2020年神经科学的9大突破

尽管对大多数科学领域而言，2020年都是充满挑战的一年，但神经科学的黄金时代却在2020年持续蓬勃发展，且速度不断加快。尤其是在绘制大脑图谱方面，涌现出多项堪比科幻小说的突破性进展；在改善人类老年健康方面也取得了重大突破；此外，基于人工智能的神经科学新时代也已拉开帷幕。让我们一起来看看过去一年中九项最重要的神经科学发现。

1. 实时3D脑功能映射

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。.

2. 观察大脑中的决策过程

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。.

3. 人工智能大脑的睡眠突破

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。.

4. 微型植入物使瘫痪患者能够控制电脑

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。.

5. 神经科学家将普通神经元转化为可再生神经元

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。