追问daily | 大脑如何动态整合记忆？基因组瓶颈如何塑造先天行为？电子鼻媲美动物嗅觉

长期以来，神经科学家认为记忆的形成和回忆主要由神经元主导。贝勒医学院的研究团队在这一背景下，探讨了星形胶质细胞在记忆存储和检索中的作用。他们发现，这种非神经元细胞不仅在记忆回忆中发挥重要作用，还可能在学习过程中形成特定的“星形胶质细胞群”（LAA），以支持特定的记忆检索。

研究团队首先利用小鼠实验，开发了新型实验工具，观察星形胶质细胞在记忆回忆中的作用。通过对小鼠进行恐惧条件反射实验，研究人员发现，当学习事件发生时，部分星形胶质细胞会表达c-Fos基因，并在该区域调控回路功能。这些c-Fos表达的星形胶质细胞群与特定的神经元群体紧密相邻，并具有双向的通信功能。研究进一步揭示，星形胶质细胞中NFIA蛋白的水平升高对记忆回忆至关重要；抑制NFIA基因的表达会导致小鼠无法回忆特定记忆，而不会影响其他记忆的回忆。该研究提供了有关星形胶质细胞作为记忆存储和回忆中活跃组成部分的证据，并为阿尔茨海默病等记忆相关疾病的研究提供了新的思路。研究发表在 Nature 上。

神经科学家希望揭示大脑如何在细胞层次生成复杂的行为序列，以便更好地理解计划与推理的生成机制。伦敦大学学院塞恩斯伯里威康中心和牛津大学的团队，利用硅探针记录了小鼠内侧额叶皮层的神经元活动，研究这些细胞如何实现目标进展的追踪。

研究人员为小鼠设置了一系列目标位置不同但结构相同的任务序列。实验表明，内侧额叶皮层中的“目标进度细胞”能够灵活调整其活动，适应不同目标的距离，帮助小鼠在新任务中进行准确的行为选择。个别神经元以特定的任务滞后激发，形成一个任务结构的内存缓冲区，能即时编码未来行为步骤。实验中观察到的这些神经元活动模式不仅限于任务执行期间，在小鼠的离线睡眠中也出现，支持了大脑构建行为坐标系统的假设。这些发现为理解精神分裂症等疾病提供了新的理论支持。研究发表在 Nature 上。

长期以来，科学界认为记忆一旦形成便会保持稳定。然而，西奈山医院的研究团队首次揭示，大脑会随着新经历不断更新记忆，使得我们的记忆能够动态应对不断变化的环境。

研究团队通过对小鼠的海马体活动进行观察，发现当小鼠在经历负面事件（如特定环境中的电击）后，离线状态下的大脑会重新激活不仅是最近的厌恶记忆，还包括几天前的中性记忆，从而将二者关联起来。这种“整体共同重新激活”现象使得大脑能够将当前的负面经历与过往的记忆联系在一起，形成跨时间的记忆整合。此外，研究发现记忆整合在清醒时更频繁地发生，这与之前的认为睡眠更有利于记忆的理论相悖。这一发现为理解大脑如何动态整合记忆提供了新见解。该研究发表在 Nature 上。

自然情境下大脑皮层功能网络的组织图谱

长期以来，神经科学家致力于揭示大脑在复杂环境下的响应机制。麻省理工学院（MIT）研究团队首次通过电影观看fMRI数据绘制出大脑皮层的功能性网络布局。团队成员包括Reza Rajimehr等神经科学家，他们利用自然观影条件探究大脑如何整合和处理多重视听刺激。

研究收集了176名年轻参与者观看60分钟电影片段时的全脑fMRI数据，平均计算每位参与者的大脑活动，并利用机器学习技术识别出24个不同的功能网络，专注于皮层的各个区域。这些网络各自对应特定的感觉或认知处理功能，如识别人脸或物体、动作、语音及社交互动等。例如，在易于理解的场景中（如清晰对话时），语言处理区域更为活跃；在更复杂的场景中（含多重上下文或语义），大脑则倾向于使用执行控制区域，从而进行高级的认知处理。研究结果为理解大脑皮层在自然情境下的功能性组织提供了新视角。该研究成果发表在 Neuron 上。

新墨西哥大学Mubarak Hussain Syed教授领导的研究团队，联合宾夕法尼亚大学的专家，致力于探讨神经干细胞在睡眠行为调控中的作用。研究旨在揭示果蝇神经干细胞在激素信号影响下如何塑造神经元类型，从而对睡眠行为产生影响。

团队使用果蝇作为模型，研究果蝇中23E10标记的背扇形体（dorsal fan-shaped body, dFB）神经元的发育过程。这些神经元起源于特定的II型神经干细胞，在蜕皮激素（ecdysone）的作用下形成。研究人员通过抑制E93蛋白或蜕皮激素信号，发现成年果蝇的睡眠稳态受到干扰，表现为碎片化的睡眠行为。这一发现揭示了特定激素信号在睡眠调控神经元生成中的关键作用，为理解睡眠障碍的发病机制提供了新的视角。研究成果发表在 Current Biology 上。

25 年研究揭示健康大脑老化和认知能力的关键因素

爱丁堡大学的Ian Deary教授和Simon Cox博士领导了一项为期25年的研究，揭示了健康大脑老化的关键因素。该研究基于洛锡安出生队列（Lothian Birth Cohorts），追踪了参与者从童年到80岁认知能力的变化。研究结果为认知发展和健康老化的关系提供了新的见解，挑战了关于大脑老化的传统观点。

研究团队使用了1932年和1947年苏格兰心理调查的数据，结合现代MRI成像技术，分析了同龄个体大脑结构的变化。他们发现老年期智力水平的一半差异可追溯至童年认知能力，DNA甲基化模式也能够预测死亡风险。较高的童年智力与更高的生存率呈正相关，且遗传因素在不同年龄阶段对智力的影响不同。此外，研究还显示同龄人之间的大脑健康差异显著，提示环境因素和生活方式可能影响大脑老化进程。这项研究结果发表在 Genomic Psychiatry 上。

该研究由明斯特大学心理学家 Markus Lappe 教授领导，探讨了视觉系统如何应对动态视觉输入，以保持稳定的空间感知。视觉科学传统认为，快速眼球运动和平滑追踪可以应对各种运动信号，但该研究首次发现，在面对某些非刚性运动时，这一补偿机制会失效。

研究团队设计了一种新型的非刚性运动刺激，通过眼动追踪设备测试了15名受试者的反应。受试者被要求跟踪一个模拟的旋转涡流，但实验显示，当涡流运动时，受试者的眼睛无法连续平滑追踪，而是每400毫秒通过快速眼跳回到视网膜中心，导致涡流似乎在空间中跳跃。研究进一步表明，快速眼球运动和平滑追踪在功能上通过不同的神经路径独立控制。此外，实验中利用红外眼动仪精确记录了眼球位置和运动轨迹，验证了视觉稳定性依赖于与追踪类似的运动机制。研究结果为探索非刚性运动在神经退行性疾病诊断和研究中的潜在应用提供了基础。该研究发表在 Science Advances 上。

精神分裂症患者在冲突条件下的独特大脑反应模式

塔夫茨大学医学院和范德比尔特大学医学院的研究团队联合进行了一项研究，以揭示精神分裂症患者在面对冲突信息时大脑的独特反应。该团队由Michael Halassa和Neil Woodward领导，他们致力于通过理解内侧丘脑和前额皮质的连接模式为精神分裂症诊断和治疗提供新的工具。

该研究招募了约40名参与者，包含精神分裂症患者和健康对照，使用功能磁共振成像（fMRI）测量内侧丘脑和背外侧前额皮层之间的功能连接。研究开发了一项基于冲突输入的任务，用于考察患者在不同程度的冲突条件下的表现。结果显示，当面对较高冲突条件时，精神分裂症患者表现出显著的错误率，与内侧丘脑和前额皮质之间的连接缺陷密切相关。这一发现不仅提供了评估精神分裂症执行功能障碍的生物标志物，还为未来的诊断和治疗提供了新的方向。研究发表在 Cell Reports Medicine 上。

谷歌最近发布免费平台Learn About，标志着其教育领域的创新迈出了新一步。这个免费的平台旨在让学习变得更加互动和个性化，从学生到教育工作者、终身学习者和专业人士都可以在其中找到适合自己的资源。“Learn About”平台不仅提供烹饪、太空等主题的答案模板，还支持用户通过屏幕中的文本框直接提出问题，进一步扩展了谷歌的搜索功能。

在该平台核心的是一个互动的人工智能对话学习伙伴，它可以根据用户的知识水平定制回答，使得用户在获得信息的同时更深入理解。通过这一工具，谷歌将搜索功能转变为一种互动学习体验，结合了图片、视频和文章等多种资源，引导用户探索复杂概念。此外，用户还可以上传自己的学习材料，进一步定制和拓展学习内容。

“Learn About”整合了来自可靠来源的资源，使用户能够跨学科建立联系，这对于追求终身学习的人士尤为适用。此外，谷歌还为开发者提供了专门的学习资源，如谷歌机器学习速成课程，帮助初学者理解深度神经网络的构建和机器学习的基本概念。这些资源覆盖了从入门到高级的内容，满足了不同学习需求。

随着人工智能和数据密集型应用的快速发展，神经形态计算成为应对庞大计算需求的一种有效途径。武汉大学的研究人员发表了一项最新研究，介绍了他们开发的高效模拟忆阻器。这一创新设计为神经形态计算的发展带来了新机遇。

研究团队采用二维范德华金属材料（graphene或platinum ditelluride）作为忆阻器的阴极，银作为阳极，并使用磷硫化铟（indium phosphorus sulfide）作为交换介质，实现了模拟电阻开关。该忆阻器设计具有多个电导状态和高达10^8的开/关比，同时具备低功耗。通过芯片级卷积神经网络（CNN）测试，研究验证了其在图像识别中的优异表现，准确率高达91%。与传统方法相比，此设计利用了高扩散势垒来控制银离子运动，提高了开关效率和精度。这一创新在未来或将应用于人工智能计算和其他高性能需求领域。研究发表在 Nature Electronics 上。

随着多部位疾病在临床实践中的增多，如何在人体内部难以到达的部位进行精准的多点治疗成为亟需解决的问题。德国斯图加特的马克斯·普朗克智能系统研究所的物理智能团队开发了一种3D磁力导航机器人系统，以便在复杂的流明网络中独立控制多个机器人，实现局部治疗。

研究团队提出了一种形状自适应软体机器人系统，可在3D管腔中通过磁场控制实现多机器人独立导航和功能执行。他们首先设计了形状自适应的软体机器人，利用流明的异质阻力增强导航性能。通过路径规划算法生成的磁场轨迹，该系统能够自动部署并独立控制多达5个机器人。使用医学成像验证了这一系统的有效性，研究展示了多机器人系统在多部位货物输送和流量分流中的应用潜力。该技术不仅适用于血管网络，也在其他复杂的人体结构中具有广泛的医疗应用前景。研究发表在 Science Advances 上。

边缘计算因能够在数据源附近进行实时信息处理而受到关注，但边缘设备在运行深度神经网络时面临功耗和资源限制。南加州大学的Han Wang、西北大学的Mark Hersam以及香港大学的Jiangbin Wu等研究人员，为解决这一问题，开发了一种基于二硫化钼和石墨烯异质结构的新型晶体管。

研究团队设计的多栅极范德华界面结晶体管（vdW-IJT）基于二硫化钼（MoS₂）和石墨烯的异质结构，能够在单一设备中生成高斯形和π形隶属函数。相比传统的CMOS技术需要几十个晶体管来实现隶属函数，这一创新设计使得模糊逻辑硬件变得更紧凑和节能。研究团队将vdW-IJT晶体管与外围电路结合，形成了一种可重构的模糊逻辑硬件，能够控制非线性系统，并结合卷积神经网络实现图像分割任务，取得了显著的精确度。未来，研究团队计划实现基于vdW-IJT的模糊逻辑系统的大规模制造，以推动边缘设备在低功耗的智能应用中发展。该研究成果发表在 Nature Electronics 上。

该研究由 Nik Dennler及其团队完成，主要目标是开发一种微型电子鼻，能在低功耗条件下以极高的时间分辨率识别气味。该团队希望通过这一装置在气味识别、灾难救援及环境监测等领域发挥重要作用。

研究团队利用新型电子鼻设备，通过金属氧化物气体传感器，结合温度和湿度传感器，探索了气味识别的高效性和灵敏度。该设备在实验中表现出色，能够在短至50毫秒的时间内识别气味，并解码每秒高达40次的气味切换模式。特别之处在于，它通过频繁调整传感器温度（150°C至400°C），实现了高度稳定和快速的气味检测。这种设备被认为可媲美小鼠的嗅觉能力，并能够应用于灾难现场的人类气味搜索、森林火灾的早期检测等。研究结果证明，该电子鼻在移动机器人和其他场景中有广阔的应用潜力。研究成果发表在 Science Advances 上。

该项研究由西北大学的生物电子学专家 John A. Rogers 团队领导，旨在利用微型机电结构将复杂的触觉传递到皮肤表面，以实现感觉替代并提高视障人群的生活质量。

研究团队设计了一个六角形阵列的微型执行器系统，封装在柔性硅胶材料中。设备利用双稳态设计，仅在执行器位置发生变化时使用电量，使其在单次充电下具备长时间工作能力。通过蓝牙连接至智能手机，设备从3D成像功能（如LiDAR）获取用户周围环境的信息，并将其转换为触觉反馈。实验中，健康受试者在接受短期训练后，能够通过触觉反馈在复杂路径上导航。结果表明，设备能够模拟类似于视觉的触觉感知，帮助视障者和假肢使用者更好地感知周围环境。这项研究成果发表在 Nature 杂志上。

本研究由冷泉港实验室的研究团队提出，重点在于探究复杂的先天行为如何由基因组编码的简单规则生成。研究人员包括 Sergey Shuvaev等。先天行为能力为许多动物提供了生存优势，但由于基因组信息容量有限，如何高效编码这些能力一直是神经科学和进化生物学中的一个难题。

研究通过人工神经网络（ANN）验证了“基因组瓶颈”假设，即通过压缩网络连接的复杂性来生成具备先天行为的网络。研究团队对比了几种标准网络架构，将权重矩阵压缩几个数量级，从而获得接近完全训练网络的预训练性能。此外，基因组瓶颈还提升了迁移学习效果，使网络更好地适应新任务和数据集。这一结果揭示了基因组瓶颈在信息压缩中的作用，不仅简化了神经计算，还促进了适应性提升。研究表明，基因组瓶颈的正则化作用可以帮助设计更加高效和适应性强的AI算法。该研究发表在 PLOS Computational Biology 上。

虚拟人类角色的动作生成对游戏、动画、VR等领域具有广泛应用，但现有技术往往需要复杂的用户输入。为解决这一难题，北京大学、BIGAI 和北京邮电大学的研究团队开发了一个新框架，通过简单指令生成符合环境的自然动作，并展示了其在自动化和流畅性上的优势。

该框架利用自回归扩散模型生成角色的连续动作序列，自动调度程序则用于预测动作阶段之间的过渡点，从而实现无缝衔接的动作生成。通过使用文本指令和目标位置输入，系统能够生成多阶段的环境感知动作，适用于不同的3D场景。研究团队还提供了 LINGO 数据集，包括16小时的运动捕捉数据和120个室内场景，支持模型的训练和验证。实验表明，该框架生成的动作不仅视觉上真实，而且符合环境和用户的文本输入，与其他现有方法相比，表现出更高的精确度和连贯性。