心灵感应神经技术解决方案。其可能性无穷无尽。.
欢迎来到当今快节奏环境下的研究与战略服务部门。.
本文以证据为基础，探讨填字游戏和数独等活动是否能有效改善大脑健康，阐明这些活动支持哪些方面，不支持哪些方面，以及为什么人们常常误解这些活动的好处。.
NeuroTracker 是研究最广泛的认知训练系统之一，被全球精英运动员、军人和人体机能训练领域广泛应用。该系统基于20年的神经科学研究成果。.
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