人工智能

序列工作記憶在獼猴前額葉表征的幾何結(jié)構(gòu)

中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心（神經(jīng)科學(xué)研究所）、中國科學(xué)院靈長類神經(jīng)生物學(xué)重點實驗室王立平研究組、上海腦科學(xué)與類腦研究中心閔斌副研究員和北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院唐世明課題組合作，揭示序列工作記憶在獼猴大腦中表征的幾何結(jié)構(gòu)。相關(guān)成果發(fā)表于《科學(xué)》（

Science

）。人類大腦無時無刻不在處理序列信息，不論是語言溝通、動作實施還是情景記憶，本質(zhì)上都涉及對時序信息的表征。另外，序列的執(zhí)行需要一定的時間，大腦需要在應(yīng)用時序信息之前記住整個序列。這一研究發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元以群體編碼的形式表征了序列中的每一個空間位置，并在這些表征中發(fā)現(xiàn)了類似的環(huán)狀幾何結(jié)構(gòu)。

序列記憶在神經(jīng)高維向量空間的表征[圖片來源于中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心（神經(jīng)科學(xué)研究所）網(wǎng)站］

獼猴空間序列記憶任務(wù)[圖片來源于中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心（神經(jīng)科學(xué)研究所）網(wǎng)站］

基于鐵電隧道結(jié)的類腦突觸原型器件研究

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理學(xué)院李曉光、殷月偉等人在高性能類腦突觸原型器件方面取得進展。相關(guān)成果發(fā)表于《自然·通訊》（

Nature Communication

）。目前，運行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算的硬件系統(tǒng)依然基于傳統(tǒng)硅基運算器與存儲器，能效遠低于人腦。研制具有神經(jīng)形態(tài)模擬功能的類腦器件，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)硬件系統(tǒng)的核心器件“電子突觸”，是進一步推進人工智能發(fā)展的重要途徑之一。為執(zhí)行復(fù)雜的人工智能任務(wù)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)硬件系統(tǒng)對電子突觸器件提出了諸多苛刻要求。研究基于對鐵電疇形態(tài)和翻轉(zhuǎn)動力學(xué)的設(shè)計，在鐵電量子隧道結(jié)中實現(xiàn)了亞納秒電脈沖下電導(dǎo)態(tài)可非易失連續(xù)調(diào)控的類腦突觸器件，可用于構(gòu)建人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)類腦計算系統(tǒng)。

視覺注意的神經(jīng)血氧耦合機制

北京師范大學(xué)認知神經(jīng)科學(xué)與學(xué)習國家重點實驗室宋艷課題組利用腦電圖（EEG）和功能性近紅外光譜技術(shù)（fNIRS）聯(lián)合記錄及融合分析，繪制了高空間分辨率和高時間分辨率的注意的激活響應(yīng)模式，揭示了注意背后有趣的神經(jīng)血氧耦合機制。相關(guān)成果發(fā)表于《大腦皮層》（

Cerebral Cortex

）。我們每天都要對空間中不同位置的信息進行選擇。由于短時間內(nèi)大腦可獲得的總能量是有限的，大腦如果要對更多的空間信息進行篩選，就需要對注意資源進行快速高效的分配。這個過程不僅伴隨著對信息進行有效的表征編碼，也伴隨著根據(jù)以往的經(jīng)驗或先驗信息進行靈活的注意分配。研究為注意在目標強化和干擾抑制機制的分離提供了來自神經(jīng)血氧耦合方面新的證據(jù)。

客體的可操作性調(diào)節(jié)大小錯覺加工的機制

中國科學(xué)院心理研究所腦與認知科學(xué)國家重點實驗室蔣毅研究組采用腦功能成像技術(shù)開展了一項實證研究。相關(guān)成果發(fā)表于《皮質(zhì)》（

Cortex

）。與控制條件相比，錯覺條件顯著激活了枕葉區(qū)域以及雙側(cè)頂上小葉（SPL）。以SPL、外側(cè)枕葉皮層（LOC）和初級視皮層作為感興趣區(qū)域進行的動態(tài)因果模型結(jié)果表明，在左側(cè)腦區(qū)，客體的可操作性對大小錯覺加工的調(diào)節(jié)效應(yīng)表現(xiàn)為視覺識別系統(tǒng)（VI）內(nèi)自相關(guān)的增強，SPL內(nèi)自相關(guān)的減弱，以及LOC與SPL之間雙向連接的增強。并且LOC到SPL的連接強度與行為水平上的調(diào)節(jié)效應(yīng)具有顯著的正相關(guān)，但是在控制條件下以及在右半球均沒有發(fā)現(xiàn)類似的結(jié)果。

基于統(tǒng)計改正卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的GNSS-R信息融合海面風速反演方法

武漢大學(xué)衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)研究中心、人工智能研究院郭文飛、郭遲等人與合作者在人工智能、導(dǎo)航及遙感交叉領(lǐng)域取得新突破。相關(guān)成果發(fā)表于《環(huán)境遙感》（

Remote sensing of Environment

）。研究提出了一種將人工智能、衛(wèi)星導(dǎo)航與遙感相融合的技術(shù)思路，設(shè)計了一種基于累計分布函數(shù)改正的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。這一模型利用一個端到端的人工智能網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)提取DDM中的有效特征，并融合有效波高等輔助信息得到初步的風速反演結(jié)果。研究發(fā)揮了深度學(xué)習技術(shù)的優(yōu)勢，可以有效融合任何影響海面風速反演的參數(shù)，從而建立一個完備且魯棒性強的風速反演模型，反演風速不隨時間漂移。

基于累計分布函數(shù)改正的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型（圖片來源于武漢大學(xué)新聞網(wǎng)）

反演風速的時空性能（圖片來源于武漢大學(xué)新聞網(wǎng)）

紋狀體多巴胺D1受體陽性神經(jīng)元促進小鼠覺醒

上海醫(yī)學(xué)院黃志力課題組發(fā)現(xiàn)背側(cè)紋狀體多巴胺D1受體（Dopamine D1 receptor，D1R）陽性神經(jīng)元參與覺醒的啟動和維持。相關(guān)成果發(fā)表于《當代生物學(xué)》（

Current Biology

）。研究利用光遺傳學(xué)、化學(xué)遺傳學(xué)、光纖鈣信號測定神經(jīng)元活性和腦電/肌電記錄等方法研究了背側(cè)紋狀體D1R神經(jīng)元調(diào)控睡眠覺醒的作用及神經(jīng)環(huán)路。結(jié)果發(fā)現(xiàn)光遺傳學(xué)激活背側(cè)紋狀體D1R神經(jīng)元誘導(dǎo)小鼠從非快眼動 (Non-rapid Eye Movement，NREM) 睡眠到覺醒的快速轉(zhuǎn)變，而抑制紋狀體D1R神經(jīng)元活性，顯著減少小鼠覺醒時長。研究結(jié)果表明，紋狀體D1R神經(jīng)元整合上游信號，通過下游核團（蒼白球和黑質(zhì)）調(diào)控小鼠覺醒。

單細胞微納生物探測研究

中國科學(xué)院沈陽自動化研究所微納米自動化課題組利用微納操作機器人在單細胞力學(xué)特性探測方面取得新成果。相關(guān)成果發(fā)表于《生物化學(xué)與生物物理進展》。細胞力學(xué)特性與細胞生理病理變化過程及機體健康狀態(tài)密切相關(guān)，研究單個細胞的力學(xué)特性及其對外源刺激的響應(yīng)規(guī)律對于揭示生命活動內(nèi)在機制具有重要科學(xué)意義。針對單細胞精準藥物激勵和力學(xué)特性同步檢測難題，將原子力顯微鏡（AFM）技術(shù)和玻璃微針技術(shù)結(jié)合，提出了可對單個細胞進行超微量藥物遞送及力學(xué)特性同步測量的方法。在此基礎(chǔ)上分析了化療藥物分子對單個細胞力學(xué)特性的實時影響。研究結(jié)果為細胞-藥物之間相互作用的精準定量原位動態(tài)分析提供了新思路。

大腦網(wǎng)絡(luò)動力學(xué)分析研究進展

上海交通大學(xué)自然科學(xué)研究院和數(shù)學(xué)科學(xué)學(xué)院的李松挺課題組利用微擾理論，揭示了大腦皮層中時間尺度層級化現(xiàn)象背后的數(shù)學(xué)機制和對應(yīng)的生物學(xué)解釋。相關(guān)成果發(fā)表于《美國國家科學(xué)院院刊》（

PNAS

）。在大腦皮層中，不同腦區(qū)的神經(jīng)元對外界輸入的響應(yīng)時間尺度有著顯著差異，且響應(yīng)時程大致隨著腦區(qū)的層級增加而變長。具體在視覺皮層等感知覺腦區(qū)，神經(jīng)元的反應(yīng)時間尺度較快，使其能夠快速響應(yīng)外界的輸入信號；而在前額葉皮層等高級認知腦區(qū)，神經(jīng)元的反應(yīng)時間尺度較慢，使其能夠在積累充分的信息輸入之后再做出重要決策。研究為大腦皮層中時間尺度層級化現(xiàn)象的產(chǎn)生提供了定量的數(shù)學(xué)機制解釋，提出可在實驗上被檢驗的若干理論預(yù)測。