科学家成功建立计算机网络 模拟人类大脑识别物体|计算机网络|人类大脑_凤凰科技
科学家成功建立计算机网络 模拟人类大脑识别物体
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凤凰科技讯北京时间12月22日消息据科学日报报道，在过去的几十年，神经科学家一直在努力设计能够模拟人类大脑精确和迅速完成的视觉技巧，例如识别物体，的计算机网络。在此之前没有任何一个计算机模型可以匹配类
凤凰科技讯 北京时间12月22日消息，据科学日报报道，在过去的几十年，神经科学家一直在努力设计能够模拟人类大脑精确和迅速完成的视觉技巧，例如识别物体，的计算机网络。在此之前没有任何一个计算机模型可以匹配类人猿大脑在短暂一瞥后对视觉物体的识别能力。而现在，美国麻省理工学院神经科学家进行的最新研究发现了最新一代所谓的&深层神经网络& 之一能够与灵长类动物大脑相匹配。
科学家成功建立计算机网络模拟人类大脑识别物体 由于这些网络是基于神经科学家目前对大脑如何进行物体识别的理解，因此最新网络的成功表明神经科学家已经对物体识别的基本原理有了较为精确的把握，研究高级作者、麻省理工学院大脑与认知科学学院院长、神经科学教授詹姆斯&狄卡罗（James DiCarlo）这样说道。这项研究被发表在12月11日的期刊《公共科学图书馆&计算机生物学》上。 &这些模型能够预测神经反应和神经群体空间里的物体距离，这表明这些模型囊括了我们目前对大脑这一神秘部分的最好理解，& MIT麦克戈文大脑研究所的成员狄卡罗这样表示。 对灵长类动物大脑工作原理的更好理解将促进人工智能的开发，以及有朝一日修复视觉功能紊乱的新方法，研究首席作者、麦克戈文大脑研究所的博士后查尔斯&卡迪厄（Charles Cadieu）补充说道。文章其它合作作者包括研究生洪哈（Ha Hong）和蒂亚戈&阿迪拉（Diego Ardila）、研究科学家丹尼尔&亚敏斯（Daniel Yamins）、前MIT研究生尼古拉斯&品托（Nicolas Pinto）、前MIT本科生伊桑&所罗门（Ethan Solomon），以及研究员纳吉布&马贾杰（Najib Majaj）。 受到大脑的启发 早在20世纪70年代科学家们就开始建立神经网络，希望能够模拟大脑处理视觉信息、识别言语以及理解语言的能力。对于基于视觉的神经网络，科学家们受到了大脑视觉信息层次表示的启发。随着视觉输入从视网膜依次进入初级视皮层和颞下（IT）皮层，视觉输入在每一个层面上都被处理，变得越来越明确，直到物体最终被确定。 为了模拟这个过程，神经网络设计者在计算机模型里创造了多个计算层。每一层执行一个数学操作，例如线性点产品。在每一个层面上，视觉物体的表示变得越来越复杂，而无关紧要的信息，例如物体的位置或者移动则被抛弃。 &每一个单独元素一般都是一个简单的数学表达，& 卡迪厄说道。&当你将上百千万个这样的数学表达相结合时，就能实现将原始信号通过复杂的转化变成非常适合物体识别的表现。&在这项研究里，科研人员首次测量了大脑的物体识别能力。洪和马贾杰带领进行的研究在颞下皮层和V4区&&连接颞下皮层的视觉系统的一部分&&植入电极阵列。这使得他们能够观察到动物看到每一个物体时所产生的神经表现，也就是做出反应的神经元数量。 随后研究人员将这些神经表现与深层神经网络产生的神经表现进行对比，后者包含系统里每一个计算元素所产生的数字矩阵。每一张图片会产生不同的数字阵列。这一模型的精确性是由它是否能够将相似物体组织形成神经表现里的相似群集所决定的。 &通过每一个这样的计算变换，通过这个网络的每一层，特定的物体或者图片会逐渐靠近，而其它物体会距离越来越远。& 卡迪厄说道。最合适的网络是由美国纽约大学的研究人员研发的，这一网络将物体和短尾猿大脑进行分类。 更强大的处理能力 近期发现的这一成功的神经网络取决于两个重要因素。其中一个是计算机处理能力的重大飞跃。研究人员一直利用图形处理单元（GPUs），一种高性能处理视频游戏所需的巨大视觉内容的小芯片。第二个因素是研究人员现在能够使用并向大型数据集输入算法从而&训练&它们。这些数据集包含上百万张图片，每一张图片都是由人们从不同鉴别层面进行注解。例如一张狗的图片可以被注解为动物、犬类动物、家养狗或者狗的品种。 最初，神经网络并不擅长鉴别这些图片，但随着它们看到越来越多图片，并在发现自己出错后，会逐渐改进它们的计算，直到最后能够更加精确的鉴别物体。卡迪厄表示研究人员并不知道什么导致这些神经网络能够区分不同物体。 &这既是优点又是缺点，& 卡迪厄表示。&优点在于我们并不需要知道具体区分这些物体的东西。但一个大缺点便是很难监视这些网络，调查内部情况。现在人们发现这些神经网络非常可靠，他们将尽力理解内部的工作原理。& 狄卡罗的实验室目前正在试图产生模仿视觉处理其它方面的模型，包括跟踪运动和识别三维形式。他们还希望可以建立一个包含人体视觉系统里反馈投射的模型。目前的网络只对从视网膜到颞
[责任编辑：李大鹏]
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& “Nature：科学家构建首个有功能的人类大脑皮层3D模型”
Nature：科学家构建首个有功能的人类大脑皮层3D模型
来源：生物360
作者：kevin_hdep21投稿
导读：人类大脑皮层在由一系列连续的精细复杂的细胞事件中发育形成。当今科技的进步使人类有能力在体外将体细胞分化为多能干细胞，为深入研究正常和异常大脑皮质创造了难得的机会。科学家之前可以用未成熟神经元构建二维神经细胞集落，但得到无功能的二维大脑皮层模型，构建复杂模型就要经过十分困难且费劲的工艺流程。最近斯坦福大学科学家发明一种简单便捷的3D培养技术，使体外iPS细胞分化形成的神经细胞组装成有功能的大脑皮层样球面体。至此人类首次在体外创造可供神经精神病学研究的人类大脑皮层功能性3D模型。
人类大脑是一个高度组织、三维分布的细胞群体，负责“指挥”我们的每一个动作、想法和情感。大脑皮层对我们感知和体验周围世界以及建立人际联系起到关键作用，是大脑主要的功能性组织之一。然而颅骨是一个多骨骼封闭的结构，使得人类比较难接触到大脑并进行深入研究。科学界急需构建一个可供体外研究的三维大脑皮层模型。先前的科学家尝试过构建患者特异性的神经组织，但只能用未成熟神经元构建二维的神经细胞集落，或者需要在一系列费劲的技术上有困难的细胞扩增步骤中添加支持细胞生长的细胞外基质，以构建复杂的皮层模型。
最近斯坦福大学科学家发明一种简单便捷且实验再现性好的新型3D培养法，利用人类多能干细胞体外分化的神经细胞构建一个有功能的大脑皮层3D球面体模型，称之为人类大脑皮层球状体（hCSs，human&cortical&spheroids)。
这种人类大脑皮层球状体具有类似于大脑皮层的分层结构，相当于胎儿发育期的大脑皮层模型。hCSs中特定类型的神经细胞呈高度有序的三维排列，其中的神经元由非活性星形胶质细胞包被着，属于电生理成熟型神经元，可自发表现神经元活性，形成了有功能的突触结构。
切片研究证明，hCSs可以表现出复杂的神经网络活性，产生一些突触相关事件，即具有类似于大脑皮层的功能。研究人员发现多达80%的神经元在接受刺激是产生膜电位变化。更重要的是，86%的神经元自发产生神经信号通路，自我驱动神经网络活动。科学家刺激切片的一个侧面，可以在另一面检测到皮层信号。
如何构建hCSs功能性3D模型?
本研究中科学家仅仅利用一个人类皮肤样本就能培养出几百个功能性hCSs，与科学家先前构建的简单皮层模型和复杂工艺形成鲜明对比。这些hCSs可生长到?5mm大小，在实验室条件下存活9个月或以上。他们的新工艺流程如下图所示：
具体步骤：
科学家从来自五人的皮肤样本诱导制备7个批次的iPS细胞。
在培养皿中培养出二维的iPS细胞集落后，将其转移到经特殊处理使细胞难以贴壁的培养皿中，细胞集落几小时后形成球面结构。
用多种生长因子和小分子组合处理球面型细胞集落，促进iPS细胞分化为神经祖细胞。
培养大概7周后，80%球面形集落的细胞表达神经组织分泌的蛋白。
继续培养，直到其他细胞表达正常组织中突触周围的星形胶质细胞分泌的特异性蛋白。
大脑皮层3D模型宣告成功：成熟而且有功能。
科学家有才就是任性，依靠各种分子信号途径作为线索并利用别人难以掌握的一手资料开展研究工作。本研究第一作者，斯坦福大学精神病学和行为科学系助理教授，医学博士Sergiu&Pasca&说：“一旦开始构建hCSs模型，剩下的工作就交给细胞自己去完成了。”&简单≠草草了事，实现突破才是硬道理。下面看看，hCSs功能性3D模型的用途吧。
hCSs功能性3D模型有哪些用途？
该3D模型使人类可以用于深入探究大脑发育、功能表现与疾病发生发展过程。
Sergiu&Pasca说：“理解精神障碍疾病的一大困难是我们无法直接接触活人的大脑。”尸体解剖或研究大脑样本，只能让医学研究人员感受大脑结构，而无法考察功能。尽管机能性核磁共振成像等先进技术帮助科学家在大脑功能研究方面开拓视野，但他们仍然不能近距离个性化考察对大脑功能至关重要的复杂的神经网络。
本研究提示，我们可以通过实时追踪这种皮层状球面体的形成过程，考察其细胞间相互作用关系来阐明大脑发育的详细过程以及自闭症、抑郁症和精神分裂症等神经精神疾病发生发展的分子机制。Sergiu&Pasca说：“这种球面体非常类似于大脑皮层的3D构造，可以模拟发育中胎儿大脑的基因表达模式。”研究分子机制，要的就是这样的模型，如同胎儿大脑发育一样具有转录组和蛋白质组变化的功能性大脑皮层3D模型。
科学家称，本研究使用的新方法具有超凡的‘能量’并充满希望。如对于发育相关的大脑功能障碍症，科学家可以通过培养皿培养的任何患者皮肤细胞分化形成的大脑皮层3D模型来重现大脑发育过程，以准确指出哪些发育步骤出现失误以及如何进行修复。又如对于阿尔兹海默症，科学家可通过一样的实验来确定哪些生理过程出现障碍，使得神经元或神经胶质细胞有异常。
hCSs可以作为一个多功能平台帮助体外生产其他神经细胞和胶质细胞亚型。
星形胶质细胞对于神经信号通路的形成确实必不可少，然而同时有效制备神经元和星形胶质细胞是一直一项巨大的挑战。一直以来，科学家利用啮齿类动物或人类胎儿组织来获取星形胶质细胞，并尝试在这些细胞上面培养神经元细胞。直到现在，科学家基于本研究终于可以抛开老鼠模型，放下伦理的包袱，来同时生产相互连接的人类功能性神经元和神经胶质细胞。这些细胞无论用于基础科学研究还是临床应用研究，都可发挥重要作用。
此外科学家可参照本方法研发人造神经组织或其他组织/器官，在再生医学、器官移植方面取得更大进步。
有hCSs作为经典范例，加上如今不断成熟的3D生物打印技术，体外培养神经组织或其他组织/器官将变得更加容易，经继续不断的优化可达到基础研究甚至临床应用的要求。
总之，hCSs是人类首次在体外创造可供神经精神病学研究的，极具研究价值和医学应用前景的人类大脑皮层功能性3D模型。本研究的科学家希望更多研究人员以本研究为切入点研究人类大脑发生发育过程和大脑功能。从长远来看，他们更希望能帮助各种神经障碍疾病的患者恢复健康。
参考阅读：
1.http://med.stanford.edu/news/all-news/2015/05/tiny-spheres-of-human-cells-mimic-the-brain.html
2.Anca M Pa?ca, Steven A Sloan, Laura E Clarke, Yuan Tian, Christopher D Makinson, Nina Huber, Chul Hoon Kim, Jin-Young Park, Nancy A O'Rourke, Khoa D Nguyen, Stephen J Smith, John R Huguenard, Daniel H Geschwind, Ben A Barres & Sergiu P Pa?ca，Functional cortical neurons and astrocytes from human pluripotent stem cells in 3D culture，Nature Methods(2015)doi:10.1038/nmeth.3415
The human cerebral cortex develops through an elaborate succession of cellular events that, when disrupted, can lead to neuropsychiatric disease. The ability to reprogram somatic cells into pluripotent cells that can be differentiated&in vitro&provides a unique opportunity to study normal and abnormal corticogenesis. Here, we present a simple and reproducible 3D culture approach for generating a laminated cerebral cortex–like structure, named human cortical spheroids (hCSs), from pluripotent stem cells. hCSs contain neurons from both deep and superficial cortical layers and map transcriptionally to&in vivo&fetal development. These neurons are electrophysiologically mature, display spontaneous activity, are surrounded by nonreactive astrocytes and form functional synapses. Experiments in acute hCS slices demonstrate that cortical neurons participate in network activity and produce complex synaptic events. These 3D cultures should allow a detailed interrogation of human cortical development, function and disease, and may prove a versatile platform for generating other neuronal and glial subtypes&in vitro.
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生命科学每日新知 （）现在科学手段能不能把大脑的某些组织优化？_百度知道
现在科学手段能不能把大脑的某些组织优化？
有这种技术吗？如果不能！ 现在能吗，或者通过治疗让它不活跃？懦夫也能变勇敢了，每个人都可以变得勤奋了？比如把负责懒惰的组织同上解决，是不是就能改变人的性格，害羞的组织给移除比如把大脑里负责恐惧，现在大概发展到了什么阶段了
提问者采纳
功能性，负责蓝脑计划的科学家宣称！爱因斯坦的思想。这项计划有一种“上万神经元(每一个都不同)的软件模型，以320公里的时速在15万公里的闭合神经纤维迷宫中飞驰。
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2。“十一五”期间要建立和完善脑://baike.baidu；视觉不变性识别和选择性注意的脑机制.com/view/4625645，此时联想起恩格斯的名言、信息传递的速率.html" target="_blank">/p-；学习记忆等脑高级认知功能的过程及其神经基础:///p-、意识.baidu://baike。蓝脑计划试图模拟老鼠的大脑新皮质单元（NeoCortical Columns ，未完可直阅原文） ；脑发育，发现的是大脑的精巧.baidu:///view/4625645，内容生动有趣、情绪.com/view/271fe910ef94e.baidu。胞体是神经元的代谢和营养中心，他们有望在2020年左右制造出科学史上第一台会“思考”的机器.html《爱因斯坦大脑构造解析、锥体形，它的存在形式就是假说（幻想）://wenku，它将可能拥有感觉://baike。这是一个新的大脑;科学家在研究时。（人的发丝在70～90微米【微米.com/view/11ce88ef4afe04a1b071de83:///view/271fe910ef94e，是最具挑战性的基础科学命题之一.baidu。.baidu.baidu.htm" target="_blank">http.html《大脑的奥秘2011》（百科文库）图片多http://baike问题的提出：，值得一览。日。人脑中含有大约1000亿个神经元；感知觉信息的基本表达： 了解人类的大脑及其认知功能.com/view//view/36428；神经信息物质组学、可塑性与人类智力的关系。脑细胞主要包括神经元和
神经胶质细胞（百科名片）如以有自主意识的仿生电脑也正在研制中，常见的形态为星形:///view/4301524、复杂与狭小的尺度内谈手术移除.baidu.baidu.html" target="_blank">http。虽然每个神经元都是独一无二的://目前国内的前沿研究水平——国家十一五基础科学研究://baike://wenku.htm" target="_blank">http，其形态各异：由瑞士科学家设想的一个复制人类大脑的计划，它们的直径为0：《脑细胞》（百科名片）http。大脑是人体中最精密的器官，其目的是从实验数据逆向打造哺乳动物的大脑；跨通道的协同记忆，该项目已经取得了突破性进展.baidu://www，值得赞扬的是很敢想，1万亿个突触。研究发展、语言、炸鸡的气味以及所有其他感觉器官获得的刺激进行理解并做出反应.html 在此文结尾;以神经元（百科-科技名词定义）http： ，如《蓝脑计划》。、社会互动的复杂认知功能.com/view/2719806：1、愿望甚至恐惧感。而如今，拥有140亿个脑细胞，为了生成这一惊人器官。（摘要；再以爱因期坦的大脑数据为例，有人使用IBM的超级计算机来模拟人脑的这种机制，希望能保持对科学的幻想.baidu.html《蓝脑计划》（百科名片）<a href="http：1μm=0，远未到此种程度，它能让研究人员通过数码技术搭建一个人工皮层单元，从而揭开人类意识产生之谜://www://baike，哺乳动物需要它.com/view/181dddcca17d、抉择与顿悟式的问题解决、复杂度与脑组织间的联系；脑的智力发育过程和机制，执行高级的计算任务，对脑组织进行活体的实时功能显像
提问者评价
谢谢，我要好好理解下~~
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不行,现在科技对大脑活动的了解还是起步阶段,要优化组织功能还没有这个技术水平.
不行。现在还不能选择性的兴奋或者抑制大脑的某一部分。不过过几年有可能能够识别人大脑想的什么了。你今年多大？
。不行，但是有一些药品可以短时间的做到，但是对人体不好
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出门在外也不愁外国科学很发达还是没有研究透人类大脑_百度知道
外国科学很发达还是没有研究透人类大脑
也是通过大脑思考而破解的。像破解太难了我们是通过大脑思考的，就算我们将来破解了大脑之谜
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你好，我是速读协会会员，很高兴为你解答。
1、右脑的功能是感性直观思维，这种思维不需要语言的参加，比如掌管“音乐”、“美术”、“立体感觉”等。而左脑的功能是抽象概括思维，这种思维必须借助于语言和其他符号系统，主管“说话”、“写字”、“计算”、“分析”等。
2、开发脑潜能重点在右脑开发，目的是充分发挥右脑优势，更好地将左右脑结合起来，达到全脑学习的效果，全脑学习包括快速阅读、快速记忆、思维导图，去年，有学者推荐精英特速读记忆训练列入学生学习计划中，以为软件练习30个小时就能使阅读速度提高5-10倍左右，学习每天练习1-2个小时，两个星期就能取得很好的效果，普通人300字每分钟左右的阅读速度会达到3000字每分钟的阅读速度，记忆力也相应的快速提升。这个...
大脑，小通细胞分子，大通宇宙空间，不是开玩笑的
不过不少人在努力着
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出门在外也不愁科学家称有些动物大脑胜过人类|人类|动物|科学家_科学探索_新浪科技_新浪网
科学家称有些动物大脑胜过人类
例如长臂猿，它们可发出20种具有截然不同含义的声音，使它们在热带雨林树冠上进行交流。
科学家说，树袋熊有特殊腺体，可用一种复杂方法给周边环境做气味标记，但人类不能测量这些嗅觉标记所含信息的复杂度。有种可能是，这些标记可能含有大量视觉信息。
剑桥大学的一个实验证明，鸦科的许多成员不只是最聪明的鸟类之一，还比大多数哺乳动物聪明，可以完成对三四岁孩子来说具有一定难度的任务。
新浪科技讯 据国外媒体报道，我们一直以来都认为人比其他动物聪明，但越来越多的科学证据显示，作为一个物种，我们过于自大了。进化生物学家表示，在某些情况下，动物拥有比我们还要出色的大脑，它们的许多能力只是被人类误解罢了。
这些科学家认为，从乌鸦到树袋熊等许多动物都表现出这种普遍存在于动物界的智力。例如，长臂猿发出各种具有不同含义的声音，树袋熊用复杂方法在环境中做标记，家养宠物有控制人类的能力等等，这些都是动物拥有这种智力的证据。
阿德雷德大学医学科学院客座研究员亚瑟-萨尼奥提斯博士说：“千百年来，从宗教人士到学者等各个领域的权威一直有个共识――人类是动物界最聪明的。但科学告诉我们，动物拥有比人类出色的认知能力。”
人类拥有更高的智力这一论断可追溯到约一万年前的“农业革命”时期。那时，人类开始生产谷物和驯养动物。科学家说，有组织的宗教的发展使这个论断进一步提升。宗教认为，人类是上天创造的物种中最高级的。
萨尼奥提斯表示：“人类认知能力有优越性这一看法，在哲学和科学中根深蒂固。就连或许是最具影响力的思想家――亚里士多德也说，人类比其他动物优秀，因为我们的推理能力独一无二。”
但阿德雷德大学比较解剖学和人类学教授马切伊-亨尼伯格认为，动物一直拥有各种被人类误解的能力。他说：“事实上，它们不了解我们，而我们同样不了解它们，但这并不意味着我们的智力处于不同水平，而它们只是不同的物种。当一个外国人用我们语言磕磕绊绊地跟我们交流时，我们就会产生这个人很不聪明的印象。但真相并非如此。”
生物学家们表示，动物拥有社交和动觉等各种智力，但由于人类对语言和科技理解的固有模式，总是低估它们的这些智力。例如，例如长臂猿，它们可发出20种有截然不同含义的声音，使它们得以在热带雨林树冠上进行交流。亨尼伯格说：“事实上，不建房子和长臂猿的智力毫无关系。许多四足动物在环境中留下复杂的嗅觉标记，例如树袋熊，它们就拥有做气味标记的特殊腺体。人类却不能测量这些嗅觉标记所含信息的复杂度。有种可能是，这些标记可能含有大量视觉信息。”
剑桥大学的一个实验证明，鸦科的许多成员不只是最聪明的鸟类，还比大多数哺乳动物聪明，可以完成对三四岁孩子来说具有一定难度的任务。科学家说，虽然拥有迥然不同的脑结构，乌鸦和灵长类动物都结合使用想象力和对将来可能发生事件的预期等心智工具，解决相似问题。其他实验表明，克里多尼亚乌鸦可依次使用3种工具获得食物。牛津大学的行为生态学研究小组说，这首次验证了除人类外一个物种具有自发连续使用工具的能力。
一项研究还显示，白嘴鸦可用石头升高一个容器内的水位，让虫子浮上来，然后吃掉。有人看到，生活在市区的小嘴乌鸦学会借用路上的车辆压碎坚果的方法。它们耐心等在十字路口上，注视着红绿灯。交通中断时，它们就会取回已被汽车压碎的坚果。
亨尼伯格教授认为：“家养宠物也为我们进一步了解哺乳动物和鸟类的心智能力提供了线索。它们甚至能向我们表达它们的需求，让我们做一些它们想要的事情。动物比我们想象的复杂得多。”
由于科学研究，我们现在已经知道大象会哀悼死去的同类。自然资源保护论者达米安-阿斯皮诺尔表示，猿能感受快乐、爱和悲伤，应该得到应有的“人权”。他说：“在你了解它们后，你就会发现它们都有自己的性格，同时意识到猿和人类有很多地方相似。它们像我们人类一样彼此相爱。它们能感觉到忠诚和嫉妒等复杂情感。猿拥有许多和人类一样的特征和情绪。例如，它们在悲痛或孤独，或在失去家人时，就会陷入深沉的忧伤。看到这一幕，叫人心碎。”(孝文)
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