█ 脑科学动态

fMRI研究的标准化与再现性面临重大挑战

SYNGAP1基因突变加速神经元发育

种族主义和歧视通过大脑网络变化加速衰老

社交环境和多巴胺共同作用影响饮酒行为

恐惧记忆形成的抑制机制

食欲素神经元决定运动与美食的抉择

新的视觉诊断技术有望推动神经退行性疾病的早期检测

█ AI行业动态

Figure AI发布类人机器人Figure 02

智谱AI开源Sora视频生成模型CogVideoX

█ AI研发动态

无线耳塞检测困倦，保护驾驶员和操作员安全

MedSAM-2：采用视频处理技术提升诊断效率

新型基础模型记录第一人称体验

如何在不同的抽象层次上观察大脑网络

开源软件平台Dareplane推动脑机接口研究新突破

脑科学动态

fMRI研究的标准化与再现性面临重大挑战

由儿童心理研究院Michael P. Milham、Gregory Kiar等人发布的一项研究指出，功能性磁共振成像（fMRI）在理解大脑功能和行为中的再现性和标准化存在重大挑战。

研究人员评估了五个独立开发的fMRI数据预处理管道的影响，包括ABCD-BIDS, CCS, C-PAC, DPARSF和fMRIPrep-LTS。研究发现，即使在处理相同数据时，这些管道之间的一致性仅为中等水平，严重影响了脑-行为关联研究的可靠性。研究表明，随着数据质量的提高，管道之间的差异更加明显，这使得研究成果的再现性成为一个更大的挑战。

为了克服这一问题，研究团队建议采用标准化方法和透明的报告实践，详细记录所有数据处理步骤，包括使用的软件版本和具体参数。此外，研究团队还建议在分析中使用多种管道，以确定管道变异性是否影响研究结果。儿童心理研究院的C-PAC可配置管道允许在一个包中比较多种管道，可用于此目的。研究发表在Nature Human Behaviour期刊上。

#神经技术 #NatureHumanBehaviour #fMRI #数据标准化 #再现性

阅读论文：

Li, Xinhui, et al. “Moving beyond Processing- and Analysis-Related Variation in Resting-State Functional Brain Imaging.” Nature Human Behaviour, Aug. 2024, pp. 1–15. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s41562-024-01942-4.

SYNGAP1基因突变加速神经元发育，可能导致智力障碍和孤独症

佛兰德斯生物技术研究所的研究人员发现SYNGAP1基因突变会破坏人类神经元的延迟发育，这种延迟发育被认为对正常的认知功能至关重要。

研究团队通过将带有SYNGAP1突变的人类神经元移植到小鼠大脑中，建立了一个模型来观察人类神经元的发育和功能。结果显示，SYNGAP1突变的神经元在大多数方面看似正常，但在发育上显著加速，特别是在与其他神经元的连接上。这些神经元提前数月响应视觉刺激，表明其在脑回路中提前发挥功能。这种提前的发育可能会改变婴儿大脑回路的早期功能和可塑性，进而影响智力和自闭症的发病机制。研究还指出，早期人类皮层神经元的发育缺陷对智力障碍和自闭症患者的诊断和治疗具有重要意义。研究发表在Neuron上。

#大脑健康 #Neuron #智力障碍 #自闭症 #神经发育

阅读论文：

Vermaercke, Ben, et al. “SYNGAP1 Deficiency Disrupts Synaptic Neoteny in Xenotransplanted Human Cortical Neurons in Vivo.” Neuron, vol. 0, no. 0, Aug. 2024. www.cell.com, https://doi.org/10.1016/j.neuron.2024.07.007.

种族主义和歧视通过大脑网络变化加速衰老

神经科学家Negar Fani和Nathaniel Harnett领导的一项新的研究发现，种族主义对大脑的影响与加速衰老有关。这项队列研究对90名美国黑人女性进行了详细调查。研究采用了自我报告数据和生物测量方法，包括脑扫描和DNA甲基化分析。

研究人员发现，频繁遭受种族主义的女性在左侧蓝斑（LC）和双侧楔前叶之间的静息态功能连接（RSFC）显著增强。蓝斑是一个深层大脑区域，负责激活压力反应，促进警觉和唤醒；而楔前叶是一个关键的大脑节点，参与反刍和情感处理。研究结果表明，这种大脑连接增强与DNA甲基化年龄加速（DMAA）密切相关，这表明种族歧视在分子水平上加速了生物学衰老。这些发现表明，种族主义通过改变大脑网络连接，增加了个体对压力相关疾病和神经退行性疾病的脆弱性。研究发表在JAMA Network Open上。

#大脑健康 #种族歧视 #脑网络连接 #生物学衰老

阅读论文：

Elbasheir, Aziz, et al. “Racial Discrimination, Neural Connectivity, and Epigenetic Aging Among Black Women.” JAMA Network Open, vol. 7, no. 6, June 2024, p. e2416588. Silverchair, https://doi.org/10.1001/jamanetworkopen.2024.16588.

社交环境和多巴胺共同作用影响饮酒行为

德克萨斯大学埃尔帕索分校的研究团队，通过使用果蝇作为模型，探究了社交环境如何影响饮酒行为。

研究团队将果蝇分为单独和群体两种环境下，暴露于乙醇蒸汽中，测量它们的平均移动速度以确定乙醇引起的反应程度。实验显示，单独暴露于乙醇的果蝇移动速度略有增加，而在群体环境中，果蝇的速度和活动显著增加。随后，研究团队测试了多巴胺在这一反应中的作用，发现无论多巴胺水平正常还是升高的果蝇，在单独环境中的反应相似；但在群体环境中，多巴胺水平升高的果蝇表现出更高的活动水平。最后，研究确定了D1多巴胺受体是主要介导这一过程的受体。这一发现为理解社交环境如何通过多巴胺系统影响饮酒行为提供了新的视角。研究发表在Addiction Biology上。

#神经科学 #Addiction Biology #社交环境 #多巴胺 #酒精使用障碍

阅读论文：

Murillo Gonzalez, Dilean J., et al. “Social Setting Interacts with Hyper Dopamine to Boost the Stimulant Effect of Ethanol.” Addiction Biology, vol. 29, no. 6, 2024, p. e13420. Wiley Online Library, https://doi.org/10.1111/adb.13420.

恐惧记忆形成的抑制机制

台湾阳明交通大学发表的一项研究中揭示了小鼠大脑中恐惧记忆形成的新机制。在这项研究中，研究人员使用小鼠作为模型，通过恐惧记忆和学习测试，观察小鼠在恐惧条件下的行为。这些实验将无害的声音与轻微的电击配对，以形成条件反射。研究发现，恐惧经历激活了小鼠大脑特定区域（杏仁核）中的一小组抑制性神经细胞，这些细胞主要表达生长抑素（SST(+)），并在一定程度上表达蛋白激酶C-δ（PKC-δ(+)）。

通过使用基因改造的小鼠，研究人员标记了这些由不同恐惧经历激活的神经细胞。抑制这些标记的神经细胞导致小鼠表现出更多的恐惧反应。当这些特定的神经细胞被抑制时，小鼠在预期电击时会冻结更长时间。这表明这些细胞在恐惧反应中起到“刹车”的作用，防止对恐惧的过度反应。

此外，研究发现听觉恐惧条件反射会触发中央外侧杏仁核（CeL）神经元中的抑制性突触可塑性，这些记忆痕迹主要由抑制性神经元组成。当这些CeL的抑制性记忆痕迹被沉默时，目标区域外杏仁核的活动被解除抑制，从而选择性地增加了恐惧的表达。研究发表在 Cell Reports 上。

#神经科学 #恐惧记忆 #抑制性神经元 #创伤后应激障碍

阅读论文：

Hou, Wen-Hsien, et al. “Inhibitory Fear Memory Engram in the Mouse Central Lateral Amygdala.” Cell Reports, vol. 0, no. 0, Aug. 2024. www.cell.com, https://doi.org/10.1016/j.celrep.2024.114468.

食欲素神经元决定运动与美食的抉择

很多人因为日常生活中的各种诱惑而无法坚持锻炼。ETH Zurich的神经科学教授Denis Burdakov和他的团队希望通过研究，揭示大脑在这种选择中的作用，以期开发出有效的干预措施，解决全球肥胖问题。

研究团队设计了一项复杂的行为实验，让小鼠在跑轮和“奶昔吧”之间自由选择。实验中，小鼠可以选择在跑轮上跑步或享用奶昔。结果显示，正常小鼠在跑轮上花费的时间是阻断组小鼠的两倍，而在奶昔吧的时间仅为阻断组的一半。这表明食欲素系统在面对多种选择时，帮助小鼠做出决定。当研究人员阻断或基因改造小鼠的食欲素系统时，小鼠更倾向于选择奶昔而非跑步。

进一步的研究发现，食欲素系统并不直接控制小鼠的运动量或进食量，而是在两者之间做出选择时起关键作用。ETH Zurich的研究人员预计食欲素系统在人体中也起类似作用，并计划进一步验证这一结果。研究发表在Cell Metabolism上。

#神经科学 #CellMetabolism #运动与健康 #食欲素 #大脑决策

阅读论文：

Tesmer, Alexander L., et al. “Orexin Neurons Mediate Temptation-Resistant Voluntary Exercise.” Nature Neuroscience, Aug. 2024, pp. 1–9. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s41593-024-01696-2.

新的视觉诊断技术有望推动神经退行性疾病的早期检测

神经退行性疾病如帕金森病对全球数百万人造成影响，但早期检测一直是个挑战。明尼苏达大学的研究团队，开发了一种新的视觉诊断技术Cap-QuIC（毛细管增强的震动诱导转化检测）。

研究人员开发的Cap-QuIC方法，通过观察毛细管中的液体运动，能够区分正常蛋白质和疾病相关的蛋白质。这种方法利用简单的毛细管作用，检测错误折叠的α-突触核蛋白和朊病毒。研究表明，Cap-QuIC方法不仅能够准确检测帕金森病，还能分类感染慢性消耗性疾病的野生白尾鹿组织样本，显示出高灵敏度和特异性。该方法简化了检测过程，有望使神经退行性疾病的早期诊断更加便捷和经济，特别是在设备有限的地区。该研究发表在 npj Biosensing 上。

#神经技术 #神经退行性疾病 #诊断技术 #视觉检测

阅读论文：

Christenson, Peter R., et al. “Visual Detection of Misfolded Alpha-Synuclein and Prions via Capillary-Based Quaking-Induced Conversion Assay (Cap-QuIC).” Npj Biosensing, vol. 1, no. 1, June 2024, pp. 1–8. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s44328-024-00003-0.

AI 行业动态

Figure AI发布类人机器人Figure 02，已在宝马打工

近日，位于加利福尼亚州森尼韦尔的AI机器人公司Figure发布了其第二代类人机器人Figure 02。Figure 02不仅拥有灵活的人形设计，还结合了先进的AI技术，能够在商业应用中执行多种任务，并在不久的将来应用于家庭环境。

Figure的工程与设计团队从硬件到软件进行了全面的重新设计，带来了关键技术的突破。Figure 02的AI和计算机视觉能力显著提升，搭载的2.25 KWh定制电池组提供超过50%的能量，最大化了机器人的运行时间。同时，集成的电缆设计提高了可靠性，使布线更为隐蔽紧凑。Figure 02的视觉系统通过6个机载RGB摄像头，使其能够感知和理解物理世界。

在互动方面，Figure 02通过机载麦克风和扬声器与人类进行语音对话，借助与OpenAI合作开发的定制AI模型实现自然交流。此外，Figure 02还搭载了机载视觉语言模型（VLM），能够通过机器人摄像头进行快速常识性视觉推理。Figure 02的手部设计具有16个自由度和与人类相当的力量，能够执行多种类人任务。

Figure 02的CPU/GPU计算和AI推理能力是上一代的三倍，能够自主完成现实世界的AI任务。近期，Figure 02在BMW制造厂进行了能力测试，完成了AI数据收集和应用训练。这标志着Figure 02在商业应用中的巨大潜力。

#AI机器人 #科技创新 #智能助手 #商业应用 #家庭服务

阅读更多：

https://x.com/Figure_robot/status/1820791819023909031

智谱AI开源Sora视频生成模型CogVideoX

2024年7月26日，智谱AI发布了全新的AI视频生成产品“清影”，这是一款能够在30秒内将任意文字和图片生成视频的工具。这款产品上线仅6天，其生成的视频数量已突破百万。如今，智谱AI宣布将“清影”同源的视频生成模型——CogVideoX正式开源，旨在推动行业的快速迭代与创新。

CogVideoX系列包含多个不同尺寸大小的开源模型，目前开源的CogVideoX-2B模型支持226个token的提示词，生成长度为6秒、帧率为8帧/秒、分辨率为720×480的视频。在FP-16精度下，该模型的推理仅需18GB显存，而微调则只需要40GB显存，这意味着单张NVIDIA RTX 4090显卡即可进行推理。

团队表示，开源CogVideoX的目的是让每一位开发者和企业都能自由地开发属于自己的视频生成模型，从而推动整个行业的发展。这一举措无疑将对AI视频生成技术的发展产生深远的影响。

视频生成技术正逐步走向成熟，CogVideoX采用了3D变分自编码器（3D VAE）进行视频压缩，结合了多种损失函数以提高生成质量。同时，团队使用专家Transformer对视频的潜在空间进行编码，并将其与文本嵌入结合，最终通过VAE解码生成视频。

为确保视频生成质量，团队筛选了高质量的视频数据，排除了低质量视频，并使用视频字幕模型生成密集字幕。这些措施显著提高了CogVideoX的生成效果，使其能够准确地理解和重建复杂场景，如战争中的人物表情和白雪皑皑的森林。

#AI视频生成 #开源模型 #CogVideoX #清影 #视频生成

阅读更多：

https://huggingface.co/THUDM/CogVideoX-2b

AI 研发动态

无线耳塞检测困倦，保护驾驶员和操作员安全

加州大学伯克利分校的工程师团队开发了一种原型耳塞，可以检测大脑的困倦迹象，帮助驾驶员和机器操作员避免因疲倦带来的危险。团队由Rikky Muller教授领导，研究得到了Ana Arias实验室的合作支持。

研究团队设计了一种原型耳塞，通过内置电极检测脑电波，并且不需要传统的湿电极胶或定制模具。耳塞有三种尺寸，使用柔性电子元件以确保舒适贴合，并通过定制的低功耗无线电子界面读取信号。实验中，九名志愿者在暗室中执行无聊任务，每隔一段时间评价自己的困倦程度，并测量反应时间。研究表明，即使信号质量较差，耳塞仍能准确分类困倦状态，准确率与传统湿电极系统相当。支持向量机分类器在已见过的用户上达到93.2%的准确率，在从未见过的用户上达到93.3%的准确率。这一结果展示了干电极耳塞在不依赖湿电极的情况下分类困倦状态的潜力，未来有望应用于其他生理信号的监测。研究发表在Nature Communications上。

#神经技术 #Nature Communications #困倦监测 #脑电图 #干电极耳塞

阅读更多：

Kaveh, Ryan, et al. “Wireless Ear EEG to Monitor Drowsiness.” Nature Communications, vol. 15, no. 1, Aug. 2024, p. 6520. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s41467-024-48682-7.

新一代医学图像分割模型MedSAM-2：采用视频处理技术提升诊断效率

牛津大学的研究团队开发的MedSAM-2模型为医学图像分割领域带来了革命性的进步。该模型基于SAM 2框架，利用将医学图像视为视频的方法，极大地简化了医学图像处理流程，并提高了操作的效率和准确性。

MedSAM-2模型特别适用于2D和3D医学图像，通过一种被称为“单提示分割”的新技术，能够在用户只需提供一次提示后，自动连续分割出后续图像中相同类型的对象，无论这些图像之间是否存在时间关系。这一技术特别适用于没有明确时序的医学图像分析，如MRI或CT扫描。

研究团队在多个医学成像模式上评估了MedSAM-2的性能，包括腹部器官、视盘、脑瘤、甲状腺结节和皮肤病变的分割。结果显示，MedSAM-2在所有测试的方法中均展示了超越现有模型的性能，并在多项2D和3D图像分割任务中取得了最先进的结果。这些成果预示着MedSAM-2将在临床应用中发挥重要作用，尤其是在提高诊断效率和精确性方面。

#医学图像分割 #MedSAM-2 #视频处理技术

阅读更多：

Zhu, Jiayuan, et al. Medical SAM 2: Segment Medical Images as Video via Segment Anything Model 2. arXiv:2408.00874, arXiv, 1 Aug. 2024. arXiv.org, http://arxiv.org/abs/2408.00874.

新型基础模型记录第一人称体验

随着人工智能技术的飞速发展，基础模型如Chat-GPT和Dall-E已经能够响应文本和图像提示生成相应的输出。然而，这些模型主要依赖从互联网采集的庞大数据集，面临数据耗尽的风险。最新研究中，科学家们提出了一种革新方案——第一人称基础模型（FPFM），这种模型利用记录个体的视听感受及其情绪和生理反应的数据来训练，能够更精准地模拟人类行为。

在伦敦Middlesex大学的研究团队开发了一套高级记录装置，能够实时捕捉穿戴者的视觉、听觉信息及其生理和情绪状态。通过这些数据，研究者希望建立一个能够准确反映人类感知和反应的AI模型。初步测试表明，该设备在实时环境中表现良好，能够有效处理和储存相关数据。此外，FPFM的应用前景广阔，包括改进推荐系统、创作更真实的对话脚本、以及作为个人助理等。研究团队目前正在计划启动一家初创公司，以筹集资金，推动这一项目向更广泛的应用迈进。

#人工智能 #基础模型 #情绪计算

阅读更多：

Barcari, Dionis, et al. Recording First-Person Experiences to Build a New Type of Foundation Model. arXiv:2408.02680, arXiv, 31 July 2024. arXiv.org, https://doi.org/10.48550/arXiv.2408.02680.

如何在不同的抽象层次上观察大脑网络

麻省理工学院的Nancy Lynch最新研究提供了一种新的视角来理解大脑网络，通过使用被称为突触神经网络的模型，展示了如何在不同的抽象层次上观察这些网络。这项研究揭示了在不同抽象层次网络执行过程中的精确关系，从而使研究人员能够通过高层网络的行为来理解低层网络的行为。通过模型中神经元和连接的失败，研究人员能够探究大脑在面对损伤或疾病时的应对机制。

研究中定义了两个抽象网络，A1和A2，以及一个详细网络D。A1网络用于表达神经元激发的保证，而A2网络表达非激发的保证。与此同时，详细网络D则包含可能失败的神经元和连接，并通过引入冗余来补偿这些潜在的失败。这些网络的定义不仅包括结构的调整，还涉及如何根据不同网络设定相应的输入和执行过程。

此外，研究证明了两个主要定理，一个涉及A1和D网络的对应执行，另一个涉及A2和D的对应执行。这些定理为详细网络D提供了激发和非激发的保证。还有一个第三个定理，探讨了详细网络D对外部可靠执行器神经元的影响，以及抽象网络对同一执行器神经元的效果。

#神经网络 #大脑算法 #抽象模型

阅读更多：

Lynch, Nancy. Abstraction in Neural Networks. arXiv:2408.02125, arXiv, 4 Aug. 2024. arXiv.org, http://arxiv.org/abs/2408.02125.

开源软件平台Dareplane推动脑机接口研究新突破

近日，来自多个国家的研究团队共同开发的Dareplane平台，一种新型的模块化开源软件，已经成功应用于脑机接口（BCI）研究和自适应深脑刺激（aDBS）。这一平台支持复杂的神经科学实验，提高了实验的复制性和效率。

Dareplane平台以其技术中立和高度模块化的设计脱颖而出，能够灵活适应各种实验设备和协议。通过使用通用接口和数据流，研究者可以轻松集成新的模块和控制策略，从而快速测试不同的实验设置。该平台已在台式测试中证明其优越的性能，包括低延迟和高数据处理能力。

此外，Dareplane已在实际患者实验中得到应用，显示了在处理帕金森病患者的深脑刺激时的有效性和安全性。使用外部化的深脑刺激电极和皮层下电图（ECoG）记录，研究人员能够实时调整刺激参数，根据患者的大脑活动反馈进行优化。

#神经技术 #npj Digital Medicine #步长测量 #机器学习 #可穿戴设备

阅读更多：

Dold, Matthias, et al. A Modular Open-Source Software Platform for BCI Research with Application in Closed-Loop Deep Brain Stimulation. arXiv:2408.01242, arXiv, 2 Aug. 2024. arXiv.org, https://doi.org/10.48550/arXiv.2408.01242.

整理｜ChatGPT

编辑｜丹雀 & 存源

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