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尽管对于大多数科学领域来说这是艰难的一年，但神经科学的黄金时代在整个 2020 年继续加速蓬勃发展。特别是在绘制我们的大脑方面出现了多项科幻般的突破，在改善人类健康方面取得了重大进展进入老年，以及基于人工智能的神经科学新时代的黎明。让我们来看看去年 9 项顶级神经科学发现。
今年早些时候，麻省理工学院的科学家开发了一种新技术，将结构映射（大脑解剖学）与功能映射（大脑的行为方式）配对——这是第一次正确实现这一目标。此外，这是在活体小鼠身上完成的，实时在小鼠大脑区域进行映射。这段视频让我们了解到，看到大脑结构和实时活动的耦合随着向老鼠展示不同的图像而发生变化是多么令人着迷。
这项先锋技术将三次谐波发生 ( THG ) 三光子显微镜与视网膜专题图，允许通过电信号通过深层脑组织观察活动。
它还提供令人惊叹的分辨率，允许研究单个神经元及其子结构，以及细血管和髓磷脂（一种已知是大脑处理速度的关键因素的绝缘体）。
这项研究的重点是大脑的视觉中心，但同样的方法也可以用于研究其他区域。它有望成为了解健康和患病大脑状态差异以及大脑如何响应环境刺激的强大工具。
名为COSMOS双焦点显微镜取得了重大突破。他们的工作捕捉了小鼠大脑整个大脑皮层神经活动的视频。
这些信号是通过从三个不同角度拍摄大脑来记录的，然后通过计算提取信号以提供左右半球宏观活动的实时视频。在这个示例中，您可以真实地看到真实大脑正在发生的非凡电风暴。
随着大脑皮层处理复杂的高级认知功能，像决策过程这样的更神秘的行为现在可以开始以全局的方式被揭开。例如，为了理解依赖于感官知觉和运动功能的决策之间的关系（想想决定以哪种方式躲避迎面而来的汽车涉及到什么）。
研究人员还期望 COSMOS 能够成为一种低成本的方法来筛选精神科药物的效果，以便开发出功能更有效的药物。
之前的博客中所介绍的，谷歌Deep Mind人工智能程序的一项重大突破是通过模仿人类思维的新皮质柱来实现的。这导致使用一小部分计算能力大大提高了智能。结果，这个人体模型人工智能现在已经超越了世界上最好的国际象棋、围棋和电子竞技选手。
尽管尚未完全了解，但睡眠对哺乳动物和人类的大脑起着至关重要的作用，只要忍受睡眠不足，今年，洛斯阿拉莫斯国家实验室发现，人工智能系统的尖峰计算网络也会遭受某种睡眠不足的困扰，在长时间不休息的情况下会变得不稳定。然而，当进入类似于我们在睡眠期间经历的脑电波的网络状态时，最佳性能就会恢复。
这听起来可能没什么大不了的，但人工智能的进步可能会改变我们所有人的生活方式。研究结果还暗示，神经科学和人工智能领域的融合学科可能会催生超级智能计算机的新时代。
一种微型大脑装置已被用来改善运动神经元疾病引起的严重上肢瘫痪患者的生活质量。这项试验在墨尔本大学进行，将新的微型技术植入参与者的大脑中。
这种名为 Stentrode™ 的装置通过锁孔手术插入颈部，然后通过血管进入运动皮层。这种微创方法避免了开颅手术的相关风险和恢复并发症。
该植入物使用无线技术将特定的神经元活动传递到计算机中，并根据患者的意图将其转换为行动。令人惊讶的是，这款微型芯片允许患者执行点击和缩放等操作，并以 93% 的准确率书写，帮助他们做我们认为理所当然的事情，如发短信、发送电子邮件和在线购物。
虽然现在还处于早期阶段，但这种治疗的微创性质表明，微神经技术在帮助患有各种认知障碍的人们方面具有巨大潜力。
2018 年，我们报道称，科学家们学会了如何将干细胞重新编程为特定的神经元。今年，来自美国四所大学的研究人员朝着延长生命的圣杯迈出了更大的一步。通过识别调节细胞再生的基因网络，他们已经能够操纵正常细胞转变为祖细胞，祖细胞可以演变成任何细胞类型来替代垂死的细胞。
他们的概念验证是用斑马鱼的神经胶质细胞进行的，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，以恢复受损的视力。
细胞死亡或细胞凋亡在人类不可避免的自然衰老中发挥着重要作用。研究人员认为，大脑中神经元的再生过程将是相似的。如果成功，它将对阿尔茨海默氏病等疾病产生巨大影响，阿尔茨海默氏病可能导致大脑大片区域因神经元死亡而丧失。它还可能在预防大脑自然衰老的许多副作用方面发挥作用，使人在老年时能以最佳状态生活得更长久、更健康。
海德堡大学的科学家们并没有取代垂死的细胞，而是确定了与脑细胞死亡有关的关键过程，称为神经变性。细胞谷氨酸摄取的过程，通过该过程可以防止健康人的细胞死亡，但在中风等疾病状态下变得不活跃，脑细胞的氧气供应受到限制。
实际上，这会导致细胞自杀，仅仅是因为它们没有获得正确的化学信号来告诉它们保持活力。研究人员随后开发出了一类特殊的抑制剂，可以在细胞“死亡复合物”发生之前介入并使其失活。
这些抑制剂在保护神经细胞方面表现出高度有效，有望为神经退行性疾病带来一类新的治疗选择。
奥尔胡斯大学的研究人员使用先进的 PET 和 MRI 成像技术揭示帕金森病实际上是该疾病的两种不同变体。
在一种变体中，疾病始于肠道，然后通过神经连接传播到大脑。另一方面，它从大脑开始，然后进入肠道和其他器官。该视频提供了很好的概述。
虽然不是治愈性的，但这是朝着正确方向迈出的重要一步，能够识别早期发病并采取预防措施。例如，它可能会导致治疗方法阻止疾病甚至完全进入大脑，随着时间的推移，这种影响会变得越来越虚弱。肠脑轴）的另一个关键部分。
剑桥大学和伦敦帝国理工学院的科学家开发了一种新型人工智能算法，可以从地形 CT 扫描数据中检测、区分和识别不同类型的脑损伤。
CT 扫描收集大量数据，专家可能需要花费数小时进行分析，这需要包括随着时间的推移对多次扫描进行集体评估，以跟踪恢复轨迹或疾病进展。这种新的人工智能工具似乎比人类专家更擅长检测此类变化，而且速度更快、成本更低。
例如，他们的研究表明，该软件在自动量化多种类型脑部病变的进展方面非常有效，有助于预测哪些病变会变得更大。这种人工智能协助人类分析的创新应用可能是以经济有效的方式改变医疗诊断的众多应用中的第一个。
超级老年人是指在老年时认知能力远远超过同龄人，并且在 70 岁和 80 岁时仍保持年轻心智能力的人。到目前为止，人们对保持峰形的秘密知之甚少。
科隆大学医院和于利希研究中心发现了它们生物学上的一个关键差异。通过 PET 扫描，他们发现超级老年人对tau 蛋白和淀粉样蛋白的。直到最近几年，这些蛋白质已被证明很难研究。
超级老年人的 tau 蛋白和淀粉样蛋白病理水平也较低，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。现在已经确定，对 tau 蛋白和淀粉样蛋白积累的抵抗力降低是导致最佳认知状态丧失的主要生物学因素。
新的研究可以集中在这些过程上，以找到可能普遍治愈智力衰退的方法，并帮助开发治疗方法来预防已经发生的痴呆症。
我们希望您对这些神经科学亮点感兴趣。如果您热衷于更多地了解神经科学的惊人进展速度，那么还可以阅读我们有关过去三年亮点的博客。
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