新年紙刊特輯:腦科學的範式革命|神經現實 x 信睿周報

2021-01-09 騰訊網

隨著腦機接口、腦連接組等前沿腦科學概念及實踐進入大眾視野，人類對大腦的認識面臨又一輪更新。關於大腦，我們知道些什麼？在2021年伊始，神經現實聯合「信睿周報」特別推出「腦科學·特輯」，嘗試勾勒出一幅貫穿腦科學歷史、當下及未來的圖景。

這期特輯由神經現實團隊精心打造，內容涵蓋深度文章、信息插圖、人物訪談和主題書單等。沒錯，你們千呼萬喚、能夠收藏的紙質版「神經現實」終於來了！

在封面文章中，我們邀請了復旦大學生命科學學院顧凡及教授撰寫「腦科學的範式革命」一文，從科學史的角度梳理了人類在認識腦的過程中所發生的範式革命。顧教授通過腦科學史上一系列由問題驅動的重要節點回溯了腦科學的發展歷程，並指出了新一輪腦科學範式革命的若干可能方向。

在文章「「民主」的神經網絡：向不完美妥協」中，普林斯頓大學計算機系與神經科學研究所在讀博士楊閏哲把大腦神經活動機制比擬為民主投票流程，主要以兩種神經元模型闡釋了神經網絡的工作機制，進一步解釋大腦是如何接收、判斷並整合源源不斷的信息的。

「神經科學在研究什麼？」圖譜，則通過「認識腦」「保護腦」和「模擬腦」三部分，介紹了神經科學家關心的主要問題和研究方向。作者為馬克思·普朗克研究所神經科學在讀博士羅丁豪，插畫則由本期封面的作者moon皓玥提供。

「神經科學在研究什麼？」局部圖

—

moon皓玥

腦機接口，融會了神經科學、信號處理、機器學習、機器人系統、材料學等諸多學科，是當前十分熱門的前沿交叉領域。在「人類的「機械協同進化」：腦機接口的概念、技術與未來」一文中，復旦大學大學神經生物學在讀博士馮尚對腦機接口的緣起、基本思路、局限性進行了細緻梳理，佛羅倫斯美術學院策展在讀碩士Ines Cui則繪製了精美的插圖，幫助大家直觀理解腦機接口相關技術。

「認知科學失敗了嗎？」則以2019年《自然-人類行為》上刊發的一篇文章為引，對認知科學如今面臨的諸多質疑進行了探討。在該文作者史丹福大學發展心理學在讀博士曹安潔看來，「沒有人可以斷言認知科學作為一門科學是否會失敗，但也許我們可以很確定地說：人們對於心靈的探索，無論時代如何變遷，都永遠不會停駐。」

腦機接口

—

Ines Cui

過去幾十年，神經科學在生理、認知和疾病研究領域取得了很多激動人心的進展，但其在理論、技術和方法論方面也一直面臨著巨大挑戰。在「腦科學的未來——對7位神經科學家的訪談」中，來自不同領域的神經科學家，從神經退行性疾病、語言、注意、大腦網絡、睡眠和成像技術等話題出發，與我們分享了他們對神經科學的擔憂，以及為什麼我們應該始終對神經科學的前景保持樂觀和期待。

在最後，我們還準備了一份主題書單，從經典教材、人物傳記、前沿科普到虛構作品，8本圖書帶你入門腦科學，探索大腦和心智的奧秘。

我們希望，無論是神經現實的老朋友還是新讀者，都能在這本特輯中收穫更多啟發和思考，在翻開紙張的那一刻，領略到神經/認知科學的魅力。

相關焦點

  • 顧凡及:腦科學的範式革命
    以下文章來源於信睿周報 ，作者顧凡及 信睿周報#只為思想者服務#《信睿周報》試圖以思想和藝術重構當代人的精神世界。紙刊及電子報逢雙周周二出版發行。由於其複雜性，腦研究的發展比數理科學滯後，但也要走所有學科的共同道路。此外，在科學的發展中，某些關鍵研究技術的突破也起到舉足輕重的作用——雖然這些技術還不能被歸入該學科的範式革命，卻是範式革命必不可少的催化劑和前提條件。範式革命的發生往往是由問題驅動的，即當學科發展遭遇某個非解決不可的關鍵問題時，或遲或早會有天才科學家提出石破天驚的新思想，做出顛覆性的發現，引發範式革命。
  • 腦科學的範式革命:呼之欲出的下一場,將在何處爆發?
    撰文 | 顧凡及（復旦大學生命科學學院）來源：信睿周報大概400年前，莎士比亞在《威尼斯商人》中問：「告訴我愛情生長在何方？是在腦海裡，還是在心房？」400年來，人們在認識腦的道路上已經走了多遠啊！而且這個趨勢還在進一步加速。不過，我們也不能盲目樂觀。正如美國神經科學家沃爾特·弗裡曼（Walter J.
  • 顧凡及丨腦科學的範式革命
    此外，在科學的發展中，某些關鍵研究技術的突破也起到舉足輕重的作用——雖然這些技術還不能被歸入該學科的範式革命，卻是範式革命必不可少的催化劑和前提條件。範式革命的發生往往是由問題驅動的，即當學科發展遭遇某個非解決不可的關鍵問題時，或遲或早會有天才科學家提出石破天驚的新思想，做出顛覆性的發現，引發範式革命。
  • 從經驗到理論、從數據到網絡——腦科學研究的四次範式轉移
    從古人千年前的經驗觀察，到19世紀卡哈爾為現代神經科學奠基，再到20世紀下半葉計算革命與認知革命的興起，再到21世紀初由各國腦計劃掀開的大數據時代，以及網絡科學與神經科學正在頻繁進行的交叉，腦科學發展經歷了多次範式轉移和範式之間的搖擺。本文整理自talking Brain創始人林思恩博士的講座，系統梳理了腦科學的發展歷程和研究範疇，介紹了腦科學作為交叉學科的代表，其跨學科發展的前景。
  • 淺談科學革命的本質與必然性
    前述所提及的常規科學、範式、反常、危機等名詞概念都只是為了解釋科學革命做鋪墊。說起科學革命，大家自然想到政治革命，庫恩認為兩者是有相似之處的。政治革命是起因於內部的一些人意識到現有的制度已無法滿足現實的需要，於是奮起革命。原句摘錄：同樣，科學革命也起源於科學共同體中某一小部分人逐漸感覺到：他們無法利用現有有效地探究自然界的某一方面，而以前範式在這個方面的研究中是起引導作用的。
  • 庫恩論「常規科學」和「革命科學」
    革命科學 一兩個反常的存在不足以導致拋棄一個範式。庫恩認為，證偽邏輯不適用於拒斥範式的情況。對範式的拒斥並非基於對範式的推論和經驗證據的比較。毋寧說，對範式的拒斥是三項關係，涉及業已確立的範式、競爭的範式和觀察證據。 隨著一個可行的競爭範式的出現，科學進入了革命階段。
  • 《新民晚報》:復旦大學腦科學研究院 解人腦之謎 攻克神經疾病
    此時，一側的電腦記錄下小鼠在實施不同行為時腦電波的波形……這裡是復旦大學腦科學研究院。張嘉漪解釋道，應用這套國際先進的虛擬實境實驗系統，通過對小鼠實驗，有可能最終解開人腦活動的諸多謎團。研究院有29個研究組，其主要研究方向是：腦發育及其機制神經活動基本過程、腦的高級認知功能、神經系統重要疾病機制和防治等。研究院院長馬蘭教授介紹說：「我們要發揮綜合優勢、組織跨學科的力量，強強聯合，衝擊全球腦科學研究的前沿。」
  • 神經語言學:語言學研究走進科學實驗室
    、神經科學、心理學和認知科學等學科，綜合多學科開展語言神經機制和腦功能方面的研究，在很大程度上代表了語言學的當代形態。」當前，神經語言學作為語言學的重要分支和前沿，橫跨語言學、神經科學、心理學和認知科學等學科，綜合多學科開展語言神經機制和腦功能方面的研究，在很大程度上代表了語言學的當代形態。　　「神經語言學最顯著的特點表現在方法論和研究範式上，實現了真正的學術創新。」教育部長江學者特聘教授、江蘇師範大學語言能力協同創新中心主任楊亦鳴表示。
  • 世界科學革命的趨勢
    過去400年，共發生過兩次這樣大的科學革命。第一次科學革命發生在16—18世紀，以哥白尼天文學革命為開端，以牛頓和伽利略為代表的經典力學體系的建立為標誌。牛頓和伽利略的科學範式替代了託勒密和亞裡斯多德的科學範式。第二次科學革命發生在20世紀初期，以愛因斯坦的相對論和眾多科學家發展出的量子力學的誕生為標誌。相對論和量子力學的科學範式替代了牛頓和伽利略的科學範式。
  • 範式轉換
    今年是美國科學哲學家託馬斯·庫恩的著作《科學革命的結構》一書出版50周年。格拉德威爾說，庫恩之所以會被後人銘記，是因為他教導說，科學的進程基本上是很人性的，科學發現不是緩慢的、理性活動的結果，而是人類的智慧與政治和個性共同作用的結果，科學最終是一個社會過程。庫恩提醒我們注意到，科學是激動人心的，洞見是激情和直覺的產物。他曾經寫道，在1947年，他在讀亞里斯多德時突然獲得了靈感：「我抽象地注視著窗外，突然我腦中的碎片以新的方式排序，組合在一起。我驚呆了。」
  • |「神經漫遊」EP.4
    -高光時刻02:16來自神經現實「神經漫遊」是一檔由神經現實團隊聯合主持的節目，我們試圖通過跨學科視角探討大腦、認知和心智，以及科技、醫學和哲學。在這裡，你可以聽到神經現實的成員及特邀嘉賓是怎樣踏入計算神經科學這個領域的；這個領域到底在研究什麼，與目前大熱的AI、腦科學等領域有什麼聯繫；從計算神經科學中，我們能學到什麼，此時，你還將和他們一起思考最基本和最重要的哲學問題：人的目的。最後，你將抵達一個大型勸學現場，感受主播和特邀嘉賓對計算神經科學的純粹熱情。
  • 《自然》重磅:「腦—脾軸」,開拓神經免疫學研究新方向!
    」《受行為影響的腦活動調控體液免疫應答》。那麼，有沒有行為可以刺激這條腦-脾神經軸從而增強免疫應答呢？作者通過監測小鼠在不同行為範式下 CeA/PVN 的 CRH 神經元活動發現，一個他們新開發的「孤立高臺站立」（elevatedplatform standing，如圖2）行為可以同時激活這兩個核團的CRH神經元。
  • 專家點評Cell|虛擬實境範式揭示多巴胺信號的生理意義
    然而，早期研究使用的行為範式相對較為簡單，因此，這一假說是否適用於更複雜的行為範式還需進一步驗證。另外，也有其他實驗室報導了多巴胺的伏隔核釋放可獨立於中腦胞體的活動【2】，因此，複雜環境下的多巴胺環路水平的信號記錄具有重要意義。
  • Nature:中國科學家揭示腦-脾神經環路控制抗體免疫應答新機制
    那麼，有沒有行為可以刺激這條腦-脾神經軸從而增強免疫應答呢？作者通過監測小鼠在不同行為範式下 CeA/PVN 的 CRH 神經元活動發現，一個他們新開發的「孤立高臺站立」（elevated platform standing，如圖2和視頻）行為可以同時激活這兩個核團的CRH神經元。
  • 腦科學日報:新型冠狀病毒感染人神經祖細胞和類腦器官的證據
    這項工作首次發現了新型冠狀病毒感染人神經祖細胞（hNPCs）和類腦器官（brain organoids）的證據。該研究利用誘導性多能幹細胞（iPSC）衍生的人神經祖細胞，神經球和腦類器官為感染模型，探索新冠病毒在生理相關模型中直接參與中樞神經系統的過程。實驗結果表明，iPSC衍生的神經祖細胞可以有效感染新冠病毒，而同為冠狀病毒的SARS病毒卻不能感染。
  • 院士說丨戴瓊海院士:搭建腦科學與人工智慧的橋梁
    腦科學被譽為「人類科學最後的前沿」，認識腦的奧秘是對人類的終極挑戰。而更重要的是，腦科學的發展將推動人工智慧科學從感知人工智慧到認知人工智慧的跨越。4月28日晚，戴瓊海院士做客第一期「探臻論壇」，以線上方式為大家帶來了一場題為「搭建腦科學與人工智慧的橋梁」的精彩講座。
  • 託馬斯·庫恩:科學革命是世界觀的轉變
    革命是世界觀的轉變庫恩認為，科學革命之後，科學家面對的是一個新的世界，使用新的去指導科學研究，採用新的工具以及研究新的領域。原句摘錄：在革命之後，科學家們所面對的是一個不同的世界。可是將此結論應用於科學觀察時，又不太合適，當有一個更高權威提醒科學家，他的視覺已經轉變時，那個權威本身就會成為科學家的資料來源，進而成為他的問題。既然無法直接在科學家身上找到範式轉變的證據，那就只能依靠一些間接的行為上的證據。
  • 心理學研究將進入腦科學時代
    心理學是研究心理現象的發生和發展規律的科學。自1879年馮特在德國萊比錫大學建立第一個心理實驗室後，心理學走上了獨立發展的科學之路。　　傳統實驗心理學範式的創立，使心理學從哲學母體中分離出來成為獨立科學，開創了心理科學新時代。但這一範式自創立以來，在研究高級心理過程方面有兩個瓶頸一直無法突破：一是在研究複雜的心理過程時，無法保證根據結果推論內部心理過程的客觀性和唯一性；二是無法找到作為高級心理變量水平變動的客觀指標。在這種困境下，行為主義實驗心理學異軍突起。
  • 哲學導讀之《科學革命的結構》
    《科學革命的結構》是關於科學哲學的一本重要著作，作者託馬斯·庫恩(1922-1996)美國物理學家、科學哲學家、科學史家，被譽為「二戰後最具影響力的一位英文寫作的哲學家」（查理德·羅蒂語）據說作者託馬斯·庫恩是起先是一位頗有成就的物理學家，後來興趣逐漸轉移到科學史和科學哲學上去了
  • 北京腦科學研究正不斷將研究成果轉化成現實—新聞—科學網
    2015年9月，北京市科委宣布啟動「腦科學研究」專項工作，並確定將從腦認知與腦醫學、腦認知與類腦計算兩個方向重點開展研究。 儘管我國還沒有把腦科學研究提升到國家戰略層面，但北京的各個科研院所已開始深度融合。在推動學科交叉、促進協同創新的機制框架下，北京「腦科學研究」專項正不斷將研究成果轉化成現實的創新力。